The environmental problem due to the pile driving, the use of low noise-vibration auger-drilled pilling is increasing to solve noise and vibration problem in pilling. Therefore, in Korea, SIP (Soil-Cement Injected Precast Pile) method is mainly used as auger-drilled pilling. However, a proper bearing capacity evaluation formula has not been suggested, yet. In order to improve and supplement this situation, direct shear tests between SIP pile skin interface and soil were executed under various conditions. Through the analysis of test results, skin resistance characteristics of SIP were investigated thoroughly. Also, the nonlinear unit skin resistance capacity model and relative parameters evaluation formula with SM, SC soil were suggested.
The microcomputer program PileNSF (Pile Negative Skin Friction) is developed by the authors in a graphical user interface (GUI) environment using $MATLAB^{(R)}$ for predicting the bearing capacity of a pile embedded in a consolidating ground by surcharge loading. The proposed method extends the one-dimensional soil-pile model based on the nonlinear load transfer method in OpenSees to perform an advanced one-dimensional consolidation settlement analysis based on finite strain. The developed program has significant features of incorporating Mikasa's finite strain consolidation theory that accounts for reduction in the thickness of the clay layer as well as the change of the soil-pile interface length during the progress of consolidation. In addition, the consolidating situation of the ground by surcharge filling after the time of pile installation can also be considered in the analysis. The program analysis by the presented method has been verified and validated with several case studies of long-term test on single piles subjected to negative skin friction. Predicted results of negative skin friction (downdrag and dragload) as a result of long from consolidation settlement are shown to be in good agreement with measured and observed case data.
While the interests in the environmental problem during the construction are increasing, the use of low noise-vibration auger-drilled pilling is increasing to solve noise and vibration problem in pilling. Therefore, in Korea, SIP (Soil-Cement Injected Precast Pile) method is mainly used as auger-drilled pilling. However, there is no proper design criteria compatible with the ground condition of Korea, so which is most wanted. To improve and supplement this situation, direct shear tests for the friction between SIP pile skin interface and soil were executed on various conditions. Through the analysis of test results, skin friction characteristics of SIP were investigated thoroughly Also, hyperbolic model parameter fomulas which describe the friction behavior and the new non-linear unit skin friction capacity model with SM, SC soil were suggested.
In this study, the shear behavior between pile-sandy soil interface was quantified based on series of rigorous ring shear test results. Ring shearing test was carried out to observe the shear behavior prior to failure and behavior at residual state between most commonly used pile materials - steel and concrete - and Jumunjin sand. The test was set to clarify the shear behavior under various confinement conditions and soil densities. The test results were converted in to representative friction angles for various test materials. Additional numerical analysis was executed to validate the accuracy of the test results. Based on the test results and the numerical validation, it was found that due to the dilative and contractive nature of sand, its interface behavior can be categorized in to two different types : soils with higher densities tend to show peak shear stress and moves on to residual state, while on the other hand, soils with lower densities tend to show bilinear load-transfer curves along the interface. However, the relative density and the confining stress was found to affect the friction angle only in the small train range, and converges as it progresses to large deformation. This study established a large deformation analysis method which can successfully simulate and predict the large deformation behavior such as ring shear tests. Moreover, the friction angle derived from the ring shear test result and verified by numerical analysis can be applied to numerical analysis and actual design of various pile foundations.
Parametric studies for various site conditions by using 3d numerical model were carried out in order to estimate dynamic behavior of soil-pile-structure system in dry soil deposits. Proposed model was analyzed in time domain using FLAC3D which is commercial finite difference code to properly simulate nonlinear response of soil under strong earthquake. Mohr-Coulomb criterion was adopted as soil constitutive model. Soil nonlinearity was considered by adopting the hysteretic damping model, and an interface model which can simulate separation and slip between soil and pile was adopted. Simplified continuum modeling was used as boundary condition to reduce analysis time. Also, initial shear modulus and yield depth were appropriately determined for accurate simulation of system's nonlinear behavior. Parametric study was performed by varying weight of superstructure, pile length, pile head fixity, soil relative density with proposed numerical model. From the results of parametric study, it is identified that inertial force induced by superstructure is dominant on dynamic behavior of soil-pile-structure system and effect of kinematic force induced by soil movement was relatively small. Difference in dynamic behavior according to the pile length and pile head fixity was also numerically investigated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1C
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pp.33-39
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2009
Vertical soil stress near a pile subjected to negative skin friction (NSF) may be reduced due to shear transfer at the pile-soil interface. A three-dimensional finite difference analysis has been performed to clarify the influence of vertical and horizontal stress reductions on the pile behavour. In addition, a simple equation has been proposed to estimate vertical stress reduction of the soil near the pile. The vertical and horizontal stresses are reduced by substantial amount compared to corresponding stress components at the Greenfield condition. The horizontal extent of vertical stress reduction of the soil near the pile is rather limited to about up to 4-8 D, where D is the pile diameter. The findings from the current research indicate that widely used $\beta$-method may result in over-estimation of dragload (compressive force on piles due to NSF) and hence stress reduction needs to be incorporated in the original equation.
