Gravel compaction pile (GCP) is widely used as it increases the bearing capacity of soft ground and reduces the consolidation settlement. Stress concentration ratio for GCP design is dependent on the area replacement, surcharge pressure and depth. However, a range of stress concentration ratio obtained through field, laboratory experiments and numerical analysis is large. Little study has been done on the stress concentration ratio for the mixing ratio of gravel and sand. The main objective of the study is to evaluate the stress concentration ratio for both area replacement ratio and mixing ratio through literature review and numerical analysis. Numerical analysis using the finite element program ABAQUS 6.12-4 has been performed for the composite ground with GCP. The excess pore water pressure and stress concentration ratio of composite ground have been analyzed for both the area replacement ratio and the mixing ratio. Based on the previous research results, a range of stress concentration ratio obtained from the field tests, laboratory tests, numerical analysis on the GCP studies is found to be 1.7-3.2, 2.0-7.5 and 2.0-6.5, respectively. Based on the numerical analysis results, as the area replacement ratio increases, the stress concentration ratio increases up to 30% and then decreases at 40%. Also, the stress concentration ratio tends to increase up to 70:30 and then to decrease after 60:40.
In this study, the stress concentration ratio for the improved material of the low slump mortar grouting was evaluated through the composite ground method, the ground arching theory, the plastic angle method, the 2D and 3D numerical analysis and the 3D model experiment. The stress concentration ratio calculated by the composite ground method was 89.3, 3.75~59.0 when the three-dimensional ground arching theory was applied, and 82.8 for the three-dimensional plastic angle method. As a result of the 2D numerical analysis, the stress concentration ratio was 63.0~77.0, which was found to increase as the improvement ratio increased. The results of 3D numerical analysis were predicted to be 50.0~56.0 smaller than the results of 2D analysis. In the case of a special model experiment using a large triaxial compression cell, the stress concentration ratio for each load step was 53.0~60.0, and the stress concentration ratio evaluated by the experiment was measured within 2D and 3D numerical analysis predictions. In this study, a predictive equation for the stress concentration ratio according to the improvement ratio is proposed based on the analysis and experimental values for the improved ratio of the low slump mortar grouting.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.16
no.1
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pp.18-26
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2004
In order to accelerate the rate of consolidation settlement, to reduce settlement, and to increase bearing capacity for soft ground under quay, sand compaction pile method (SCP) has usually been applied. SCP-reinforced ground is composite soil which consists of the sand pile and the surrounding soft soil. One of main important considerations in design and analysis for SCP-reinforced soils is stress concentration ratio according to area replacement ratio. In this paper, the numerical analysis was conducted to investigate characteristics of stress concentration ratio in composite ground. It was found that stress concentration ratio of composite ground is not constant as well as depends on several factors such as area replacement ratio, depth of soft soil, and consolidation process. The values of stress concentration ratio increase during loading stage due to stress transfer of composite soil, and reach up to 2.5∼12 according to area replacement ratio at the end of construction. After the end of consolidation, however, these values are converged to 2.5 to 6.0 irrespective of area replacement ratio due to increase in effective stress of soft soil during consolidation process.
Presently, domestic SCP method with low replacement ratio is required as alternative in order to overcome the profitability of the sand resource because of the deficiency phenomenon of the sand resource by the actual condition design and construction is made by SCP method with low replacement ratio more than 70% for the port construction in the safe side. Sand compaction pile(SCP) method has been mainly used to improve the properties of soft clay or loose sandy ground. In design of SCP at soft clay ground, it is very important to determine the stress concentration ratio of composite ground relevant to the area replacement ratio. In this study, 2-dimensional FEM analyses were carried out to evaluate the stress concentration ratio of composite ground depending upon the area replacement ratio. When the interpretation result replacement ratio was 30%, the stress assigned rate showed and as the replacement ratio was high, the stress assigned rate according to the sinkage showed the low stress assigned rate.
