ARTICLE Effect of consolidation on responses of a single pile subjected to lateral soil movement L.Z. Wang, K.X. Chen, Y. Hong, and C.W.W. Ng Abstract: Given extensive research carried out to study pile response subjected to lateral soil movement in clay, the effect of consolidation on the pile–soil interaction is rarely considered and systematically investigated. For this reason, four centrifuge tests were conducted to simulate construction of embankment adjacent to existing single piles in soft clay, considering two typical drainage conditions (i.e., drained and undrained conditions) and two typical pile lengths (i.e., relatively long pile and short pile). The centrifuge tests were then back-analyzed by three-dimensional coupled-consolidation finite element analyses. Based on reasonable agreements between the two, numerical parametric studies were conducted to systematically investigate and quantify the influence of construction rate and pile length on pile response. It is revealed that by varying drainage conditions, the piles respond distinctively. When the embankment is completed within a relatively short period (c v t/d 2 < 2, where c v , t, and d denote the coefficient of consolidation, construction period, and pile diameter, respectively), the pile located adjacent to it deforms laterally away from the embankment. Induced lateral pile deflection () and bending moment reduce with construction period. On the contrary, embankment constructed within a relatively long period (c v t/d 2 > 200) leads the pile to deform laterally towards the embankment, with and bending moment increases with construction period. By halving the length of pile embedded in the drained ground, the maximum induced bending moment (BM max ) was slightly reduced (by 23%). On the other hand, shortening the length of the pile in the undrained ground is much more effective in reducing BM max , i.e., halving pile length resulting in 78% reduction in bending moment. A new calculation chart, which takes various drainage conditions and pile lengths into account, was developed for estimation of BM max . Key words: centrifuge modelling, finite element analysis, hypoplastic model, pile, soft clay, consolidation. Résumé : Malgré les nombreuses recherches sur le comportement des pieux soumis a ` des mouvements de sol latéraux dans l’argile, l’effet de la consolidation sur l’interaction pieu-sol est rarement considéré, ni évalué systématiquement. Pour cette raison, quatre essais en centrifugeuse ont été réalisés pour simuler la construction d’un remblai adjacent a ` des pieux simples dans de l’argile molle, en considérant deux conditions typiques de drainage (conditions drainée et non drainée) et deux longueurs de pieu typiques (pieux relativement long et court). Les essais en centrifugeuse ont ensuite été rétro-analysés a ` l’aide d’analyses par éléments finis en trois dimensions de consolidation couplée. Basé sur un accord raisonnable entre les deux, des études paramétriques numériques ont été réalisées pour étudier systématiquement, de même que quantifier, l’influence du taux de construction et de la longueur du pieu sur le comportement du pieu. Il est démontré qu’en variant les conditions de drainage, le pieu répond différemment. Lorsque le remblai est complété dans une période relativement courte (c v t/d 2 < 2, où c v , t et d représentent le coefficient de consolidation, la période de construction et le diamètre du pieu, respectivement), le pieu adjacent se déforme latéralement a ` l’opposé du remblai. La déflection latérale du pieu induite () et le moment de torsion sont réduites selon la période de construction. Au contraire, un remblai construit sur une période relativement longue (c v t/d 2 > 200) cause une déformation latérale du pieu en direction du remblai, et et le moment de torsion augmentent selon la période de construction. En réduisant de moitié la longueur du pieu enfouie dans le sol drainé, le moment de torsion maximum induit (BM max ) est légèrement réduit (de 23 %). D’un autre côté, la réduction de longueur d’un pieu dans un sol non drainé est beaucoup plus efficace a ` réduire BM max , en effet une réduction de moitié réduit de 78 % le moment de torsion. Une nouvelle charte de calcul, qui tient compte des différentes conditions de drainage et de longueurs de pieux, a été développée pour estimer BM max . [Traduit par la Rédaction] Mots-clés : modélisation par centrifugeuse, analyse par éléments finis, modèle hypoplastique, pieu, argile molle, consolidation. Introduction Construction of an embankment on soft clay would inevitably induce soil lateral movement, which could possibly impose ad- verse effects on adjacent existing underground structures, such as piles. Under such circumstance, structural safety and lateral movement of the existing pile are of great concern. To investigate the response of pile subjected to lateral soil movement, a number of studies have been carried out by using field tests (Ingold 1977; Lo et al. 2008), small-scale model tests at 1g, or in a centrifuge (Springman 1989; Stewart 1992; Pan et al. 2002; Jeong et al. 2004), as well as numerical and analytical methods (Poulos and Davis 1980; Guo 2003). Based on these studies, some design charts were developed to estimate the maximum bending moment induced in piles (Poulos and Davis 1980; Chen and Poulos 1999). Received 4 May 2014. Accepted 16 October 2014. L.Z. Wang, K.X. Chen, and Y. Hong. College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou, China. C.W.W. Ng. Department of Civil and Environmental Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, Clear Water Bay, Kowloon, Hong Kong. Corresponding author: Y. Hong (e-mail: [email protected]). 769 Can. Geotech. J. 52: 769–782 (2015) dx.doi.org/10.1139/cgj-2014-0157 Published at www.nrcresearchpress.com/cgj on 16 October 2014. Can. Geotech. J. Downloaded from www.nrcresearchpress.com by ZheJiang University on 12/24/15 For personal use only.
Effect of consolidation on responses of a single pile subjected to lateral soil movement
Jun 28, 2023
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