Al-Omari, Raid R.;Al-Azzawi, Adel A.;AlAbbas, Kadhim A.
Geomechanics and Engineering
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v.10
no.5
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pp.599-615
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2016
The present research presents experimental and finite element studies to investigate the behavior of piled raft-tunnel system in a sandy soil. In the experimental work, a small scale model was tested in a sand box with load applied vertically to the raft through a hydraulic jack. Five configurations of piles were tested in the laboratory. The effects of pile length (L), number of piles in the group and the clearance distance between pile tip and top of tunnel surface (H) on the load carrying capacity of the piled raft-tunnel system are investigated. The load sharing percent between piles and rafts are included in the load-settlement presentation. The experimental work on piled raft-tunnel system yielded that all piles in the group carry the same fraction of load. The load carrying capacity of the piled raft-tunnel model was increased with increasing (L) for variable (H) distances and decreased with increasing (H) for constant pile lengths. The total load carrying capacity of the piled raft-tunnel model decreases with decreasing number of piles in the group. The total load carrying capacity of the piles relative to the total applied load (piles share) increases with increasing (L) and the number of piles in the group. The increase in (L/H) ratio for variable (H) distance and number of piles leads to an increase in piles share. ANSYS finite element program is used to model and analyze the piled raft-tunnel system. A three dimensional analysis with elastoplastic soil model is carried out. The obtained results revealed that the finite element method and the experimental modeling are rationally agreed.
Soomro, Mukhtiar Ali;Mangi, Naeem;Memon, Aftab Hameed;Mangnejo, Dildar Ali
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.1
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pp.25-40
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2022
In this study, 3D coupled-consolidation numerical parametric study was conducted to predict the deformation mechanism of a 20 storey building sitting on (4×4) piled raft (with length of piles, Lp=30 m) to adjacent 6 m diameter (D) tunnelling in stiff clay. The influences of different tunnel locations relative to piles (i.e., zt/Lp) were investigated in this parametric study. In first case, the tunnel was excavated near the pile shafts with depth of tunnel axis (zt) of 9 m (i.e., zt/Lp). In second and third cases, tunnels were driven at zt of 30 m and 42 m (i.e., zt/Lp = 1.0 and 1.4), respectively. An advanced hypoplastic clay model (which is capable of taking small-strain stiffness in account) was adopted to capture soil behaviour. The computed results revealed that tunnelling activity adjacent to a building resting on piled raft caused significant settlement, differential settlement, lateral deflection, angular distortion in the building. In addition, substantial bending moment, shear forces and changes in axial load distribution along pile length were induced. The findings from the parametric study revealed that the building and pile responses significantly influenced by tunnel location relative to pile.
In this study, field measurements were investigated to analyze the load sharing ratio and behavior of piled raft foundation. The field measurements were performed for about 300 days from the start of construction. The geometry of the raft is $3.1m{\times}3.1m$, and the pre-cast and pre-bored pile is 23 m in length and 0.508 m in diameter. Based on the field measurements, the load-settlement relationship of the piled raft foundation was obtained, and the load sharing ratio of the pile was converged to 70% at ultimate loading condition. The load sharing ratio of the pile increased as the settlement increased, and this is because the surface friction of the weathered soil, which is at the lower ground, was significantly increased. Based on the results of the field measurements, load transfer curves were obtained and applied to a numerical analysis by using load transfer method.
In the design for piled rafts, the load capacity of the raft is in general ignored and the load capacities of pile are only considered for the estimation of the total load carrying capacity of the piled raft. The axial resistance of piled raft is offered by the raft and group piles acting on the same supporting ground soils. As a consequence, pile - soil - raft and pile - soil interactions, occurring by stress and displacement duplication with pile and raft loading conditions, acts as a key element in the design for piled rafts. In this study, a series of centrifuge model tests has been performed to compare the axial behavior of group pile and raft with that of a piled raft (having 16 component piles with an array of $4{\times}4$) at the stiff and soft clays. From the test results, it is observed that the interactions of piles, soil, and raft has little influences on the load capacities of piles and raft in piled rafts compared with the load capacities of group piles and raft at the same clay soil condition.
