Centrifuge model tests were used to simulate pile-raft composite foundation and pile-geogrid composite foundation with different pile spacing for researching the time effect of negative skin friction of rigid piles in high-speed railways. The research results show that the negative skin friction has a significant impact on the bearing capacity of composite foundation. Pile-raft composite foundation has higher bearing capacity compared to pile-geogrid composite foundation to reduce the effect of negative skin friction on piles. Both the foundation settlement and negative skin friction have significant time effect. The distribution of skin friction can be simplified as a triangle along the pile. The neutral point position moves deeper in the postconstruction stage at larger pile spacing. For pile-geogrid composite foundation, the setting of pile-cap affects the position of neutral point in the post-construction stage. Reinforced cushion with geotextile may promote the better performance of cushion for transmitting the loads to piles and surrounding soils. Arching effect in the cushion of the composite foundation is a progressive process. The compression of the rigid piles contributes less than 20% to 25% of the total settlement while the penetration of the piles and the compression of the bearing stratum below the pile tips contribute more than 70% of the total settlement. Some effective measures to reduce the settlement of soils need to be taken into consideration to improve the bearing capacity of pile foundation.
Recently pile-supported embankments have emerged as an optimum method when the rapid construction and strict deformation of structures are required on soft soils. Especially geosynthetic-reinforced and pile-supported (GRPS) embankments are used worldwide as they can provide economic and effective solutions. However the load transfer mechanism in GRPS embankments is very complex, and not yet fully understood. Particularly the purpose and effect of geosynthetic inclusion are ambiguous and considered as an auxiliary measure assisting the arching effect of piles. Numerical parametric study using 3D finite element method has been conducted to investigate the effect of geosynthetic reinforcement on the load transfer mechanism of GRPS embankments. Numerical results suggested that as more stiffer geosynthetic is included, arching effect decreases considerably and the load concentration to the piles mostly caused by tension effect of geosynthetic. This finding is contradictory to the common understanding that geosynthetic inclusion only enhance the efficiency of load transfer. Consequently the design parameters determined from the numerical analyses are compared with those of three existing design methods. The problems of the existing methods are discussed.
Offshore pile foundations are prone to lateral soil pressures resulting from embankment construction for the reclamation on deepwater soft clay. Since the 1990s, offshore reclamation has actively progressed in Korea, connecting with the development of Songdo newtown, Incheon newport, and Busan newport representatively. Special attention has been given to lateral soil-structure interaction problems related to passively-loaded offshore pile foundations. Based on a plane strain large deformation finite element (LDFE) approach, this paper presents the results of investigation into undrained (short-term) and drained (long-term) behavior of passively-loaded offshore pile foundations. This study examines the effects of major factors, such as soil profile, pile head boundary condition, magnitude of embankment load, and average degree of consolidation. The results allowed quantification of differences in the magnitude of lateral soil pressure acting on the piles between undrained and drained phases.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.7
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pp.375-381
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2017
A full-scale field test was conducted to investigate the arching effect of an embankment pile. The arching effect calculated from the test results was compared with theoretical values. Measurements obtained from a load cell and an earth pressure cell during the field test reflected the arching effect of the embankment pile well. The arching effect measured by load cells for an embankment height of 3m or less was smaller than the theoretical value with the assumption of plain strain.The measured effect for a height of 4 m or more was larger than the theoretical value. In contrast to the consistent decrease of the theoretical arching effect, the arching effect obtained from the field test shows continually increasing trends. The arching effects calculated from the earth pressure cells were greater than those from the theory under the plain strain assumption, but the trend was similar to the theoretical one. The arching effects measured by the earth pressure cells an embankment heights of 2, 3, 4, 5, and 6 m were 1.05, 1.23, 1.29, 1.28, and 1.29 times greater than those from the theory under the assumption of plain strain. The arching effects from the field test were much greater than those from the theory under the installation of a pile grid.
When an embankment is constructed on soft clay ground, the lateral displacement generally called as lateral flow is generated in the foundation ground. It strongly affects stabilities of structures, such as foundation piles and underground pipes, in and on the foundation ground. The lateral earth pressure induced by the lateral flow is influenced by the magnitude and construction speed of embankment, the geometric conditions and geotechnical characteristics of the embankment, and the foundation ground, and so on. Accurate methods for estimating the lateral earth pressure have not ever been established because the lateral flow of a foundation ground shows very complicated behavior, which is caused by the interaction of shear deformation and volumetric deformation. In this paper, a series of model tests were carried out in order to clarify effects of construction speed of an embankment on the lateral earth pressure in a foundation ground were design. It was found that the magnitude and the distribution of the lateral earth pressure and its change with time are dependent on the construction speed of the embankment. It was found that a mechanism for the lateral earth pressure was generated by excess pore water pressure due to negative dilatancy induced by shear deformation under the different conditions of construction speeds of embankments.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.5
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pp.255-264
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2017
Dynamic numerical simulation of pile-supported slab track system embedded in a soft soil and embankment was performed. 3D model was formulated in a time domain to consider the non-linearity of soil by utilizing FLAC 3D, which is a finite difference method program. Soil non-linearity was simulated by adopting the hysteric damping model and liner elements, which could consider soil-pile interface. The long period seismic loads, Hachinohe type strong motions, were applied for estimating seismic respose of the system, Parametric study was carried out by changing subsoil layer profile, embankment height and seismic loading conditions. The most of horizontal permanent displacement was initiated by slope failure. Increase of the embedded height and thickness of the soft soil layer leads increase of member forces of PHC piles; bending moment, and axial force. Finally, basic guidelines for designing pile-supported slab track system under seismic loading are recommended based on the analysis results.
