In this study, a series of geotechnical centrifugal tests were conducted to investigate the effectiveness of settlement control of two types of rigid pile structure embankments (PRSE) in collapsible loess under high-speed railway embankments. The research results show that ground reinforcement is required to reduce the post-construction settlement and settlement rate of the embankments. The rigid pile structure embankments using rigid piles can substantially reduce the embankment settlement in the construction of embankments on collapsible loess, and the efficiency in settlement reduction is affected by the pile spacing. The pile-raft structure embankments (PRSE) have much stronger ability in terms of the effectiveness of settlement control, while the pile-geogrid structure embankments (PGSE) provides rapid construction as well as economic benefits. Rational range of pile spacing of PRSE and PGSE are suggested based on the requirements of various railways design speeds. Furthermore, the time effectiveness of negative skin friction of piles and the action of pile-cap setting are also investigated. The relevant measures for improving the bearing capacity and two parts of transition zone forms as positive control mean have been suggested.
In northern China, abundant summer rainfall and a higher water table can weaken the soil due to salt heave, collapsibility, and increased moisture absorption, thus the chlorine saline soil (silty clay) needs to be stabilized prior to use in road embankments. To optimize chlorine saline soil stabilizing programs, unconfined compressive strength tests were conducted on soil treated with five different stabilizers before and after soaking, followed by field compaction test and unconfined compressive strength test on a trial road embankment. In situ testing were performed with the stabilized soils in an expressway embankment, and the results demonstrated that the stabilized soil with lime and SH agent (an organic stabilizer composed of modified polyvinyl alcohol and water) is suitable for road embankments. The appropriate addition ratio of stabilized soil is 10% lime and 0.9% SH agent. SH agent wrapped soil particles, filled soil pores, and generated a silk-like web to improve the moisture stability, strength, and stress-strain performance of stabilized soil.
It has been pointed out that the collapses of unsaturated road embankments caused by earthquake are attributed to high water content caused by the seepage of the underground water and/or the rainfall infiltration. Hence, it is important to study influences of water content on the dynamic stability and deformation mode of unsaturated road embankments for development of a proper design scheme including an effective reinforcement to prevent severe damage. This study demonstrates dynamic centrifugal model tests with different water contents to investigate the effect of water content on deformation and failure behaviors of unsaturated road embankments. Based on the measurement of displacement, the pore water pressure and the acceleration during dynamic loading, dynamic behavior of the unsaturated road embankments with about optimum water content and the higher water content than the optimum one have been examined. In addition, an image analysis has revealed the displacement field and the distributions of strains in the road embankment, by which deformation mode of the road embankment with higher water content has been clarified. It has been confirmed that in the case of higher water content the settlement of the crown is large mainly owing to the volume compression underneath the crown, while the small confining pressure at the toe and near the slope surface induces large shear deformation with volume expansion.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6C
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pp.239-247
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2012
Some methods were proposed to predict lateral flow due to embankments for road constructions on soft grounds, in which vertical drains were placed. In order to investigate the prediction methods of lateral flow, 200 field monitoring data for embankments in thirteen road construction sites at western and southern coastal areas of the Korean Peninsula were analyzed. For analyzing the relationship between the safety factor of embankment slope and the horizontal displacement in soft grounds where horizontal drain mats were placed, it was reliable to apply the maximum horizontal displacement in soft ground instead of the horizontal displacement at ground surface. The maximum horizontal displacement was developed less than 50mm in fields where the safety factor of slope was more than 1.4, while the one was developed more than 100mm in fields where the safety factor of slope was less than 1.2. In safe fields where the maximum horizontal displacement were developed within 50mm, lateral flow would not happen since shear deformation was not appeared. On the other hand, shear failure would happen in the fields where the maximum horizontal displacement were developed more than 100mm. In such fields, embankments might be continued after some appropriate countermeasures should be prepared. Safe embankments can be performed on soft grounds, in which the stability number is less than 3.0 and the safety factor for bearing is more than 1.7. However, if the stability number is more than 4.3 and the safety factor for bearing is less than 1.2, shear deformation would begin and even shear failure would happen.
Long Chen;Chenlei Xie;Zi Ye;Yonghui Chen;Zhewei Chai;Yun Li
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.1
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pp.15-28
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2024
The rapid development of the economy has compelled the widen of highways, and the main challenge of this undertaking lies in the uneven settlement of road embankments. Through field and numerical experiments, this study explores the deformation mechanism of shallow buried pipelines due to road widening. The utilization of Plaxis3D software, which is adapt at simulating complex engineering geological conditions, enables the simulation of the settlement of both the central and right-side road embankments. Comparing with other numerical software such as ABAQUS and COMSOL, Plaxis provided more constitutive models including HS, HSS and Hoek-Brown model. The work concludes that the uneven settlement of road cross-sections is positively correlated with the horizontal distance from the pipeline, with a maximum settlement of 73 mm observed after construction. Furthermore, based on the Winkler's assumption, theoretical settlement and stress calculation methods are established. Results indicate that the maximum difference between the calculated values of this formula and simulated values is 1.9% and 7%, respectively. Additionally, the study investigates the stress and settlement of the pipeline's top under different angles to understand its behavior under various conditions. It finds that with traffic loads applied to the new embankment, a lever effect occurs on the lower pipeline, with the fulcrum located within the central isolation zone, leading to a transition in curve type from "single peak and single valley" to "double peak and single valley." Moreover, the settlement of pipelines on both sides of the central isolation zone and the normal stress of the pipeline's top section are symmetrical.
