The key parameter that affects the consolidation process of soil is the coefficient of permeability. The common assumption in the consolidation analysis is that the coefficient of permeability is porosity-dependent. However, various authors suggest that the strain-dependency of the coefficient of permeability should also be taken into account. In this paper, we present results of experimental and numerical analyses, with an aim to determine the strain-dependency of the coefficient of permeability. We present in detail both the experimental procedure and the finite element formulation of the two-dimensional axisymmetric numerical model of the oedometer test (standard and modified). We perform a set of experimental standard and modified oedometer tests. We use these experimental results to validate our numerical model and to define the model input parameter. Finally, by combining the experimental and numerical results, we propose the expression for the strain-dependent coefficient of permeability.
Coupled finite element analysis is carried out to study the effect of degree of saturation on the vertical displacements and pore water pressures simultaneously by developing a FORTRAN90 code. The finite element formulation adopted in the present study is based upon Biot's consolidation theory to include partially saturated soils. Numerical methods are applied to a two-dimensional plane strain strip footing (flexible) problem and the effect of variable degree of saturation on the response of excess pore water pressure dissipation and settlement of the footing is studied. The immediate settlement in the case of partly saturated soils is larger than that of a fully saturated soil, the reason being the presence of pore air in partially saturated soils. On the other hand, the excess pore water pressure for partially saturated soil are smaller than those for fully saturated soil.
Currently, there is a great interest in the coupling between multiphase fluid flow and geomechanical effects in hydrocarbon reservoirs and surrounding rocks. The ideal solution for this coupled problem is to introduce the geomechanical effects through the stress analysis solution and implement an algorithm, which assures that the equations governing the flow and stress analyses are obeyed in each time step. This paper deals with the implementation of a program (FORTRAN90 interface code), which was developed to couple conventional reservoir (ECLIPSE) and geomechanical (ABAQUS) simulators, using a partial coupling algorithm. The explicit coupled hydro-mechanical behavior of Iranian field during depletion and $CO_2$ injection is studied using the soils consolidation procedure available in ABAQUS. Time dependent reservoir pressure fields obtained from three dimensional compositional reservoir models were transferred into finite element reservoir geomechanical models in ABAQUS as multi-phase flow in deforming reservoirs cannot be performed within ABAQUS. The FEM analysis of the reservoir showed no sign of plastic strain under production and $CO_2$ injection scenarios in any part of the reservoir and the stress paths do not show a critical behavior.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.3
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pp.39-47
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1985
In this paper, a FEM analysis model was developed to solve the consolidation phenomena of embankment on the soft foundation. The developed FEM model was based on the Biot's consolidation equation which was coupled with one of three stress-strain constitutive relationships. In order to check the validity of the newly developed FEM model, the program input data were used by a test embankment which had been already constructed at Cubzac-les-ponts in France by Magnan et al. The FEM results compared to the experimental and analytical results which were obtained by the Magnan's group at Cubzac-les-ponts. The results compared showed that the consolidation phenomena were well explained by the author's FEM model which results were more accurate than the others. As for the pore water pressure, Christian-Boehmer's method used in this paper was considered preferable to Sandhu-Wilson's used by Magnan.
This study aims at the development of computer Program for the deformation analysis of soft clay layers, and using this computer program, study the constraint effect of deformation- heaving, lateral displacement-of the soft clay layers reinforced with sheet pile at the tip of banking or improvement of soft clay layer up to hard strata, under intact state (natural) and the state of vertical drain respectively. For this study, Biot's consolidation theories and modified Cam-clay theory for constitutive equation for FEMI were selected and coupled governing equation, and christian-Boehmer's technique was applied to solve the coupled relationship. The following results are obtained. 1. Sheet pile or improvement of soft clay layer to the hard strata work well against the settlement of neighboring ground. B. In view of restriction of heaving or lateral displacement, sheet pile is not supposed to be of use. 3. Sheet pile is of effect only when vertical drain is constructed for acceleration of consolidation and load increases gradually. B. The larger the rigidity of improvement of layer to hard strata is, the less settlement occurs.