Kim, Seong-Hwan;Na, Seon-Hong;Han, Jin-Tae;Kim, Sung-Ryul;Sun, Chang-Guk;Kim, Myoung-Mo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.27
no.5
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pp.85-92
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2011
The dynamic behavior of piles becomes very complex due to soil-pile dynamic interaction, soil non-linearity, resonance phenomena of soil-pile system and so on. Therefore, the proper numerical simulation of the pile behavior needs much effort and calculation time. In this research, a new modeling method, which can be applied to the conventional finite difference analysis program FLAC 3D, was developed to reduce the calculation time. The soil domain in this method is divided into a near-field region and a far-field region, which is not influenced by the soil-pile dynamic interaction. Then, the ground motion of the far-field is applied to the boundaries of the near-field instead of modeling the far-field region as finite meshes. In addition, the soil non-linearity behavior is modeled by using the hysteretic damping model, which determines the soil tangent modulus as a function of shear strain and the interface element was applied to simulate the separation and slip between the soil and pile. The proposed method reduced the calculation time by as much as one third compared with a usual modeling method and maintained the accuracy of the calculated results. The calculated results by the proposed method showed a good agreement with the prototype pile behavior, which was obtained by applying a similitude law to the 1-g shaking table test results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.9-20
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2002
The purpose of this research is to develop computational procedures for studying nonlinear soil-structure interaction Problems. In orders to study soil-structure interaction behavior, the finite element analysis for the strip footing subjected to both vortical and lateral loads, and foundation layer reinforced with sheet pile are considered, interface elements are used between the footing and the soil to model the interaction behavior The main analyzed results are as follows; 1. For the prediction of settlement and lateral displacement, the result due to interface element was evaluated larger then without interface element. 2. For the determination of ultimate bearing capacity, the value using interface element appeared smaller by 12%, which was safe. 3. The horizontal and vertical displacement of strip footing affected by the presence of interface element.
Jeon, Sang Joon;Jeon, Young Jin;Jeon, Seung Chan;Lee, Cheol Ju
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.21
no.8
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pp.15-27
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2020
In the current paper, a series of advanced 3D finite element analyses have been performed on existing pieces of work of negative skin friction from a geotechnical centrifuge test and full-scale field measurements. From these analyses, key features of pile behaviour under the influence of negative skin friction which, previously, were not fully understood in existing studies, have been meticulously discussed. As such, it has been possible to successfully address several numerical modelling issues such as negative skin friction induced pile settlements and group effects (the shielding effect), the effect of sacrificial piles in groups and the interaction between the pile head and the cap, the effect of interface elements at the pile-soil interface and the time-dependent pile behaviour. During a geotechnical centrifuge test, substantial amounts of negative skin frictions were mobilised when centrifugal acceleration increased from 1g to a certain g-level due to an increase in the self-weight of soil. The behaviour of piles inside a group were heavily affected by the sacrificial piles and the connectivity between the pile head and the pile cap. In particular, as negative skin friction has time dependent qualities associated with consolidation, it was logical to perform coupled analyses when analysing piles in consolidating grounds. From the current work, several insufficiencies of previous researches have been addressed, and the engineering pile behaviour subjected to negative skin friction has been clarified.
The skin friction of a pile foundation is important and essential for its design and analysis. More attention has been given to the softening behaviour of skin friction of a pile. In this study, to investigate the load-transfer mechanism in such a case, an analytical solution using a nonlinear softening model was derived. Subsequently, a load test on the pile was performed to verify the newly developed analytical solution. The comparison between the analytical solution and test results showed a good agreement in terms of the axial force of the pile and the stress-strain relationship of the pile-soil interface. The softening behaviour of the skin friction can be simulated well when the pile is subjected to large loads; however, such behaviour is generally ignored by most existing analytical solutions. Finally, the effects of the initial shear modulus and the ratio of the residual skin friction to peak skin friction on the load-settlement curve of a pile were investigated by a parametric analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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