This paper introduces detailed three-dimensional numerical analyses on a bored pile foundation for a high-rise building. A static load test was performed on a test pile and a numerical model of a single pile, which was calibrated by comparing it with the test result. The detailed numerical analysis was then conducted on the entire high-rise building foundation. Further study focused on soil pressures under the base slab of a piled raft foundation. Total seven cases with different pile numbers and raft-soil contact conditions were investigated. The design criteria of a foundation, especially settlement requirement were satisfied even for the cases with fewer piles under considerable soil pressure beneath the base slab. The bending moment for the structural design of the base slab was reduced by incorporating soil pressures beneath the base slab along with bored piles. Through the comparative studies, it was found that a more efficient design can be achieved by considering the soil pressure beneath the slab.
Model tests were conducted to study the behavior of the piled raft foundation system on sands. Especially in this study, the method using the triaxial compression apparatus was devised and used to apply the confining pressure which is considered difficult in the existing model test on the soil. Steel rods (6mm dia.) and aluminum plates (8mm thickness, 50mm dia.) were used to simulate piles and rafts respectively. Jumunjin standard sands were used to ensure the homogeneity of the sample. After the sample with the piled raft model was laid inside the triaxial cell, the confining pressure was applied and then the compressive force was applied. The increase and/or decrease ratio of the bearing capacity, the load distribution ratio between raft and piles and the effect of settlements decrease depending on the confining pressure, the number of piles and the length of piles were analyzed and the bearing capacity and skin friction of the pile was calculated. By the results of these experiments, the bearing capacity increased and the settlement decreased with this piled raft foundation system. Especially the effect was larger with the increase of the number of piles than with the increase of length of piles. Hereafter, the study of the load transfer mechanism of piles under confining pressure would be made possible using these small model tester like triaxial compression apparatus.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.44
no.2
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pp.191-201
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2024
In this study, three-dimensional finite element analysis was used to analyze the behavior of existing and reinforcing piles according to the pile support conditions for vertical extension remodeling. Cap support conditions (group pile, piled raft foundation) and pile tip conditions (rock, soil embedment) were considered as factors influencing existing and reinforcing piles behavior. For the quantitative analysis of existing and reinforcing piles, the displacement, load distribution ratio, and axial force by depth according to the analysis stage were analyzed. As a result of the analysis, it was confirmed that the largest settlement occurred in the reinforcing pile due to the pre-loading method. In particular, a large amount of settlement occurred in group piles regardless of the embedment conditions. In the piled raft foundation, it was confirmed that the displacement and load distribution ratio of existing piles and reinforcing piles were reduced due to the influence of the raft. The axial force by depth showed a difference between group pile and piled raft foundation, which appears to be a major factor affecting displacement and load distribution ratio. Based on the numerical analysis results, it was confirmed that cap support conditions and pile tip embedment conditions should be considered in the design of pile foundations for vertical extension remodeling.
In this study, three-dimensional numerical parametric study was conducted to explore deformation mechanisms of grouped piled-raft-foundation due to lateral load in clays. Effects of load intensity, loading angle, soil stiffness, pile diameter, pile spacing and pile length on foundation deformations were explored. It is found that the smallest and largest movements of pile foundation are induced when the loading angles are 0° and 30°~60°, respectively. By increasing loading angle from 0° to 30°~60°, the resultant horizontal movements and settlements increase by up to 20.0% and 57.1%, respectively. Since connection beams can substantially increase integrity of four piled raft foundation, resultant horizontal movements, settlements and bending moments induced in the piled raft foundation decrease by up to 54.0%, 8.8% and 46.3%, respectively. By increasing soil stiffness five times, resultant horizontal movements and settlements of pile foundation decrease by up to 61.7% and 13.0%, respectively. It is indicated that effects of connection beam and soil stiffness on settlements of pile foundation are relatively small. When pile diameter is less than 1.4 m, deformations of piled raft foundation decrease substantially as a reduction in the pile diameter. Two dimensional groups are proposed to develop calculation charts of horizontal movements and settlements of pile foundation. The proposed calculation charts can directly estimate movements of piled raft foundation under arbitrary loading, ground and pile conditions.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.1164-1169
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2009
Piled raft foundation is commonly used for structure on deep soft soil deposit rather than end bearing piles to control differential settlement. However, it is still expensive for light weight structures. Wing-wall type foundation has been successfully applied to reduce average settlement for light weight structure. This study will further investigate this type of foundation using bench scale experiments on clay and sand. Numerical analysis and approach method are used to verify load settlement curve of wing-wall foundation on experimentally study. Furthermore, normalized settlement curves are applied to define prediction of settlement on wing-wall foundation. In the result settlement on wing-wall foundation can be effectively done by increasing the length of wall instead of number of walls and equation for calculating average settlement can be derived using normalized load settlement curve.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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