Field monitoring data for embankments in thirteen road construction sites at coastal area of the Korean Peninsula were analyzed to investigate the characteristics of lateral flow in soft grounds, to which vertical drain methods were applied. First of all, the effect of the embankment scale on the lateral flow was investigated. Thicker soft soils and lager relative embankment scale produced more horizontal displacements in soft grounds. Especially, if thick soft grounds were placed, the relative embankment scale, which was given by the ratio of thickness of soft ground to the bottom width of embankments, became larger and in turn large horizontal displacement was produced. And also higher filling velocity of embankments induced more horizontal displacements in soft grounds. The other major factors affecting the lateral flow in soft ground were the thickness and undrained shear strength of soft grounds, the soil modulus and the stability number. Maximum horizontal displacement was induced by less undrained shear strength and soil modulus of soft grounds. Also more stability numbers produced more maximum horizontal displacements. When the shear deformation does not develop, the stability number was less than 3.0 and the safety factor of bearing was more than 1.7. However, if the stability number was more than 5.14 and the safety factor of bearing was less than 1.0, the unstable shear failure developed in soft ground. 50mm can be recommended as a criterion of the allowable maximum horizontal displacement to prevent the shear deformation in soft ground, while 100mm can be recommended as a criterion of the allowable maximum horizontal displacement to prevent the shear failure in soft ground.
Kim, Junghoon;Hong, Wonpyo;Lee, Choongmin;Lee, Junwoo
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.13
no.9
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pp.17-29
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2012
To investigate the characteristics of shear strength and soil deformation in soft grounds, in which various vertical drains were placed, two hundreds field monitoring data of embankments performed in thirteen road construction sites at west and south coastal areas of the Korean Peninsula were collected. At first, the relationship between settlement and lateral displacement was investigated into three stages, in which embankment construction works were divided into initial filling stage, final filling stage and stage after complete filling. And then, the relationship of surcharge pressures and embankment heights with undrained shear strength of soft grounds were investigated. The investigation on settlement and lateral displacement illustrated that the increment of lateral flow to the increment of settlement was low during initial filling stage, but increased gradually with filling and showed largest during final filling stage. After complete filling, the lateral displacement was converged, even though the settlement was increased continuously. Therefore, most of lateral flow was occurred during embankment filling. The ratio of the lateral displacement increment to the settlement increment was 20% for initial filling stage, which coincided with the one presented by Tavenas et al.(1979), but became 50% for final filling stage, which was half of the one presented by Tavenas et al.(1979). However, the ratio reduced to 1% to 9%, which was quite lower than the one presented by Tavenas et al.(1979). Shear deformations, even shear failures, were predicted in soft grounds under initial undrained shear strength, since the design heights of embankments were higher than the yield height in all the sites. However, embankment construction would be possible since the yield height became higher than the design height due to improvement of shear strength of soft grounds with application of the vertical drains. In order to perform safely embankments for road constructions, the embankment loads should be designed not to be exceed 5.14 times the initial undrained shear strength of soft grounds and to be less than 3.0 times the undrained shear strength improved with application of vertical drains in soft grounds.
Alonso-Estebanez, Alejandro;del Coz Diaz, Juan J.;Rabanal, Felipe P.A lvarez;Pascual-Munoz, Pablo;Nieto, Paulino J. Garcia
Wind and Structures
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v.26
no.1
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pp.35-43
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2018
This paper describes the effect of different testing parameters (configuration of infrastructure and truck position on road) on truck aerodynamic coefficients under cross wind conditions, by means of a numerical approach known as Large Eddy Simulation (LES). In order to estimate the air flow behaviour around both the infrastructure and the truck, the filtered continuity and momentum equations along with the Smagorinsky-Lilly model were solved. A solution for these non-linear equations was approached through the finite volume method (FVM) and using temporal and spatial discretization schemes. As for the results, the aerodynamic coefficients acting on the truck model exhibited nearly constant values regardless of the Reynolds number. The flat ground is the infrastructure where the rollover coefficient acting on the truck model showed lowest values under cross wind conditions (yaw angle of $90^{\circ}$), while the worst infrastructure studied for vehicle stability was an embankment with downward-slope on the leeward side. The position of the truck on the road and the value of embankment slope angle that minimizes the rollover coefficient were determined by successfully applying the Response Surface Methodology.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.31
no.1D
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pp.83-90
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2011
A need still exists that the unsaturated condition is to be considered when evaluating the infiltration and drainage capacity for compacted geomaterials in road foundation or embankments. For this reason, numerical analysis were used to analyze the time-dependent unsaturated infiltration and drainage condition depending on various geomaterial types. Therefore, laboratory data from the soil-water characteristic curve tests on geomaterials were adopted from previous studies. In addition, the unsaturated permeability was estimated using SWCC. Then the infiltration and drainage performance of unsaturated compacted soils were evaluated under various conditions based on the proposed method. The results demonstrated that the effect of initial suction and SWCC path on each material could be substantial and the proper application on analysis is very important to enhance the prediction on each capacity.
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