Kim, Su Bin;Oh, Dong-Wook;Cho, Hyeon Jun;Lee, Yong-Joo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.42
no.4
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pp.509-517
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2022
The demand for underground infrastructures such as tunnels is expanding due to rapid urbanization. Tunnels in urban areas are usually constructed adjacent to structures supported by piles. Therefore, a proper understanding of pile-tunnel interaction due to tunnel excavation activities is vital. Thus, in this study, a numerical analysis is conducted to analyze pile settlements, ground surface settlements and shear deformations above an existing tunnel subject to the presence of an adjacent tunnelling, with vertical offsets, the number of piles and the pile spacing considered as variables in the analysis. The results show that the vertical offsets between the tunnel crown and the pile tip generatelarger settlement than the pile spacing. In addition, the vertical offset shows an inversely proportional relationship to the shear deformation due to new tunnelling.
Shen, Yongjiang;Wu, Zhijun;Xiang, Zhengliang;Yang, Ming
Geomechanics and Engineering
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v.13
no.4
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pp.621-640
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2017
The double-row long-short composite anti-sliding piles system is an effective way to control the landslides with high thrust. In this study, The double-row long-short composite anti-sliding piles with different load segment length (cantilever length) and different pile row spacing were studied by a series of physical tests, by which the influences of load segment length of rear-row piles as well as pile row spacing on the mechanical response of double-row long-short composite anti-sliding pile system were investigated. Based on the earth pressures in front of and behind the piles obtained during tests, then the maximum bending moments of the fore-row and the rear-row piles were calculated. By ensuring a equal maximum moments in the fore-row and the rear-row piles, the optimum lengths of the rear-row piles of double-row long-short composite system under different piles spacing were proposed. To investigate the validity of the reduced scale tests, the full-scale numerical models of the landside were finally conducted. By the comparisons between the numerical and the physical test results, it could be seen that the reduced scale tests conducted in this study are reliable. The results showed that the double-row long-short composite anti-sliding piles system is effective in the distribution of the landslide thrust to the rear-row and the fore-row piles.
The micropile is small diameter pile foundation of which diameter is below 300 mm. This system has been applied to reinforce the foundation structure. In the present study, the effects of embedded conditions of group micropiles were investigated from a series of uplift load tests. For the study, uplift load tests were performed using group micropiles in various pile spacing and installation angle. The increase of uplift resistance and the reduction of uplift displacement were investigated in the tests. As the result, the resistances were principally changed by embedded pile angle, the resistance increase were 33%, 59% and 5% for $15^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$ of embedded pile angle. The uplift displacement reduction increases with lower pile spacing condition and the reduction ratios of uplift displacements in the same spacing condition were 50%, 53%, -45% for $15^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$ of embedded pile angle.
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.
The study deals with the physical modeling of a typical building frame resting on pile foundation and embedded in cohesive soil mass using complete three-dimensional finite element analysis. Two different pile groups comprising four piles ($2{\times}2$) and nine piles ($3{\times}3$) are considered. Further, three different pile diameters along with the various pile spacings are considered. The elements of the superstructure frame and those of the pile foundation are descretized using twenty-node isoparametric continuum elements. The interface between the pile and pile and soil is idealized using sixteen-node isoparametric surface elements. The current study is an improved version of finite element modeling for the soil elements compared to the one reported in the literature (Chore and Ingle 2008). The soil elements are discretized using eight-, nine- and twelve-node continuum elements. Both the elements of superstructure and substructure (i.e., foundation) including soil are assumed to remain in the elastic state at all the time. The interaction analysis is carried out using sub-structure approach in the parametric study. The total stress analysis is carried out considering the immediate behaviour of the soil. The effect of various parameters of the pile foundation such as spacing in a group and number piles in a group, along with pile diameter, is evaluated on the response of superstructure. The response includes the displacement at the top of the frame and bending moment in columns. The soil-structure interaction effect is found to increase displacement in the range of 58 -152% and increase the absolute maximum positive and negative moments in the column in the range of 14-15% and 26-28%, respectively. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the configuration of the pile groups and the soil considered in the present study.
