In this paper, the active lateral earth pressure is evaluated using the stress characteristics or slip line method. The lateral earth pressure is expressed as the lateral earth pressure coefficients due to the surcharge, the unit weight and cohesion of the backfill soil. Seismic horizontal and vertical pseudo-static coefficients are used to consider the seismic effects. The equilibrium equations along the characteristics lines are solved by the finite difference method. The slope of the ground surface, the wall angle and the adhesion and friction angle of the soil-wall interface are also considered in the analysis. A computer code is provided for the analysis. The code is capable of solving the characteristics network, determining active lateral earth pressure distribution and calculating active lateral earth pressure coefficients. Closed-form solutions are provided for the lateral earth pressure coefficients due to the surcharge and cohesion. The results of this study have a good agreement with other reported results. The effects of the geometry of the retaining wall, the soil and soil-wall interface parameters are evaluated. Non-dimensional graphs are presented for the active lateral earth pressure coefficients.
Gravity wall combined with anchoring frame beam is widely adopted to support a high slope under complex geomorphic condition, in which the rigid gravity wall is adopted as a lower structure and the flexible anchoring frame beam serves as an upper structure. The seismic anchor force and the seismic active earth pressure are two essential issues for the seismic design of combined retaining structure in high seismic intensity area. In this study, an analytical model of combined retaining structure is established based on the upper bound theorem of limit analysis, and the formulas for seismic anchor force and seismic active earth pressure of combined retaining structure are derived. The results are optimized by using the global optimization algorithm. The proposed method is verified by a comparison with previous method. Moreover, the influence of main parameters on seismic anchor force and seismic active earth pressure is analyzed to facilitate the seismic design of such combined retaining structure.
In practical engineering, the design process for most retaining walls necessitates careful consideration of seismic resistance. The prevention of retaining wall overturning is of paramount importance, especially in cases where the foundation's bearing capacity is limited. To research the seismic active earth pressure (ES) of a relieving retaining wall rotating around base (RB), the shear dissipation graphs across various operating conditions are analyzed by using Optum software, and the earth pressure in each region was derived by the inclined strip method combined with the limit equilibrium method. By observing shear dissipation graphs across various operating conditions, the distribution law of each sliding surface is summarized, and three typical failure modes are obtained. The corresponding calculation model was established. Then the resultant force and its action point were obtained. By comparing the theoretical and numerical solutions with the previous studies, the correctness of the derived formula is proved. The variation of earth pressure distribution and resultant force under seismic acceleration are studied. The unloading plate's position, the wall heel's length, and seismic acceleration will weaken the unloading effect. On the contrary, the length of the unloading plate and the friction angle of the filling will strengthen the unloading effect. The derived formula proposed in this study demonstrates a remarkable level of accuracy under both static and seismic loading conditions. Additionally, it serves as a valuable design reference for the prevention of overturning in relieving retaining walls.
Yun, Jong Seok;Park, Seong Jin;Han, Jin Tae;Kim, Jong Kwan;Kim, Dong Chan;Kim, DooKie;Choo, Yun Wook
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.27
no.5
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pp.193-202
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2023
In this paper, a dynamic centrifuge model test was conducted on a 24.8-meter-deep excavation consisting of a 20 m sand layer and 4.8 m bedrock, classified as S3 by Korean seismic design code KDS 17 10 00. A braced excavation wall supports the hole. From the results, the mechanism of seismically induced earth pressure was investigated, and their distribution and loading points were analyzed. During earthquake loadings, active seismic earth pressure decreases from the at-rest earth pressure since the backfill laterally expands at the movement of the wall toward the active direction. Yet, the passive seismic earth pressure increases from the at-rest earth pressure since the backfill pushes to the wall and laterally compresses at it, moving toward a passive direction and returning to the initial position. The seismic earth pressure distribution shows a half-diamond distribution in the dense sand and a uniform distribution in loose sand. The loading point of dynamic thrust corresponding with seismic earth pressure is at the center of the soil backfill. The dynamic thrust increased differently depending on the backfill's relative density and input motion type. Still, in general, the dynamic thrust increased rapidly when the maximum horizontal displacement of the wall exceeded 0.05 H%.
