Lorenzo, R.;da Cunha, Renato P.;Cordao Neto, Manoel P.;Nairn, John A.
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.1
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pp.59-76
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2016
Penetration problems in geomechanics are common. Usually the soil is heavily disturbed around the penetrating bodies and large deformations and distortions can occur. The simulation of the installation of displacement piles is a good example of the interest of these types of problems for geomechanics. In this paper the Material Point Method is used to overcome the difficulties associated with the simulations of problems involving large deformation and full displacement type penetration. Recent modifications of the Material Point Method known as Generalized Interpolation Material Point and the Convected Particle Domain Interpolation are also used and evaluated in some of the examples. Herein a footing submitted to large settlements is presented and simulated, together with the processes associated to a driven pile under undrained conditions. The displacements of the soil surrounding the pile are compared with those obtained by the Small Strain Path Method. In addition, the Modified Cam Clay model is implemented in a code of MPM and used to simulate the process of driving a pile in dry sand. Good and rather encouraging agreement is found between compared data.
A rigorous and generic similarity solution is developed for assessment of the undrained expansion responses of a cylindrical cavity expansion in K0-consolidated anisotropic soils. A K0-consolidated anisotropic modified Cam-clay (K0-AMCC) model that can represent the initial stress anisotropy and the effects of stress-induced anisotropy is used to model the soil behaviors during cavity expansion. All the seven basic unknowns, the three stress components, the pore water pressure, the particle velocity, the specific volume and the hardening parameter, are reduced to the functions of a dimensionless radial coordinate and are taken as coupled variables to formulate the problem. The governing equations are formulated by making use of the equilibrium equation, the constitutive equation, the consistency condition, the continuity condition and the undrained condition, which are then solved as an initial value problem. The proposed rigorous similarity solution is compared with some well-documented rigorous solutions to validate the solution and to highlight the special expansion responses in anisotropic soils. The results reveal that the present solution can yield more predictions for cavity expansion problems in soils with initial anisotropic stresses.
Cavity expansion is a classical problem in the field of solid mechanics with a wide range of applications in geotechnical and petroleum engineering. A drained solution is developed for cylindrical cavity expansion in anisotropic soils under biaxial in-situ stresses using a K0-based anisotropic modified Cam-clay model (K0-AMCC). The problem is formulated by solving differential equations using an auxiliary variable, which provides analytical expressions for the volume and four stress components of the soil around the cylindrical cavity. The solution is validated by comparisons with existing well-developed solutions. The results show that the present solution well captures the cavity expansion responses in anisotropic soils under biaxial in-situ stresses, and removes limiting assumptions that the cylindrical cavity expands under uniform in-situ stress in isotropic soils. The elastic-plastic boundary of the expanding cylindrical cavity in K0-consolidated anisotropic soils under biaxial in-situ stresses is a circle rather than an ellipse in isotropic soils, and the mathematical proof is provided in detail.
This paper aims at investigating the characteristics of soil deformation by finite element method (FEM) coupling the cap model with the multi.purpose program developed by authors for the analysis of foundation displacement. The cap model as the constitutive equation has proved to be very useful to a partially saturated roils as well as rocks with high accuracy. As described in the Previous Paper (Park et al 1987) , there exist some difficulties in the determination of soil parameters in order to use the cap model at Present. However the authors have been studying to seek the method for the determination of the soil parameters from the laboratory results of conventional cylindrical triaxial test. Though the computer program advocated by foreign scholars has been kept secret, authors accomplished in performing the FEM analysis by the algorithm and program developed by authors for the cap model. Good results are obtained compared with those published already by Desai(1981) The main conclusions analyzed are as follows: 1. The cap model can be coupled with the multi.purpose computer program of authors bases on the Biot's consolidation theory without loss of generality. 2. Big difference appears in the settlement of center of the embankment between the cap modes and the modified Cam clay model in undrained conditions. The more study on which is more accurate should be performed in this respect.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.4
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pp.227-237
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1993
This paper dealt with numerical analysis of sand drain considering the smear effect around drain wells and discontinuous deformation behavior due to difference in rigidity between drain materials and adjacent clayey soils. Biot's equation was selected as governing equation coupled with MODCAM (Modified Cam-clay) model or EVP(Elasto-Viscoplastic) model as constitutive equation. The validity as well as the accuracy of the method developed by author was checked by comparing the proposed method with those by Siriwardane and Ghaboussi using joint element. The FEM analysis developed in this study was applied to both 2-dimensional model foundation and actual foundation. the result of which proved to be satisfactory.
Soil disturbance induced by installation of mandrel driven vertical drains decreases the in situ horizontal hydraulic conductivity of the soil in the vicinity of the drains, decelerating the consolidation rate. According to available literature, several different profiles for the hydraulic conductivity variation with the radial distance from the vertical drain, influencing the excess pore water pressure dissipation rate, have been identified. In addition, it is well known that the visco-plastic properties of the soil also influence the excess pore water pressure dissipation rate and consequently the settlement rate. In this study, a numerical solution adopting an elastic visco-plastic model with nonlinear creep function incorporated in the consolidation equations has been developed to investigate the effects of disturbed zone properties on the time dependent behaviour of soft soil deposits improved with vertical drains and preloading. The employed elastic visco-plastic model is based on the framework of the modified Cam-Clay model capturing soil creep during excess pore water pressure dissipation. Besides, nonlinear variations of creep coefficient with stress and time and permeability variations during the consolidation process are considered. The predicted results have been compared with V$\ddot{a}$sby test fill measurements. According to the results, different variations of the hydraulic conductivity profile in the disturbed zone result in varying excess pore water pressure dissipation rate and consequently varying the effective vertical stresses in the soil profile. Thus, the creep coefficient and the creep strain limit are notably influenced resulting in significant changes in the predicted settlement rate.
This paper deals with the numerical analysis by the (mite element method introducing Biot's theory of consolidation and the modified Cambridge model proposed by Roscoe school of Cambridge University as constitutive equation and using Christian-Boehner's technique. Especially, time interval and division of elements are investigated in vies of stability and economics. In order to check the validity of author's program, the program was tested with one-dimensional consolidation case followed by Terzaghi's exact solution and with the results of the Magnan's analysis for existing banking carried out for study at Cubzac-les-ports in France. The main conclusions obtained are summarized as follows: 1. In the case of one-dimensional consolidation, the more divided the elements are near the surface of the foundation, the higher the accuracy of the numerical analysis is. 2. For the time interval, it is stable to divide 20 times per 1-lg cycle. 3. At the element which has long drain distance, the Mandel-fryer effect appears due to time lag. 4. Lateral displacement at an initial loading stage predicted by author's program, in which the load was assumed as not concentrative. but rather in grid form, is well consistent with the value of observation. 5. The pore water pressure predicted by author's program has a better accordance with the value of observation compared with Magnan's results. 6. Optimum construction control by Matsuo-Kawamura's method is possible with the predicted lateral displacement and settlement by the program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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