A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
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Des travaux d’excavation dans la couche d’argile surmontant un aquifère peuvent causer une rupture catastrophique à la base de l’excavation en raison d’un soulèvement hydraulique. Bien que l’on enregistre de temps en temps des cas de rupture par soulèvement hydraulique dans le monde, le mécanisme d’initiation et de rupture de la base instable d’une excavation demeure mal compris ou peu étudié. Pour appréhender ces deux phénomènes, une analyse dimensionnelle est dans un premier temps réalisée afin de proposer des groupes sans dimensions pouvant être en rapport avec la présente thématique. Les effets de ces groupes sur le mécanisme d’initiation et de rupture sont ensuite étudiés à travers une série d’analyses par éléments finis, dans laquelle des modèles constitutifs et des paramètres de modèle ont été préalablement validés en fonction des résultats d’essais centrifugés. On met en évidence que le mécanisme d’initiation et de rupture de la base instable en raison du soulèvement hydraulique dépend principalement du quotient de la largeur de l’excavation par l’épaisseur de l’argile plastique située à l’intérieur de l’excavation (rapport B/D). Lorsque l’excavation devient plus étroite (c.-à-d. lorsque B/D diminue), la pression hydraulique (P i ) nécessaire pour initier un mouvement de soulèvement de l’argile située à l’intérieur de l’excavation augmente de manière importante (augmentation maximale = 50 %), et ce en raison de l’effet croissant de la contrainte de cisaillement dirigée vers le bas, s’exerçant le long de l’interface paroi-sol, sur la résistance de la base de l’excavation. À partir de l’étude paramétrique, un abaque de calcul est tracé conçu, servant à estimer la P i dans des excavations dont le rapport B/D et la résistance au cisaillement non drainé de l’argile varient. Pour une rupture de la base causée par un soulèvement hydraulique, le principal mode de rupture passe du cisaillement simple, dans le cas des excavations relativement étroites (c.-à-d. avec B/D < 4), à des modes combinés de compression triaxiale, d’extension triaxiale et de cisaillement simple, dans le cas des excavations relativement larges (c.-à-d. avec B/D > 4). [Traduit par la Rédaction]
Excavations in clay overlying an aquifer may cause catastrophic basal failure due to hydraulic uplift. Although case histories with hydraulic uplift failures are reported worldwide from time to time, the initiation and failure mechanism of the base instability are not well studied and understood. To address these two issues, dimensional analysis is firstly conducted to propose dimensionless groups (DGs) possibly relevant to this subject. Effects of these DGs on the initiation and failure mechanism of base instability are then investigated, by carrying out a series of finite element analyses, in which constitutive models and model parameters have been previously validated against centrifuge test results. It is revealed that the initiation and failure mechanism of base instability due to hydraulic uplift is mainly governed by a ratio of excavation width over the thickness of soft clay inside excavation (B/D). As excavation becomes narrower (i.e., B/D decreases), the hydraulic pressure (P i ) required to initiate uplift movement of clay inside excavation increases significantly (maximum percentage increase = 50%), due to increased effect of downward shear stress acting along soil–wall interface on basal resistance. Based on the parametric study, a calculation chart is developed for estimating P i of excavations with varied B/D and undrained shear strength of clay. At basal failure caused by hydraulic uplift, the dominant failure mode changes from simple shear in relatively narrow excavations (i.e., B/D < 4) to combined modes of triaxial compression, triaxial extension, and simple shear in relatively wide excavations (i.e., B/D > 4).
Des travaux d’excavation dans la couche d’argile surmontant un aquifère peuvent causer une rupture catastrophique à la base de l’excavation en raison d’un soulèvement hydraulique. Bien que l’on enregistre de temps en temps des cas de rupture par soulèvement hydraulique dans le monde, le mécanisme d’initiation et de rupture de la base instable d’une excavation demeure mal compris ou peu étudié. Pour appréhender ces deux phénomènes, une analyse dimensionnelle est dans un premier temps réalisée afin de proposer des groupes sans dimensions pouvant être en rapport avec la présente thématique. Les effets de ces groupes sur le mécanisme d’initiation et de rupture sont ensuite étudiés à travers une série d’analyses par éléments finis, dans laquelle des modèles constitutifs et des paramètres de modèle ont été préalablement validés en fonction des résultats d’essais centrifugés. On met en évidence que le mécanisme d’initiation et de rupture de la base instable en raison du soulèvement hydraulique dépend principalement du quotient de la largeur de l’excavation par l’épaisseur de l’argile plastique située à l’intérieur de l’excavation (rapport B/D). Lorsque l’excavation devient plus étroite (c.-à-d. lorsque B/D diminue), la pression hydraulique (P i ) nécessaire pour initier un mouvement de soulèvement de l’argile située à l’intérieur de l’excavation augmente de manière importante (augmentation maximale = 50 %), et ce en raison de l’effet croissant de la contrainte de cisaillement dirigée vers le bas, s’exerçant le long de l’interface paroi-sol, sur la résistance de la base de l’excavation. À partir de l’étude paramétrique, un abaque de calcul est tracé conçu, servant à estimer la P i dans des excavations dont le rapport B/D et la résistance au cisaillement non drainé de l’argile varient. Pour une rupture de la base causée par un soulèvement hydraulique, le principal mode de rupture passe du cisaillement simple, dans le cas des excavations relativement étroites (c.-à-d. avec B/D < 4), à des modes combinés de compression triaxiale, d’extension triaxiale et de cisaillement simple, dans le cas des excavations relativement larges (c.-à-d. avec B/D > 4). [Traduit par la Rédaction]
Excavations in clay overlying an aquifer may cause catastrophic basal failure due to hydraulic uplift. Although case histories with hydraulic uplift failures are reported worldwide from time to time, the initiation and failure mechanism of the base instability are not well studied and understood. To address these two issues, dimensional analysis is firstly conducted to propose dimensionless groups (DGs) possibly relevant to this subject. Effects of these DGs on the initiation and failure mechanism of base instability are then investigated, by carrying out a series of finite element analyses, in which constitutive models and model parameters have been previously validated against centrifuge test results. It is revealed that the initiation and failure mechanism of base instability due to hydraulic uplift is mainly governed by a ratio of excavation width over the thickness of soft clay inside excavation (B/D). As excavation becomes narrower (i.e., B/D decreases), the hydraulic pressure (P i ) required to initiate uplift movement of clay inside excavation increases significantly (maximum percentage increase = 50%), due to increased effect of downward shear stress acting along soil–wall interface on basal resistance. Based on the parametric study, a calculation chart is developed for estimating P i of excavations with varied B/D and undrained shear strength of clay. At basal failure caused by hydraulic uplift, the dominant failure mode changes from simple shear in relatively narrow excavations (i.e., B/D < 4) to combined modes of triaxial compression, triaxial extension, and simple shear in relatively wide excavations (i.e., B/D > 4).
Initiation and failure mechanism of base instability of excavations in clay triggered by hydraulic uplift
2015
Article (Journal)
English
clay , base de l’excavation instable , Models , Clay , Pressure , sandy aquifer , Excavation , failure mechanism , excavation base instability , Hydraulics , aquifère sableux , Shear strength , Soil mechanics , initiation , Uplift (Geology) , Mechanical properties , Failure , argile , mécanisme de rupture
| British Library Online Contents | 2015
Base stability of multi-propped excavations in soft clay subjected to hydraulic uplift
| British Library Online Contents | 2013
Base stability of multi-propped excavations in soft clay subjected to hydraulic uplift
| Online Contents | 2013
Hydraulic uplift in silt and clay in deep and large excavations
| British Library Conference Proceedings | 1997