Numerical analysis of consolidation of embankment subsoil reinforced with dynamic replacement stone columns

• Autorzy: Kanty P. , Sternik K. , Kwiecień S.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.229.4615

Warianty tytułu

PL

Analiza konsolidacji podłoża wzmocnionego metodą wymiany dynamicznej pod nasypem drogowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a comparative analysis of the consolidation of soil under a road embankment reinforced with stone columns. The results were obtained from the most common analytical and numerical methods applied in driven column dimensioning. The analytical approach exploits Terzaghi’s one-dimensional theory and Barronʼs three-dimensional theory. The numerical calculations reflected the particular stages of the embankment construction in various two- and three-dimensional systems. The geotechnical parameters that were crucial for the research were determined on the basis of geoengineering documentation, laboratory and field studies. The paper begins with a short introduction presenting the dynamic replacement method.

PL

Przedmiotem artykułu jest analiza porównawcza wyników obliczeń konsolidacji podłoża wzmocnionego wbijanymi kolumnami kamiennymi, pod nasypem drogowym, otrzymanych na podstawie najczęściej stosowanych, przy wymiarowaniu kolumn wbijanych, podejść analitycznych i numerycznych. W podejściu analitycznym zastosowano jednowymiarową teorię Terzaghiego oraz trójwymiarową teorię Barrona. W obliczeniach numerycznych zamodelowano etapową budowę nasypu w różnych układach płaskich i przestrzennych. Parametry geotechniczne, niezbędne do obliczeń, ustalone zostały na podstawie dokumentacji geologiczno-inżynierskiej, badań laboratoryjnych i polowych. Całość rozważań poprzedzona została krótką informacją na temat wymiany dynamicznej.

Słowa kluczowe

EN

dynamic replacement; stone column; numerical analysis

PL

wymiana dynamiczna; kolumny kamienne; analiza numeryczna

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Środowisko
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 2-Ś
• Strony: 79--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., il., wz., wykr., tab.

Twórcy

autor

Kanty P.

• Department of Geotechnics and Roads, Faculty of Civil Engineering, Silesian University of Technology

autor

Sternik K.

• Department of Geotechnics and Roads, Faculty of Civil Engineering, Silesian University of Technology

autor

Kwiecień S.

• Department of Geotechnics and Roads, Faculty of Civil Engineering, Silesian University of Technology

