In urban areas, new tunnel construction work is often taking place adjacent to existing piled foundations. In this case, careful assessment for the pile-soil-tunnel interaction is required. However, research on this topic has not been much reported, and currently only limited information is available. In this study, the complex pile-soil-tunnel interaction is investigated using the upper and lower bound methods based on kinematically possible failure mechanism and statically admissible stress field respectively. It is believed that the limit theorem is useful in understanding the complicated interaction behaviour mechanism and applicable to the pile-soil-tunnel interaction problem. The results are compared with numerical analysis. The material deformation patterns and strain data from the FE output are shown to compare well with the equivalent physical model tests. Admissible stress fields and the failure mechanisms are presented and used to develop upper and lower bound solutions to assess minimum support pressures within the tunnel.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1999.03a
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pp.153-158
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1999
In the design and analysis of soil nailed slope, interaction between soil and nail is one of important problems. In the present analysis approaches for the interactions have developed a elastic analysis approach or a plastic analysis approach. However these approaches are not able to estimate the general interaction between soil and nail. In this study the general interaction between soil and nail using the strain wedge model is proposed. Also results of comparison between the proposed method and full scale test results by Gassler(1976) and large scale experimental results at Oxford University are shown in good agreements.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.04a
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pp.309-314
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2001
In this study, the nonlinear soil structure interaction analysis method based on finite element and boundary element method is developed. In the seismic region, the nonlinearity of near field soil has to be considered for more exact reflection of soil-structure interaction effect. Thus, nonlinear finite element program coupled with boundary elements is developed for nonlinear soil-structure interaction analysis. Using the developed numerical algorithm, the nonlinear soil-structure interaction analysis is performed and responses due to dynamic forces and seismic excitation are investigated. The developed method is verified by comparing with previous studies.
This paper studies the dynamic foundation-soil-foundation interaction for two square rigid foundations embedded in a viscoelastic soil layer. The vibrations come from only one rigid foundation placed in the soil layer and subjected to harmonic loads of translation, rocking, and torsion. The required dynamic response of rigid surface foundations constitutes the solution of the wave equations obtained by taking account of the conditions of interaction. The solution is formulated using the frequency domain Boundary Element Method (BEM) in conjunction with the Kausel-Peek Green's function for a layered stratum, with the aid of the Thin Layer Method (TLM), to study the dynamic interaction between adjacent foundations. This approach allows the establishment of a mathematical model that enables us to determine the dynamic displacements amplitude of adjacent foundations according to their different separations, the depth of the substratum, foundations masss, foundations embedded, and the frequencies of excitation. This paper attempts to introduce an approach based on a polynomial mathematical tool conducted from several results of numerical methods (BEM-TLM) so that practicing civil engineers can evaluation the dynamic foundations displacements more easy.
A brief review of the research works on ground vibrations caused by trains moving in underground tunnels is first given. Then, the finite/infinite element approach for simulating the soil-tunnel interaction system with semi-infinite domain is summarized. The tunnel is assumed to be embedded in a homogeneous half-space or stratified soil medium. The train moving underground is modeled as an infinite harmonic line load. Factors considered in the parametric studies include the soil stratum depth, damping ratio and shear modulus of the soil with or without tunnel, and the thickness of the tunnel lining. As far as ground vibration is concerned, the existence of a concrete tunnel may somewhat compensate for the loss due to excavation of the tunnel. For a soil stratum resting on a bedrock, the resonance peak and frequency of the ground vibrations caused by the underground load can be rather accurately predicted by ignoring the existence of the tunnel. Other important findings drawn from the parametric studies are given in the conclusion.
In this study, inelastic displacement ratios and ductility demands are investigated for SDOF systems with period range of 0.1-3.0 s. with elastoplastic behavior considering soil structure interaction. Earthquake motions recorded on different site conditions such as rock, stiff soil, soft soil and very soft soil are used in analyses. Soil structure interacting systems are modeled with effective period, effective damping and effective ductility values differing from fixed-base case. For inelastic time history analyses, Newmark method for step by step time integration was adapted in an in-house computer program. Results are compared with those calculated for fixed-base case. A new equation is proposed for inelastic displacement ratio of interacting system ($\tilde{C}_R$) as a function of structural period of interacting system ($\tilde{T}$), strength reduction factor (R) and period lengthening ratio ($\tilde{T}/T$). The proposed equation for $\tilde{C}_R$ which takes the soil-structure interaction into account should be useful in estimating the inelastic deformation of existing structures with known lateral strength.