In this study, centrifuge model tests were performed to investigate stress concentration ratio, stress characteristics of soft clay ground improved by granular compaction piles with changes of piles type, loading condition and area replacement ratio. From the results of rigid loading tests, while vertical stresses acting on clay ground is similar, vertical stresses acting on GCP is larger than those acting on SCP with same replacement ratio. Also, average stress concentration ratio is increased proportionally with increasing the area replacement ratio of GCP and SCP. It was evaluated that average stress concentration ratio of soft clay ground improved by GCP is larger than that of SCP. As a result of flexible loading tests, stress concentration ratio is the highest when replacement ratio of GCP and SCP is 40%. Average stress concentration ratio of soft clay ground improved by GCP is a little more higher than is improved by SCP.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.7
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pp.3216-3223
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2012
Deep cement mixing method (DCM) is one of the most effective improving methods for deep soft ground. The strength of soft soil can be increased in a short period of time with less noise and vibration. However, it is necessary to determine the stress transferring and concentration ratio of the composite soft ground for estimating the settlement behaviors. In this study, a model test was undertaken to investigate the stress distribution of the improved soil. Results of the model test shows that stresses were concentrated mainly on the improved areas by DCM and the concentration ratios (35.4, 28.6, 27.02) were obtained using several different techniques. These were well in accordance with other previous research results (26.52, 32.5).
Gravel compaction pile (GCP) is widely used as it increases the bearing capacity of soft ground and reduces the consolidation settlement. Stress concentration ratio for design is dependent on the area replacement, surcharge pressure, depth and penetration rate. However, a range of stress concentration ratio obtained through field, laboratory experiments and numerical analysis is large. But since the main objective of the study is to evaluate the stress concentration ratio and settlement for both area replacement ratio and penetration rate through numerical analysis. Numerical analysis using the finite element program ABAQUS 6.12-4 has been performed for the composite ground with GCP. As a result, the stress concentration ratio at the points except for the point of top is in the range of 1.21-5.36, 1.19-5.45, 2.16-5.60 for 60%, 80% and 100% penetration, respectively. In general, as the penetration rate and area replacement ratio increases, the stress concentration ratio tends to increase.
Sand compaction pile (SCP)-improved ground is composite soil which consists of the SCP and the surrounding soft soil. When a surcharge load is applied to composite ground, time-dependent behaviors occur in the composite soil due to consolidation according to radial flow toward the SCP. In addition, stress transfer also takes place between the SCP and the soft soil. This paper presents the numerical results of cylindrical composite ground that was conducted to investigate smear effect on consolidation behaviors of SCP-improved ground. The results showed that the smeared zone of soft clay had a significant effect on effective stress-pore water pressure response, stress transfer mechanism and stress concentration ratio of composite ground. Amount of stress transfer between the clay and the SCP was maximum in depth of z/H=0.25, and decreased with depth. Stress concentration ratio of composite ground was not constant, but depended on consolidation process. It was also found that the value of stress concentration ratio in soft clay with smeared zone was larger than that in soft clay without smeared zone.
Among soft ground treatment methods with granular soil used in domestic, the sand compaction pile method has been utilized greatly, but, as a result of exhaustion of sand and increase of unit cost, the necessity of an alternative method is suggested. In this study, the static load tests for crushed-stone compaction piles which were constructed on test field were performed. Based on test results, stress concentration ratios between the crushed-stone compaction pile and the soft ground were investigated and estimated. At loading pressure, settlement showed decreasing tendency as replacement rate increases. At replacement rate of 20%, yield pressure was smaller but, at replacement rates of 30% and 40%, settlement and yield pressure were similar. The stress concentration ratio was within the range of 1.7 to 3.0 and it was higher as replacement rate increased.
Underground structures, such as compacted sand piles applied as soft ground countermeasures, are analyzed for settlement and stability by the composite ground design method. The basic principle of the composite ground design method is the arching effect. The reinforcing effect of the pile is evaluated as the stress-distribution ratio. When applying grouting piles with elastic properties using the ground reinforcement method, the existing stress-distribution ratio was only considered when the pile was installed. This study shows that the method of applying the stress-distribution ratio applied in previous studies should be changed when the ground reinforcement pile is installed at an arbitrary location in the ground without raising it to the ground surface. When high strength jet routing is applied, the stress-distribution ratio (n) to the in-situ ground generally ranges from 30 to 50. However, if the pile is located far from the surface and the depth goes down to the boundary depth of the stress sphere, the stress-distribution effect rapidly decreases, and the stress-distribution ratio converges to 1.5.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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