Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.7
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pp.375-381
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2017
A full-scale field test was conducted to investigate the arching effect of an embankment pile. The arching effect calculated from the test results was compared with theoretical values. Measurements obtained from a load cell and an earth pressure cell during the field test reflected the arching effect of the embankment pile well. The arching effect measured by load cells for an embankment height of 3m or less was smaller than the theoretical value with the assumption of plain strain.The measured effect for a height of 4 m or more was larger than the theoretical value. In contrast to the consistent decrease of the theoretical arching effect, the arching effect obtained from the field test shows continually increasing trends. The arching effects calculated from the earth pressure cells were greater than those from the theory under the plain strain assumption, but the trend was similar to the theoretical one. The arching effects measured by the earth pressure cells an embankment heights of 2, 3, 4, 5, and 6 m were 1.05, 1.23, 1.29, 1.28, and 1.29 times greater than those from the theory under the assumption of plain strain. The arching effects from the field test were much greater than those from the theory under the installation of a pile grid.
The soil arching in the backfill, which affects the magnitude and distribution of active earth pressure on a retaining wall, has also an effect on the stability and cross-sectional area of the retaining wall. In this study, results obtained from Paik's equation that includes arching effect on active earth pressure are compared with those from Coulomb theory to investigate the influence of the soil arching on active earth pressure, overturning moment, stability and cross-sectional area of translating rigid retaining walls. The comparisons show that the active forces including arching effects are always higher than those from Coulomb theory, irrespective of $\phi$ and $\delta$ values. The overturning moments, shear force and moment on the rigid wall are also higher when considering arching effects than when not considering arching effects. The deviation of shear forces and moments by including and excluding arching effects becomes maximum at the height of 0.02-0.08 times wall height from the base of the wall. Therefore, if a translating rigid retaining walls is designed based on Coulomb theory, the wall may reach sliding and overturning failures due to arching effect in the backfill and the cross-sectional area of the wall, especially at lower part of the wall, may not be sufficient to resist to shear force and moment.
The arching effect of the active earth pressure acting on an excavation wall subjected to close excavation reduces lateral earth pressure acting on excavation wall. In this paper, the arching effect was estimated for varying width to excavation depth ratio and wall friction angle by analytical and numerical methods verified with centrifuge test results. The arching effect is significant when the width to excavation depth ratio and wall friction angle is decreased and increased, respectively. The analytical solution derived from the classical arching theory suggested by Handy(1985) shows good agreement with the numerical solution than the other solutions.
Arching effects in backfill materials generate a nonlinear active earth pressure distribution on a rigid retaining wall with rough face, and arching effects on the shape of the nonlinear earth pressure distribution depends on the mode of wall movement. Therefore, the practical shape of failure surface and arching effect in the backfill changed with the mode of wall movement must be considered to calculate accurate magnitude and distribution of active earth pressure on the rigid wall. In this study, a new formulation for calculating the active earth pressure on a rough rigid retaining wall rotating about the base is proposed by considering the shape of nonlinear failure surface and arching effects in the backfill. In order to avoid mathematical complexities in the calculation of active earth pressure, the imaginary failure surface composed of four linear surfaces is used instead of the nonlinear failure surface as failure surface of backfills. The comparisons between predictions from the proposed equations and existing model test results show that the proposed equations produce satisfactory predictions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.7
no.6
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pp.1271-1276
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2006
Vertical loads acting on corrugated metal culverts under negative arching condition were investigated through numerical analyses. Four kinds of corrugated metal culverts with span of 3m were considered in numerical analyses. Also, depths of cover were varied from 1m to 6m with increment of 1m. According to numerical analyses, magnitudes of vertical loads acting on culverts under the condition of negative arching were similar as overburden load on culvert. Furthermore, magnitudes of vertical loads acting on culverts supported by pile foundation were similar as those without pile foundation when depths of cover were less than about 2m. For larger depths of cover which are greater than about two times of span of culvert, magnitudes of vertical loads were slightly larger than those without pile foundation and its tendency becomes more clear as flexural rigidity of corrugated metal increases.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.1
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pp.302-309
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2017
The influence of the pile diameter, center to center pile spacing, internal friction angle of embankment soil, and height of embankment on the arching efficacy of the embankment pile was investigated. The arching efficacy, which was derived by the arch model developed in the embankment soil was calculated using two methods, one that considers crown failure of the arch and the other that considers load on the pile cap and critical relative spacing ratio for which the arching efficacy calculated by the two methods are the same. According to the computed results in this study, the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs when the relative spacing ratio becomes smaller and that calculated from the theory of crown failure governs when the relative spacing ratio becomes larger. The critical relative spacing ratio below which the arching efficacy calculated from a consideration of the load on pile cap governs the design decreases with increasing value, which is defined by the ratio of the pile diameter to the pile center to center spacing. Critical relative spacing ratios, which correspond to the values of 0.5 and 0.2 were 0.35 and 0.85, respectively. Considering the computed results, the critical relative spacing ratio decreases with increasing Rankine passive earth pressure coefficient and critical relative spacing ratios, which correspond to values of 5 and 2, were 0.23 and 0.85, respectively. The arching efficacy, which corresponds to the area ratio of 9%, was 54% and the one that corresponds to the value of 3 was 61%; the critical relative spacing ratios, which correspond to those arching efficacies, were greater than 0.5.