A series of two-dimensional (2D) finite element analyses have been performed to study the behaviour of single piles in consolidating ground. The analysis was conducted based on coupled analyses by considering changes of pore water pressure in the clay. In the analyses the soil slippage at the pile and the soil interface has been included. The method widely used in practice somewhat overestimates dragload by about 25% compared to the rigorous numerical analysis since partial mobilization of skin friction near neutral plane and reductions in the vertical soil stress is not incorporated. When soil slip develops at most of the pile length at the pile-soil interface during consolidation, further increases in dragload is not significant. Application of coating on the pile surface can reduce dragload and pile settlement substantially, but under an axial load on the pile head very large pile settlement can be developed unless pile tip is located to a stiff bearing layer.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1991.10a
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pp.362-375
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1991
Background and Necessity of the study : For more than 20 years, the soil engineering reserach group of Chonnam National University has been performing the deformation analysis of soft clayey foundation, since the University is located near the south-western coast of Korean Peninsulla, along which tide reclamation works have been under proaressing. Associsted with the fact mentioned above, the researchers have been developing a computer program in order to carry out deformation analysis of soft foundation since early 1980. Case-studies : In this research, the Biot's equation was selected as the governing equation coupled with several constitutive models including original and modified Cam-clay models, elasto-viscoplastic model, Lade's model etc. The anisotropy of soi1 can be considered in this program. To validate the accuracy of the computer program developed a couple of case-studies were performed. These include the pilot banking, sand drain considering smear effect and compound foundation reinforced with sheet pile into soft foundation.i) The pilot banking Good results could be acquired by assuming banking load as the body force composed of finite element mesh rather than equivalent concentrated load.ii) The sand drain Due to smear, the delay of consolidation was remarkable at the early stsge. so safety for the failure of foundation should be checked for the initial step of consolidation. iii) The compound foundation Accurate results were obtained by introducing the joint element method for the soft foundation reinforced with sheet pile into soiㅣ.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2003.03a
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pp.257-264
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2003
Tunnelling in water bearing soils influences the ground water regime. It has been indicated in the literature that the existence of ground water above a tunnel influences tunnel stability and the settlement profile. Only limited research, however, has been done on ground water movements around tunnels and their influence on tunnel performance. Time dependent soil behaviour can be caused by the changes of pore water pressure and/or the viscous properties of soil(creep) under the stress change resulting from the advance of the tunnel face. De Moor(1989) demonstrated that the time dependent deformations due to tunnelling are mainly the results of pore pressure dissipation and should be interpreted in terms of effective stress changes. Drainage into tunnels is governed by the permeability of the soil, the length of the drainage path and the hydraulic boundary conditions. The potential effect of lime dependent settlement in a shallow tunnel is likely to occur rapidly due to the short drainage path and possibly high coefficient of consolidation. Existing 2D modelling methods are not applicable to these tunnelling problems, as it is difficult to define empirical parameters. In this paper the time-based 2D modelling method is adopted to account for the three dimensional effect and time dependent behaviour during tunnel construction. The effect of coupling between the unloading procedure and consolidation during excavation is profoundly investigated with the method. It is pointed out that realistic modelling can be achieved by defining a proper permeability at the excavation boundary and prescribing appropriate time for excavation Some guidelines for the numerical modelling of drained and undrained excavation has been suggested using characteristic time factor. It is highlighted that certain range of the factor shows combined effect between the unloading procedure due to excavation and consolidation during construction.
Mukhtiar Ali Soomro;Shaokai Xiong;Naeem Mangi;Dildar Ali Mangnejo;Sharafat Ali Darban
Geomechanics and Engineering
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v.39
no.4
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pp.407-423
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2024
Construction on waterlogged ground presents significant challenges for geotechnical engineers due to the low bearing capacity, high water table, and risks of post-construction settlement, all of which can compromise the stability of buildings. This study aims to investigate the settlement behavior of foundations on such terrains and recommend suitable foundation types to safely support building loads. To achieve these objectives, three-dimensional coupled consolidation analyses were performed to evaluate the bearing capacities of shallow footings with dimensions of 1.22 × 1.22 m2 and 1.83 × 1.83 m2. The results showed ultimate load capacities of approximately 10 kN and 21 kN, respectively, for these footings on waterlogged ground. To enhance these capacities, the use of pit sand as a filling material was explored, yielding substantial improvements. The bearing capacity of the 1.22 × 1.22 m2 footing increased by a factor of 9, while the 1.83 × 1.83 m2 footing saw a sixfold improvement. In addition, alternative foundation solutions were evaluated to achieve higher load-bearing capacities. These included raft foundations, single piles, pile groups, and piled raft foundations. Among these, a single pile demonstrated an ultimate load capacity of 300 kN, while a (2 × 2) pile group supported up to 400 kN. The piled raft foundation exhibited the highest capacity, with an ultimate load of 620 kN. These findings provide valuable insights into effective foundation designs for waterlogged conditions, enabling safer and more reliable construction practices.
This paper conducts a complicated coupled effective stress analysis of X-section-in-place concrete (XCC) pile installation and consolidation processes using the dual-stage Eulerian-Lagrangian (DSEL) technique incorporating the modified Cam-clay model. The numerical model is verified by centrifuge data and field test results. The main objective of this study is to investigate the shape effect of XCC pile cross-section on radial total stress, excess pore pressure and time-dependent strength. The discrepancies of the penetration mechanism and set-up effects on pile shaft resistance between the XCC pile and circular pile are discussed. Particular attention is placed on the time-dependent strength around the XCC pile shaft. The results show that soil strength improved more significantly close to the flat side compared with the concave side. Additionally, the computed ultimate shaft resistance of XCC pile incorporating set-up effects is 1.45 times that of the circular pile. The present findings are likely helpful in facilitating the incorporation of set-up effects into XCC pile design practices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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