In this study, experimental work has been carried out to investigate the effect of lateral soil movement on passive piles. This paper consists mainly of two parts: the first, performance of a series of laboratory experiments on a single pile and one-row pile groups, and the second, comparison between the measured and the predicted results. In the laboratory experiments, a quadrilateral soil movement profile was imposed on model piles embedded in both sandy soils and weathered soils. The maximum bending moment and pile deflection induced in passive piles were found to be highly dependent on pile stiffness, pile spacing, relative densities and pile head fixity condition. It was shown that the group effect might either increase or decrease the maximum bending moment and pile deflection, depending on the aforementioned influence factors. Based on the results obtained, a spacing-to-diameter ratio of 7.0 seems to be large enough to eliminate the group effect, and a pile in such a case behaves essentially the same as a single pile.
This paper analyzed the characteristics of p-multiplier and the load distribution of H-pile group installed in weathered soil under horizontal loading. The results of this study conducted in pile arrangement ($2{\times}3$, $3{\times}3$), the pile center to center spacing (2D, 4D, 6D), and soil density (relative density: 40%, 80%) were drawn as follows. As to the average horizontal loading applied to each pile in pile groups, the fewer number of piles was, the larger average horizontal resistance became. As the result of analysis on p-y curves of single piles and pile groups according to the pile distance and the soil density, as the pile spacing was increased from 2D to 6D, the interaction coefficients of pile group showed 0.85~0.94 (piles in the front row), 0.57~0.79 (piles in the middle row), and 0.60~0.71 (piles in the rear row) in the loose ground and showed 0.76~0.82 (piles in the front row), 0.58~0.73 (piles in the middle row), and 0.53~0.70 (piles in the rear row) in the dense ground. As above, the wider pile distance was, the larger interaction coefficient value was shown among piles. In addition, piles in the front row showed bigger interaction coefficients than that of piles in the middle and back row.
The study deals with the physical modeling of a typical single storeyed building frame resting on pile foundation and embedded in cohesive soil mass using the finite element based software SAP-IV. Two groups of piles comprising two and three piles, with series and parallel arrangement thereof, are considered. The slab provided at top and bottom of the frame along with the pile cap is idealized as four noded and two dimensional thin shell elements. The beams and columns of the frame, and piles are modeled using two noded one dimensional beam-column element. The soil is modeled using closely spaced discrete linear springs. A parametric study is carried out to investigate the effect of various parameters of the pile foundation, such as spacing in a group and number of piles in a group, on the response of superstructure. The response considered includes the displacement at the top of the frame and bending moment in columns. The soil-structure interaction effect is found to increase the displacement in the range of 38 -133% and to increase the absolute maximum positive and negative moments in the column in the range of 2-12% and 2-11%. The effect of the soil- structure interaction is observed to be significant for the type of foundation and soil considered in this study. The results obtained are compared further with those of Chore et al. (2010), wherein different idealizations were used for modeling the superstructure frame and sub-structure elements (foundation). While fair agreement is observed in the results in either study, the trend of the results obtained in both studies is also same.
This paper describes a simplified design method of stabilizing piles based on an experimental tests and an analytical study which can take into account the safety factor of slope and pile spacing. The nonlinear characteristics of the soil-pile interaction for stabilizing piles are modeled by using load transfer method. The interaction factors due to pile spacing and cap rigidity were estimated by using a three dimensional nonlinear finite element approach and laboratory tests. Based on the results obtained, the interaction factors are proposed quantitatively for one-row pile groups with spacing-to-diameter ratios varying far 2.5 to 7.0. The Bishop's simplified method of slope stability analysis is extended to incorporate the soil-pile interaction and determine the safety factor of the reinforced slope. Through the comparative study, it is found that the prediction by present approach is in relatively good agreement with the results of centrifuge tests and field tests and three dimensional finite element analyses.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.03a
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pp.259-266
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1999
In case that pile cap is in direct contact with underlying soil, the bearing mechanism for pile groups, including direct bearing effect of cap and its induced influence on pile-soil-cap interaction, should be properly considered. In this paper, the effects of pile caps on behaviors of pile groups in sandy soils were investigated by model tests, which consist of tests on 3 by 3 pile groups with/without contact on subsoil, single pile with/without contact and cap as a shallow foundation. Also, the influences of pile spacing in group piles on contact effects were investigated. The test results showed that the load carrying capacity of pile cap was large enough not to be ignored. However, the interaction effects due to contact between cap and subsoils were not revealed obviously in working load range. And in the design of pile groups, the bearing effect of pile cap when contacted with subsoils, can be reflected by simply summing up load settlement behaviors of each cap and group piles without contact.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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