KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.2C
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pp.49-60
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2012
In this study, the behaviors of friction pile groups are investigated using 3D finite element (FE) analysis. The emphasis was quantifying on the shear load transfer (f-w) characteristics of pile groups and the shaft group effects. A framework for determining the f-w curve is proposed based on both theoretical analysis and field load test database. Through comparisons with case histories and FE results, it is shown that the proposed f-w curve is capable of predicting the behavior of a friction pile in deep soft clay. Additionally, a numerical analysis that takes into account the group efficiency factors were performed for major parameter on group pile-soil interaction, such as the pile spacing, pile arrangement, soil condition, and location of pile cap. Based on these results, the shaft group efficiency factors were also proposed.
The study deals with the physical modeling of a typical single storeyed building frame resting on pile foundation and embedded in cohesive soil mass using the finite element based software SAP-IV. Two groups of piles comprising two and three piles, with series and parallel arrangement thereof, are considered. The slab provided at top and bottom of the frame along with the pile cap is idealized as four noded and two dimensional thin shell elements. The beams and columns of the frame, and piles are modeled using two noded one dimensional beam-column element. The soil is modeled using closely spaced discrete linear springs. A parametric study is carried out to investigate the effect of various parameters of the pile foundation, such as spacing in a group and number of piles in a group, on the response of superstructure. The response considered includes the displacement at the top of the frame and bending moment in columns. The soil-structure interaction effect is found to increase the displacement in the range of 38 -133% and to increase the absolute maximum positive and negative moments in the column in the range of 2-12% and 2-11%. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the type of foundation and soil considered in this study. The results obtained are compared further with those of Chore et al. (2010), wherein different idealizations were used for modeling the superstructure frame and sub-structure elements (foundation). While fair agreement is observed in the results in either study, the trend of the results obtained in both studies is also same.
In the present work, a number of advanced three-dimensional (3D) parametric finite element numerical analyses have been conducted to study the behaviour of single piles and pile groups in consolidating ground from coupled consolidation analyses. Single piles, $4{\times}4$ and $6{\times}6$ piles inside groups with a spacing of 2.5D were considered, where D is the pile diameter. It has been found that dragload and downdrag on the piles developed rather quickly at the early stage of consolidation. However, when the degree of consolidation was more than 50~75%, only little increases of dragload and downdrag were induced on the pile. Negative Skin Friction (NSF) on the pile in the fill layer was mobilised quickly and remained constant throughout further consolidation. The development of NSF is influenced both by the relative shear displacements at the pile-soil interface and the vertical effective soil stresses during consolidation. The former governed the early stage of consolidation and the latter affected the later stage of consolidation. The vertical effective soil stresses adjacent to the piles were reduced due to the shear stress transfer at the pile-soil interface, in particular for piles inside the pile groups. The range of NSF influence zone concerning the reductions of the effective vertical soil stresses was about 20D measured from the piles in the horizontal direction. On the contrary, the effective horizontal soil stresses acting on the piles were similar to those at the far field.
This paper analyzed the characteristics of p-multiplier and the load distribution of H-pile group installed in weathered soil under horizontal loading. The results of this study conducted in pile arrangement ($2{\times}3$, $3{\times}3$), the pile center to center spacing (2D, 4D, 6D), and soil density (relative density: 40%, 80%) were drawn as follows. As to the average horizontal loading applied to each pile in pile groups, the fewer number of piles was, the larger average horizontal resistance became. As the result of analysis on p-y curves of single piles and pile groups according to the pile distance and the soil density, as the pile spacing was increased from 2D to 6D, the interaction coefficients of pile group showed 0.85~0.94 (piles in the front row), 0.57~0.79 (piles in the middle row), and 0.60~0.71 (piles in the rear row) in the loose ground and showed 0.76~0.82 (piles in the front row), 0.58~0.73 (piles in the middle row), and 0.53~0.70 (piles in the rear row) in the dense ground. As above, the wider pile distance was, the larger interaction coefficient value was shown among piles. In addition, piles in the front row showed bigger interaction coefficients than that of piles in the middle and back row.
