In this paper, a numerical study using finite element method with considering soil-structure interaction was conducted to investigate the stress and deformation behavior of a sheet pile wall structure. In numerical model, one of the nonlinear elastic material constitutive models, Duncan-Chang E-v model, is used for describing soil behavior. The hard contact constitutive model is used for simulating the behavior of interface between the sheet pile wall and soil. The construction process of excavation and backfill is simulated by the way of step loading. We also compare the present numerical method with the in-situ test results for verifying the numerical methods. The numerical analysis showed that the soil excavation in the lock chamber has a huge effect on the wall deflection and stress, pile deflection, and anchor force. With the increase of distance between anchored bars, the maximum wall deflection and anchor force increase, while the maximum wall stress decreases. At a low elevation of anchored bar, the maximum wall bending moment decreases, but the maximum wall deflection, pile deflection, and anchor force both increase. The construction procedure with first excavation and then backfill is quite favorable for decreasing pile deflection, wall deflection and stress, and anchor forces.
The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.
Appropriate assessment of lateral capacity of pile foundation is known to be a complex problem involving soil-structure interaction. Having reviewed the available methods in brief, relative paucity of simple and rational technique to evaluate lateral capacity of pile in layered soil is identified. In this context, two efficient approaches for the assessment of lateral capacity of short pile embedded in bi-layer cohesive deposit is developed. It is presumed that the allowable lateral capacity of short pile is generally dictated by the permissible lateral displacement within which pile-soil system may be assumed to be elastic. The applicability of the scheme, depicted through illustration, is believed to be of ample help at least for practical purpose.
Using the nonlinear load transfer function for pile side soil and the linear load transfer function for pile end soil, a combined approach of the incremental load transfer matrix method and the approximate differential equation solution method is presented for the nonlinear analysis of interaction between flexible pile group and soil. The proposed method provides an effective approach for the solution of the nonlinear interaction between flexible pile group under rigid platform and surrounding soil. To verify the accuracy of the proposed method, a static load test for a nine-pile group under a rigid platform is carried out. The finite element analysis is also conducted for comparison purposes. It is found that the results from the proposed method match very well with those from the experimental test and are better in comparison with the finite element method.
The deformational response of plastic board drains installed to accelerate consolidation of soft soils, is examined as a problem of downdrag. The drain is modelled as a beam-column in which the axial load increases nonlinearly with depth. The soil response is represented by the Winkler medium whose coefficient of subgrade modulus increases linearly with depth. The governing equations for the drain-soil system are derived and solved as an eigenvalue problem. The critical buckling loads and the shape of the drain are obtained as functions of the normalized subgrade modulus of the soil at the top, the parameters signifying the variation of axial load along the length of the drain and the increase of subgrade modulus with depth. The derived deformed shapes of the drain are consistent with the observed ones.
Superloading yield surface concept is newly introduced together with subloading yield surface conception in order to describe full gradation continuously of the mechanical behavior of soils from typical sand through intermediate soil to typical clay (All Soils). Finite deformation theory has been applied to the soil skeleton-pore water coupled continuum mechanics, which enables us to discuss things in a perpetual stream from stable state to unstable state like from deformation to failure and vice versa like from liquefaction to post liquefaction consolidation of sand (All States). Incremental form of the equation of motion has been employed in the continuum mechanics in order to incorporate a rate type constitutive equation, which is "All Round" enough to predict ground behavior under both static and dynamic conditions. The present paper is the shortened version of the lecture note delivered in 2008 Theoretical and Applied Mechanics Conference, Science Council Japan, but with newly developed application examples.
The differential settlements and rotations among footings cannot be avoided when the frame-footing-soil system is subjected to seismic/dynamic loading. Also, there may be a situation where column(s) of a building are located near adjoining property line causes eccentric loading on foundation system. The strap beams may be provided to control the rotation of the footings within permissible limits caused due to such eccentric loading. In the present work, the seismic interaction analysis of a three-bay three-storey, space frame-footing-strap beam-soil system is carried out to investigate the interaction behavior using finite element software (ANSYS). The RCC structure and their foundation are assumed to behave in linear manner while the supporting soil mass is treated as nonlinear elastic material. The seismic interaction analyses of space frame-isolated footing-soil and space frame-strap footing-soil systems are carried out to evaluate the forces in the columns. The results indicate that the bending moments of very high magnitude are induced at column bases resting on eccentric footing of frame-isolated footing-soil interaction system. However, use of strap beams controls these moments quite effectively. The soil-structure interaction effect causes significant redistribution of column forces compared to non-interaction analysis. The axial forces in the columns are distributed more uniformly when the interaction effects are considered in the analysis.
As shear occurs along a soil-structure interface, a localized zone with a thickness of several grain diameters will develop in soil along the interface, forming an interfacial layer. In this paper, the behaviour of a soil-structure interface is studied numerically by modelling the plane shear of a granular layer bounded by rigid plates. The mechanical behaviour of the granular material is described with a micro-polar hypoplastic continuum model. Numerical results are presented to show the development of shear localization along the interface for shearing under conditions of constant normal pressure and constant volume, respectively. Evolution of the resistance on the surface of the bounding plate is considered with respect to the influences of grain rotation.
The presence of the pore fluid strongly influences the reponse of the soil subjected to external loading and in many cases increases the risk of final failure. In this paper, we propose the use of a discrete beam lattice model with the aim to investigate the coupling effects of the solid and fluid phase on the response and failure mechanisms in the saturated soil. The discrete cohesive link lattice model used in this paper, is based on inelastic Timoshenko beam finite elements with enhanced kinematics in axial and transverse direction. The coupling equations for the soil-pore fluid interaction are derived from Terzaghi's principle of effective stresses, Biot's porous media theory and Darcy's law for fluid flow through porous media. The application of the model in soil mechanics is illustrated through several numerical simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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