Numerical modelling of soil arching in a shallow backfill layer

• Autorzy: Szajna W. S.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ceer-2014-0039

Warianty tytułu

PL

Modelowanie numeryczne przesklepienia gruntu w płytkiej warstwie zasypki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the application of the finite element method into the modelling of soil arching. The phenomenon plays fundamental role in soil-shell flexible structures behaviour. To evaluate the influence of arching on a pressure reduction, a plain strain trapdoor under a shallow layer of backfill was simulated. The Coulomb-Mohr plasticity condition and the nonassociated flow rule were used for the soil model. The research examines the impact of the internal friction angle and the influence of the backfill layer thickness on the value of soil arching. The carried out analyses indicate that the reduction of pressures acting on a structure depends on the value of the internal friction angle, which confirms the earlier research. For a shallow backfill layer however, the reduction is only a local phenomenon and can influence only a part of the structure.

PL

W artykule przedstawiono próbę modelowania numerycznego zjawiska przesklepienia gruntu w płytkiej warstwie zasypki. Zjawisko to ma podstawowe znaczenie w podatnych konstrukcjach gruntowo-powłokowych. W wyniku przesklepienia parcie gruntu na konstrukcję podatną jest znacznie mniejsze niż parcie na analogiczną konstrukcję sztywną. Redukcja parcia nad poddającą się obciążeniom wiotką konstrukcją wiąże się z redystrybucją naprężeń w gruncie na strefy zasypki, które nie podlegają deformacjom. W celu zbadania istoty zjawiska redystrybucji naprężeń analizowany jest układ o bardzo uproszczonej geometrii – tzw. problem zapadni. Zadanie rozwiązano z wykorzystaniem metody elementów skończonych. W rozwiązaniu przyjęto warunki płaskiego stanu odkształcenia. Założono sprężysto-plastyczny model zasypki gruntowej z warunkiem plastyczności Coulomba-Mohra i niestowarzyszonym prawem płynięcia. Jako miarę redukcji parcia wywołanego przesklepieniem przyjęto stosunek aktualnego parcia do parcia geostatycznego działającego na konstrukcję niepodatną. Badano wpływ kąta tarcia wewnętrznego i grubości warstwy zasypki na wartość redukcji parcia. Wzrost kąta tarcia skutkuje większą redukcją parcia gruntu, co potwierdza wcześniejsze wyniki badań. Przy małej grubości warstwy zasypki efekt redukcji parcia ma charakter lokalny i może być ograniczony jedynie do małych obszarów gruntu nie obejmując swym zasięgiem całej konstrukcji podatnej.

Słowa kluczowe

EN

arching; soil-shell structure; trapdoor problem; stress redistribution; FEM; Mohr-Coulomb model

PL

przesklepienie; konstrukcja gruntowo-powłokowa; problem zapadni; redystrybucja naprężeń; MES; model Coulomba-Mohra

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego
• Czasopismo: Civil and Environmental Engineering Reports
• Rocznik: 2014
• Tom: No. 15
• Strony: 127--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Szajna W. S.

• University of Zielona Gora, Institute of Building Engineering, Poland

Bibliografia

• 1. Abdel-Sayed G., Bakht B., Jaeger L.G.: Soil-steel bridges. Design and construction, New York, McGraw-Hill Inc. 1994.
• 2. Costa Y.D., Zornberg J.G., Bueno B.S., Costa C.L.: Failure mechanisms in sand over a deep active trapdoor, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 135, 11 (2009) 1741–1753.
• 3. Koutsabeloulis N.C., Griffiths D.V.: Numerical modelling of the trapdoor problem, Géotechnique, 39, 1 (1989) 77-89.
• 4. Machelski C.: Modelowanie mostowych konstrukcji gruntowopowłokowych, Wrocław, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne 2008.
• 5. Ono K., Yamada M.: Analysis of the arching action in granular mass, Géotechnique, 43, 1 (1993) 105-120.
• 6. Szajna W. St.: Numerical model for the analysis of construction process of soil-steel culverts, Arch. of Inst. of Civil Engng. 1 (2007) 215-223.
• 7. Terzaghi K.: Stress distribution in dry and saturated sand above a yielding trapdoor, Proc. Int. Conf. Soil Mechanics, Cambridge, 1, (1936) 307-311.
• 8. Terzaghi, K.: Theoretical Soil Mechanics, New York, Wiley 1943.
• 9. Wysokowski A., Howis J.: Przepusty w infrastrukturze komunikacyjnej – cz. 7: Metody obliczeń konstrukcji przepustów, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, 2 (2010) 88-95.