Analytical solution for radial consolidation considering soil structure characteristics: Fid-Bau Portal

Analytical solution for radial consolidation considering soil structure characteristics

Indraratna, Buddhima

A system of surcharge load combined with vertical drains to speed up consolidation of soft soil by reducing the drainage path is one of the most efficient and economical ground improvement techniques. In the field, conventional theories including smear zone have been commonly employed to predict the radial consolidation behaviour induced by vertical drains in soft clay. One of the key parameters in conventional analysis is the use of mean coefficient of volume compressibility and soil permeability, which are often assumed to be constant. The effect of drain installation on the soil compressibility of the in situ clay structure is often ignored. Laboratory testing has shown that the soil compressibility and permeability can vary nonlinearly over a considerable range of applied surcharge pressure, and both these properties can be affected during the drain installation. This study presents a mathematical model of radial consolidation via vertical drains incorporating the variations of soil compressibility and permeability as well as highlighting the effects of drain installation on those parameters. The main differences between the proposed and conventional models are elucidated, in terms of stress history and preloading (surcharge) pressure. The effects of preconsolidation pressure and the magnitude of applied preloading are examined through the dissipation of average excess pore pressure and associated settlement. Supported by experimental observations, the proposed theory is validated with field data of a selected case study in the town of Ballina, New South Wales, Australia.

L’une des techniques les plus efficaces et économiques pour améliorer le sol est un système de surcharge combiné avec des drains verticaux, qui permet d’accélérer la consolidation d’un sol mou en réduisant le parcours de drainage. Sur le terrain, les théories conventionnelles, incluant la zone souillée, ont été couramment utilisées pour prédire le comportement en consolidation radiale induit par les drains verticaux dans l’argile molle. Les paramètres clés dans l’analyse conventionnelle sont les coefficients moyens de compressibilité volumique et de perméabilité du sol, qui sont souvent supposés constants. L’effet de l’installation du drain sur la compressibilité du sol et de sa structure d’argile in-situ est souvent ignoré. Des essais en laboratoire ont démontré que la compressibilité et la perméabilité du sol peut varier de façon non linéaire sur une gamme considérable de pressions de surcharge appliquée, et ces deux propriétés peuvent être affectées lors de l’installation du drain. Cette étude présente un modèle mathématique de la consolidation radiale par des drains verticaux, qui inclus les variations de la compressibilité et de la perméabilité du sol, ainsi que les effets de l’installation sur ces paramètres. Les principales différences entre le modèle proposé et les modèles conventionnels sont présentées en termes d’historique des contraintes et de pression de pré-chargement (surcharge). Les effets de la pression de pré-consolidation et la magnitude de la pré-charge appliquée sont examinés par la dissipation de la pression interstitielle moyenne et par le tassement associé. La théorie proposée est supportée par des observations expérimentales et validée avec des données de terrain provenant d’un site d’étude dans la ville de Ballina, New South Wales, en Australie. [Traduit par la Rédaction]