Model tests were performed to investigate the failure modes in embankments on soft ground supported by piles with cap beams. In the model tests, Jumunjin standard sand was placed on simulated cap beams and soft ground. The cap beams are placed perpendicular to the longitudinal axis of the embankment. The colored sand and the Jmniin standard sand were placed one after the other above cap beams and soft ground to make lateral stripes with 3mm thickness in the embarkment. The colored sand was prepared by coating the Jumunjin sand with black lead powder. The photographs illustrate the two characteristic modes of failure in embarkments. One is the soil arching failure and the other is the punching shear failure. The failure mode depends on the height of embankment and the space between cap beams. That is, if the embankment is high enough compared with the space between cap beams, it will fail in arching failure. On the other hand if the embarkment is relatively low or the space between piles is too wide, it will fail in punching shear failure. The soil arching develops in embarkment as a semicylindrical arch with a thickness equal to the width of the cap beam. And the soil wedge developed above the cap beams remains intact during both arching and punching failures. The boundary of punching shear failure of the displaced soil mass can be defined on the basis of observation of the photographs.
Pile or column supported embankments have been increasingly employed to construct highway or railway embankments over soft soils. Piles or columns of stiffer material installed in the soft ground can provide the necessary support by transferring the embankment load to a firm stratum using a soil arching. However, there has been reported to occur a relatively large differential settlement between the piles and the untreated soils. Geosynthetic reinforced pile or column supported embankment (GRPS) is often used to minimize the differential settlement. Two dimensional finite element anlyses have been performed on both the column supported embankments and the geogrid reinforced column supported embankments by using a PLAXIS 2D to evaluate the soil arching effect. Based on the results obtained from finite element analyses, the stress reduction ratio decreases as the area replacement ratio increases in the column supported embankments. For the geogrid reinforced column supported embankments, the geogrid reinforcemnt can reduce differential settlements effectively. In additon, the use of stiffer geogrid is appeared to be more effective in reducing the differential settlements.
Geosynthetic-reinforced and pile-supported embankments have been increasingly used and researched around the world. The inclusion of one or multiple geosynthetic reinforcements over the pile is intended to enhance the efficiency of load transfer from soft ground to piles, to reduce total and differential settlement and increase global or local stability. In this paper, the reinforcement effectiveness and arching effect of the geogrid-reinforced and pile-supported embankments have been studied in terms of field model tests and numerical analysis with varying the space between piles and reinforcement. 2-dimensional numerical analysis has been conducted using the FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua) program. And load transfer mechanisms between soil-piles-geogrid were investigated. The mechanisms of load transfer can be considered as a combination of embankment soil arching, tension geogrid, and stress concentration due to the stiffness difference between pile and soft ground. Based on the field model test and numerical analysis results, it was found that the geosynthetic reinforcement slightly interferes with soil arching, and helps reduce differential settlement of the soft ground. Also. at the D/b=3 (D: spacing of pile cap, b: diameter of pile), the total settlement is reduced by about $40\%$ compared to that without reinforcement. For $D/b{\ge}6$, the effectiveness of geogrid reinforcement in reducing settlement is negligible.
Sand pile is widely used as a ground improvement method. Although the primary purpose of constructing sand pile is accelerating consolidation, composite ground effect also can be gained by constructing sand pile. This study was accomplished to understand composite ground effect on the ground improved by sand piles which were applied as vertical drainage material when area replacement ratio was small relatively. For determining bearing capacities of origin ground and sand piles and analysing interaction between embankment and origin ground, bearing tests and earth pressure monitoring are performed. From the results, it turned out that the contribution of sand pile as a load bearing mechanism is not substantial. However, the bearing capacity of sand pile was increased to sixty percentages when compared with origin ground. The increasement of bearing capacity could be caused the change of consolidation characteristics during the process of consolidation by overburden load. Therefore, the composite ground effects depending on stiffness increasement of sand pile would be estimated as a factor decreasing consolidation settlement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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