Bibliografia

• [1] Ambily A., Gandhi R., Behavior of Stone Columns Based on Experimental and FEM Analysis, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 04, 2007, 405–415.
• [2] Barron R., Consolidation of fine-grained soils by drain wells, Transactions ASCE, 113, 1948, 718–742.
• [3] Castro J., Sagaseta C., Consolidation around stone columns. Influence of column deformation, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 33, 2009, 851–877.
• [4] Castro J., Sagaseta C., Deformation and consolidation around encased stone columns, Geotextiles and Geomembranes, 29, 2011, 268–276.
• [5] Castro J., Karstunen M., Sivasihamparam N., Influence of stone column installation on settlement reduction, Computers and Geotechnics, vol. 59, 2014, 87–97.
• [6] Christoulas St., Giannaros Ch., Tsiambaos G., Stabilization of embankment foundation by using stone columns, Geotechnical and Geological Engineering, 15, 1997, 247–258.
• [7] Dheeerendra Babu M.R., Nayak S., Shivashankar R., A critical review of construction, analysis and behaviour of stone columns, Geotech. Geol. Eng., 2013, 1–22.
• [8] Dimaggio J.A., Stone Columns: A Foundation Treatment, Demonstration project No 46, FHWA, Washington DC, 1978, 1–69.
• [9] Dz. U. 1999 nr 43 poz. 430. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie.
• [10] Gryczmański M., Metody analizy nośności i osiadania podłoża wzmocnionego kolumnami kamiennymi, Inżynieria Morska i Geotechnika, vol. 5, 1993, 224–231.
• [11] Hughes J. M. O., Withers N. J., Reinforcing of soft cohesive soils with stone colum,. Ground Engineering, vol. 7(3), 1974, 42–49.
• [12] Han J., Ye, S., Simplified method for consolidation rate of stone column reinforced foundations, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering ASCE, 127(7), 2001, 597–603.
• [13] Hansbo S., Consolidation of fine-grained soils by prefabricated drains, Proc.10th Conf. Soil Mechanics and Foundations Engineering, vol. 3, Rotterdam, 1981, 677–682.
• [14] Hassen G., de Buhan P., Abdelkrim M., Finite element implementation of a homogenized constitutive law for stone column-reinforced foundation soils, with application to the design of structures, Computers and Geotechnics, 37, 2010, 40–49.
• [15] Indraratna B., Redana I., Numerical modeling of vertical drains with smear and well resistance installed in soft Clay, Canadian Geotechnical Journal, 37, 2000, 132–145.
• [16] Indraratna B., Redana I., Plane-strain modeling of smear effects associated with vertical drains, Canadian Geotechnical Journal 123, 1997, 474–478.
• [17] Indraratna B., Rujikiatkamjorn C., Wijeyakulasuriya V., Balasubramaniam A., Soft clay foundation improvement with drainage and geo-inclusions, with special reference to the performace of enbankments and transportation system, In Proc. of the Sri Lankan Geotech. Soc. First International Conference on Soil & Rock Engineering, Pinnaduwa H.S.W. Kulatilake Ed., Colombo, Sri Lanka, August 6–11, 2007. CD-rom.
• [18] Kwiecień S., Analiza teoretyczna i doświadczalna wzmocnienia podłoża metodą wymiany dynamicznej, Doctoral Thesis, Gliwice 2008.
• [19] Kanty P., Kwiecień S., Analiza porównawcza wyników obliczeń stateczności nasypu drogowego posadowionego na podłożu wzmocnionym metodą wbijanych kolumn kamiennych, Technical Transactions, vol. 3-Ś/2012, 31–41.
• [20] Kanty P., Sękowski J., The influence of stone columns formation technique on the consolidation time of the surrounding soil, 11th International Conference on New Trend in Static and Dynamic of Buildings, Bratysława, 3–4.10.2013.
• [21] Kwiecień S., Sękowski J., Kolumny kamienne formowane w technologii wymiany dynamicznej, Monograph, WPŚ, Gliwice 2012.
• [22] Menetrey Ph., Willam K.J., A triaxial failure criterion for concrete and its generalization, ACI Journal, 92(3), 1995, 311–318.
• [23] Machowski M., Kanty P., Kwiecień S., Analiza porównawcza wyników osiadań podłoża wzmocnionego metodą wymiany dynamicznej pod nasypem drogowym, Technical Transactions, vol. 3-Ś/2012, 67–78.
• [24] McCabe B.A., McNeil J.A., Black J.A., Ground improvement using the vibro-stone column technique, Joint meeting of Engineers Ireland West Region and the Geotechnical Society of Ireland, NUI Galway, 15.03.2007, 1–12.
• [25] Oo K., Numerical study of floating stone columns. National University of Singapore, Doctoral Thesis, 2013.
• [26] Priebe H., Abschatzung des Setzungsverhaltes eines durch Stopfveriichtung verbesserten Baugrundes, Die Bautechnik, vol. 53(5),1976.
• [27] Sękowski J., Cierpioł D., Grunty spoiste stabilizowane wapnem. Zastosowanie do budowy wysokich nasypów autostradowych, Autostrady Magazine, 5, 2010, 44–46.
• [28] Sękowski J. Grzesik B., Konsolidacja podłożą wzmocnionego wbijanymi kolumnami kamiennymi – badania laboratoryjne,Roczniki Inżynierii Budowlanej, 8, 2008, 67–70.
• [29] Sękowski J., Grzesik B., Wpływ wbijanych kolumn kamiennych na wilgotność wzmocnionego podłoża, Problemy geotechniczne iśrodowiskowe z uwzględnieniem podłoży ekspansywnych, Bydgoszcz 2009, 201–207.
• [30] Sękowski J., Kwiecień S., Kanty P., The influence of rammed stone column formation process on mechanical parameters of the surrounding weak soil, XV Danube – European Conference on Geotechnical Engineering, Paper No. 226, Vienna, 09–11.09.2014, 353–358.
• [31] Tan S., Oo K., Stone column FEM modeling – 2D and 3D considerations illustrated by case history, Int. Symp. On Tsunami Reconstruction with Geosynthetics, Bankok Thailand, 2005, 157–169.
• [32] Tan S., Tjahyono S., Oo K., Simplified Plane – Strain Modeling of Stone –Column Reinforced Ground, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 02, 2008.
• [33] Terzaghi K., Theoretical Soil Mechanics, John Wiley & Sons, New York-London, 1943.
• [34] Van Genuchten M. T. A., Closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils, Soil Sci. Soc. Amer. J., 44, 1980, 892–898.
• [35] Wiłun Z., Zarys Geotechniki. WKiŁ, ed. IV, Warsaw 2003.
• [36] Zimmermann Th., Truty A., Urbański A., Podleś K., Manual Z_Soil 2010.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.