Fattah, Mohammed Y.;Salim, Nahla M.;Al-Gharrawi, Asaad M.B.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.1
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pp.695-710
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2018
Formation of a soil plug in an open-ended pile is a very important factor in determining the pile behavior both during driving and during static loading. The degree of soil plugging can be represented by the incremental filling ratio (IFR) which is defined as the change in the plug length to the change of the pile embedment length. The experimental tests carried out in this research contain 138 tests that are divided as follows: 36 tests for single pile, 36 tests for pile group ($2{\times}1$), 36 tests for pile group ($2{\times}2$) and 30 pile group ($2{\times}3$). All tubular piles were tested using the poorly graded sand from the city of Karbala in Iraq. The sand was prepared at three different densities using a raining technique. Different parameters are considered such as method of installation, relative density, removal of soil plug with respect to length of plug and pile length to diameter ratio. The soil plug is removed using a new device which is manufactured to remove the soil column inside open pipe piles group installed using driving and pressing device. The principle of soil plug removal depends on suction of sand inside the pile. It was concluded that the incremental filling ratio (IFR) is changed with the changing of soil state and method of installation. For driven pipe pile group, the average IFR for piles in loose is 18% and 19.5% for L/D=12 and 15, respectively, while the average of IFR for driven piles in dense sand is 30% and 20% for L/D=12 and L/D=15 respectively. For pressed method of pile installation, the average IFR for group is zero for loose and medium sand and about 5% for dense sand. The group capacity increases with the increase of IFR. For driven pile with length of 450 mm, the average IFR % is about 30.3% in dense sand, 14% in medium and 18.3% for loose sand while when the length of pile is 300 mm, the percentage equals to 20%, 17% and 19.5%, respectively.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.03a
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pp.447-454
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1999
The compressive capacity and the soil plugging resistance of single open-ended pipe pile were completely decreased in the previous study on the behavior of shorter single pile during simulated seaquake induced by the vertical component of earthquake. But the capacity of single open-ended pipe pile with greater penetration and the capacity of piles group with shorter penetration were expected to be stable after seaquake motion. In this study, first, 2-piles or 4-piles are driven into the calibration chamber included in saturated fine medium sand with several simulated penetrations, and the compressive load test for each piles group was performed. Then, about 95 % compressive load of the ultimate capacity was applied on the pile head during the simulated seaquake motion. Finally, In confirm the reduction of pile capacity during the simulated seaquake motion, the compressive load test for each single pile or piles group after seaquake motion was performed. During the simulated seaquake, the compressive capacity of open-ended pipe piles with greater penetration ( 〉about 27 m) was not degraded even in deep sea deeper than 220 m and soil plug within open-ended pipe pile installed in deep sea was stable after seaquake motion. Also, in the case of 2-piles or 4-pile groups, the compressive capacity after seaquake motion was not degraded at all regardless of pile penetration depth beneath seabed, sea water depth and seaquake frequency.
Preventing or reducing the damage impact of lateral soil movements on piled foundations is highly dependent on understanding the behavior of passive piles. For this reason, a detailed experimental study is carried out, aimed to examine the influence of soil density, the depth of moving layer and pile spacing on the behavior of a 2×2 free-standing pile group subjected to a uniform profile of lateral soil movement. Results from 8 model tests comprise bending moment, shear force, soil reaction and deformations measured along the pile shaft using strain gauges and others probing tools were performed. It is found that soil density and the depth of moving layer have an opposite impact regarding the ultimate response of piles. A pile group embedded in dense sand requires less soil displacement to reach the ultimate soil reaction compared to those embedded in medium and loose sands. On the other hand, the larger the moving depth, the larger amount of lateral soil movement needs to develop the pile group its ultimate deformations. Furthermore, the group factor and the effect of pile spacing were highly related to the soil-structure interaction resulted from the transferring process of forces between pile rows with the existing of the rigid pile cap.
In this study, experimental work has been carried out to investigate the effect of lateral soil movement on passive piles. This paper consists mainly of two parts: the first, performance of a series of laboratory experiments on a single pile and one-row pile groups, and the second, comparison between the measured and the predicted results. In the laboratory experiments, a quadrilateral soil movement profile was imposed on model piles embedded in both sandy soils and weathered soils. The maximum bending moment and pile deflection induced in passive piles were found to be highly dependent on pile stiffness, pile spacing, relative densities and pile head fixity condition. It was shown that the group effect might either increase or decrease the maximum bending moment and pile deflection, depending on the aforementioned influence factors. Based on the results obtained, a spacing-to-diameter ratio of 7.0 seems to be large enough to eliminate the group effect, and a pile in such a case behaves essentially the same as a single pile.
The dragload on pile groups in consolidating ground was investigated based on a numerical analysis. The case of a single pile and subsequently the response of groups were analyzed by 2D and 3D finite element studies. Conventional continuum elements and special slip elements were used in the analyses for comparison. Based on a limited parametric study, it is shown that dragload for a single pile and group effect are normally overestimated by continuum analyses, compared with the predictions by the slip analyses. The group effect was examined from the slip analysis by considering various factors such as pile configurations, surface loading, interface friction coefficient, and axial loading on piles. An examplary analysis and one previous experimental observation of dragload and group effects were back-analysed. The case histories demonstrated that the slip analysis might predict a better estimate of dragload and group effect compared to the no-slip continuum analysis.
This paper describes a numerical method for pile foundation subjected to earthquake loading using dynamic Winkler foundation model. To verify the numerical method, shaking table tests were carried out. In shaking table tests, accelerations and pile bending moments were measured for single pile and pile groups with a spacing-to-diameter ratio of 2.5 under fixed input base acceleration. In numerical analysis, the input base and free field accelerations measured from shaking table tests were used as input base motions. Based on the results obtained, free field acceleration was magnified relative to input base acceleration, whereas pile head accelerations reduced relatively to free field acceleration for soil-pile interaction. Measured and predicted bending moments for both cases have maximum value within the distance 10cm(4d) from the pile top. However, there are some differences between the results of numerical analysis and shake table test below 10cm(4d) from the pile top.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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