In this study, strength reduction factors are investigated for SDOF systems with period range of 0.1-3.0 s with elastoplastic behavior considering soil structure interaction for 64 different earthquake motions recorded on different site conditions such as rock, stiff soil, soft soil and very soft soil. Soil structure interacting systems are modeled and analyzed with effective period, effective damping and effective ductility values differing from fixed-base case. For inelastic time history analyses, Newmark method for step by step time integration was adapted in an in-house computer program. Results are compared with those calculated for fixed-base case. A new equation is proposed for strength reduction factor of interacting system as a function of structural period of system (T), ductility ratio (${\mu}$) and period lengthening ratio (T/T). It is concluded that soil structure interaction reduces the strength reduction factors for soft soils, therefore, using the fixed-base strength reduction factors for interacting systems lead to non-conservative design forces.
The use of lime stabilization and geosynthetic reinforcement is a common approach to improve the performance of fine-grained soils in geotechnical applications. However, the impact of this combination on the soil-geosynthetic interaction remains unclear. This study addresses this gap by evaluating the interface efficiency and soil-geosynthetic interaction parameters of lime-stabilized clay (2%, 4%, 6%, and 8% lime content) reinforced with geotextile or geogrid using direct shear tests at various curing times (1, 7, 14, and 28 days). Additionally, machine learning algorithms (Support Vector Machine and Artificial Neural Network) were employed to predict soil shear strength. Findings revealed that lime stabilization significantly increased soil shear strength and interaction parameters, particularly at the optimal lime content (4%). Notably, stabilization improved the performance of soil-geogrid interfaces but had an adverse effect on soil-geotextile interfaces. Furthermore, machine learning algorithms effectively predicted soil shear strength, with sensitivity analysis highlighting lime percentage and geosynthetic type as the most significant influencing factors.
Cui, Chunyi;Zhang, Shiping;Chapman, David;Meng, Kun
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.2
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pp.793-803
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2018
Based on the theory of porous media, an interaction system of a floating pile and a saturated soil in cylindrical coordinates subjected to vertical harmonic load is presented in this paper. The surrounding soil is separated into two distinct layers. The upper soil layer above the level of pile base is described as a saturated viscoelastic medium and the lower soil layer is idealized as equivalent spring-dashpot elements with complex stiffness. Considering the cylindrically symmetry and the pile-soil compatibility condition of the interaction system, a frequency-domain analytical solution for dynamic impedance of the floating pile embedded in saturated viscoelastic soil is also derived, and reduced to verify it with existing solutions. An extensive parametric analysis has been conducted to reveal the effects of the impedance of the lower soil base, the interaction coefficient and the damping coefficient of the saturated viscoelastic soil layer on the vertical vibration of the pile-soil interaction system. It is shown that the vertical dynamic impedance of the floating pile significantly depends on the real stiffness of the impedance of the lower soil base, but is less sensitive to its dynamic damping variation; the behavior of the pile in poro-visco-elastic soils is totally different with that in single-phase elastic soils due to the existence of pore liquid; the effect of the interaction coefficient of solid and liquid on the pile-soil system is limited.
Sharifi, Behroozeh;Nouri, Gholamreza;Ghanbari, Ali
Earthquakes and Structures
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v.18
no.6
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pp.667-675
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2020
The current study compares the effect of structure-soil-structure interaction (SSSI) on the dynamic responses of adjacent buildings and isolated structures including soil-structure interaction (SSI) with the responses of fixed-base structures. Structural responses such as the relative acceleration, displacement, drift and shear force were considered under earthquake ground motion excitation. For this purpose, 5-, 10- and 15-story structures with 2-bay moment resisting frames resting on shallow foundations were modeled as a group of buildings in soft soil media. Viscous lateral boundaries and interface elements were applied to the soil model to simulate semi-infinite soil media, frictional contact and probable slip under seismic excitation. The direct method was employed for fully nonlinear time-history dynamic analysis in OpenSees using 3D finite element soil-structure models with different building positions. The results showed that the responses of the grouped structures were strongly influenced by the adjacent structures. The responses were as much as 4 times greater for drift and 2.3 times greater for shear force than the responses of fixed-base models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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