Recently pile-supported embankments have emerged as an optimum method when the rapid construction and strict deformation of structures are required on soft soils. Especially geosynthetic-reinforced and pile-supported (GRPS) embankments are used worldwide as they can provide economic and effective solutions. However the load transfer mechanism in GRPS embankments is very complex, and not yet fully understood. Particularly the purpose and effect of geosynthetic inclusion are ambiguous and considered as an auxiliary measure assisting the arching effect of piles. Numerical parametric study using 3D finite element method has been conducted to investigate the effect of geosynthetic reinforcement on the load transfer mechanism of GRPS embankments. Numerical results suggested that as more stiffer geosynthetic is included, arching effect decreases considerably and the load concentration to the piles mostly caused by tension effect of geosynthetic. This finding is contradictory to the common understanding that geosynthetic inclusion only enhance the efficiency of load transfer. Consequently the design parameters determined from the numerical analyses are compared with those of three existing design methods. The problems of the existing methods are discussed.
A series of model tests were performed to investigate the soil arching effect in embankments supported by piles with geosynthetics. In the model tests, model piles with isolated cap were inserted through the holes in a steel plate, which could be operated up and down. Then geosynthetics was laid on the pile caps below sand fills. The settlement of soft ground was simulated by lowering the plate. As the plate was lowered, the soil arching was mobilized in the embankments. The deformation of both the sand fills and geosynthetics were captured by camera. Also the loads acting on pile cap and the tensile strain of geosynthetics were monitored by data logging system. Model tests showed that the embankment loads transferred on pile cap by soil arching Increased rapidly with settlement of the soft ground. In case of the absence of geosynthetics, the loads acting on pile caps dropped to residual value after peak value, whereas loads on pile caps gradually increased until constant value in case of geosynthetic-reinforced. This illustrated that reinforcing with the geosynthetics has a good effect to restrain the settlement of embankments. Also, the deformation shape of geosynthetics between pile caps was circular. The embankment loads transferred on pile caps can be estimated by considering both soil arching and tensile strain of geosynthetics in embankments supported by piles with geosynthetics.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.2C
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pp.133-141
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2008
Theoretical analysis are developed to estimate the load transfer by soil arching in geosynthetic-reinforced and pile-supported(GRPS) embankment systems. According to the results of analyses, the efficiency of embankment pile systems increases when the geosynthetics are installed with piles. Especially the increment of efficiency is more remarkable in the low embankment height, where soil arching can not be fully developed. The factors affecting the load transfer in GRPS embankment systems are the pile spacing, the height and properties of embankments, and the strength of geosynthetics. The efficiency decreases with increasing the pile spacing, while it increases with the height and internal friction angle of embankment fills, and the strength of geosynthetics. These results of analyses show the proposed analysis method is resonable to estimate the soil arching in GRPS embankment systems.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.6
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pp.417-427
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2010
In the ease that a new cross tunnel is constructed under the existing tunnel, development of a longitudinal arching would be influenced by the existing tunnel. But it is not enough to investigate. Especially, the influence of the structure loads on the ground surface on the new tunnel, which the under-passes existing tunnel has been rarely studied. This study, therefore, aimed to clarify the effect of the existing tunnel and the structure on the ground surface on the development of a longitudinal ground arching during the excavation of a cross tunnel under the existing tunnel. Two-dimensional model tests were carried out in the test box, whose dimension was 30 cm (wide) ${\times}$ 113 cm (deep) ${\times}$ 87 cm (high). The existing tunnel was made of S21 steel tube in 16 cm diameter and 1 mm thickness. The ground surface load was 4.9 kPa and was loaded on the model structure in the size with 30 cm width ${\times}$ 16 cm height. New tunnel was excavated in 250 mm height by a bench cut method. As results, the longitudinal arching would be developed but it was severely influenced by not only the existing upper tunnel but also the ground surface load. The influence of the ground surface load on the development of longitudinal ground arching around a new tunnel showed the highest value when the tunnel face located direct under the surface load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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