Zheng, De-Feng;Nian, Ting-Kai;Liu, Bo;Yin, Ping;Song, Lei
Geomechanics and Engineering
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v.8
no.3
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pp.461-476
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2015
Rankine's theory of earth pressure cannot be directly employed to c-${\phi}$ soils backfill with a sloping ground subjected to complex loadings. In this paper, an analytical solution for active earth pressures on retaining structures of cohesive backfill with an inclined surface subjected to surcharge, pore water pressure and seismic loadings, are derived on the basis of the lower-bound theorem of limit analysis combined with Rankine's earth pressure theory and the Mohr-Coulomb yield criterion. The generalized active earth pressure coefficients (dimensionless total active thrusts) are presented for use in comprehensive design charts which eliminate the need for tedious and cumbersome graphical diagram process. Charts are developed for rigid earth retaining structures under complex environmental loadings such as the surcharge, pore water pressure and seismic inertia force. An example is presented to illustrate the practical application for the proposed coefficient charts.
In the conventional design of retaining structures in a seismic zone, seismic inertia forces are commonly assumed to act upwards and towards the wall facing to cause a maximum active thrust or act upwards and towards the backfill to cause a minimum passive resistance. However, under certain circumstances this design approach might underestimate the dynamic active thrust or overestimate the dynamic passive resistance acting on a rigid retaining structure. In this study, a new analytical method for dynamic active and passive forces in c-${\phi}$ soils with an infinite slope was proposed based on the Rankine earth pressure theory and the Mohr-Coulomb yield criterion, to investigate the influence of seismic inertia force directions on the total active and passive forces. Four combinations of seismic acceleration with both vertical (upwards or downwards) and horizontal (towards the wall or backfill) directions, were considered. A series of dimensionless dynamic active and passive force charts were developed to evaluate the key influence factors, such as backfill inclination ${\beta}$, dimensionless cohesion $c/{\gamma}H$, friction angle ${\phi}$, horizontal and vertical seismic coefficients, $k _h$ and $k_v$. A comparative study shows that a combination of downward and towards-the-wall seismic inertia forces causes a maximum active thrust while a combination of upward and towards-the-wall seismic inertia forces causes a minimum passive resistance. This finding is recommended for use in the design of retaining structures in a seismic zone.
The usage of Integral abutment bridges has been increased worldwide because of reducing bridge maintenance costs and resisting seismic loads. Although these attributes make the integral abutment bridge an increasingly popular choice, back-abutment interaction issues remain unresolved. Hence, the earth pressure behavior of an integral abutment bridge having 90 m long PSC beam bridge for the first time in Korea was analyzed by conducting long term monitoring in this study. Based on this study, the results were as follows; the ratio of maximum passive movement to the abutment height (H) of 0.0027 and the maximum passive earth pressure coefficient of 4.8 were developed at 0.82H from the bottom of the abutment during summer season. During winter season, the ratio of maximum active movement to H of 0.0011 and the maximum active earth pressure coefficient of 0.7 were developed at the same location as in summer season. The new earth pressure distributions having a trapezoid type were proposed based on this study.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.41
no.5
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pp.533-541
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2021
Retaining walls have been used to prevent slope failure through resistance of earth pressure in railway, road, nuclear power plant, dam, and river infrastructure. To calculate dynamic earth pressure and determine the characteristics for seismic behavior, many researchers have analyzed the nonlinear response of ground and structure based on various numerical analyses (FLAC, PLAXIS, ABAQUS etc). In addition, seismic fragility evaluation is performed to ensure safety against earthquakes for structures. In this study, we used the FLAC2D program to understand the seismic response of the inverted T-type wall with a backfill slope, and evaluated seismic fragility based on relative horizontal displacements of the wall. Nonlinear site response analysis was performed for each site (S2 and S4) using the seven ground motions to calculate various seismic loadings reflecting site characteristics. The numerical model was validated based on other numerical models, experiment results, and generalized formula for dynamic active earth pressure. We also determined the damage state and damage index based on the height of retaining wall, and developed the seismic fragility curves. The damage probabilities of the retaining wall for the S4 site were computed to be larger than those for the S2 site.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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