Influence of soft layer thickness on the aggregate displacement in the backfill material of dynamic replacement columns - results of laboratory model tests

• Autorzy: Kwiecień Sławomir , Ihnatov Siergey , Kowalska Magdalena

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.146079

Warianty tytułu

PL

Badania laboratoryjne wpływu miąższości warstwy słabej na trajektorie przemieszczeń materiału zasypowego w kolumnach formowanych metodą wymiany dynamicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The dynamic replacement columns are formed by driving a coarse-grained material into a soft soil by means of repeatable drops of a pounder. The final shapes of the columns are non-cylindrical and depend on the subsoil conditions. This paper presents results of the laboratory study on influence of the thickness of the soft soil on the displacements of the backfill aggregate during the driving process. A test box with one acrylic-glass wall was prepared, in which, over a load-bearing sand layer, a soft soil of various thicknesses (Hs = 0.3, 0.4 or 0.5 m) was modelled using a semi-transparent acrylic polymer. The displacements of the backfill gravel particles were tracked by means of a high-speed camera. The material was driven by dropping a 0.2 m high (Hp) pounder. The results revealed that the distance between the bottom of the first crater and the top of the sand layer played an important role in directing the particles. At Hs/Hp = 2.5 pear-shaped floating columns were formed as the grains in the side zones were less affected by the pounder drops and their paths deviated from the vertical axis by not more than 50°. In case of Hs/Hp = 2.0 and 1.5, the column bases reached the bearing layer and the impact energy caused much larger vertical and horizontal displacements of the backfill material in the side zones - the observed largest angles were equal to 64° and even 90°, respectively. Eventually, the final column shapes resembled a non-symmetrical barrel and a truncated cone.

PL

Wymiana dynamiczna jest jedną z metod wzmacniania słabego podłoża stosowaną na świecie od blisko 50 lat, polegającą na formowaniu w podłożu kolumn z materiału gruboziarnistego i/lub bardzo gruboziarnistego. Kolumny wykonuje się ubijakami o masach od 5 do 20 ton, zrzucanymi z wysokości 15-25 m. W pierwszej kolejności, na skutek zrzutu ubijaka, w słabym podłożu powstaje krater, do którego wsypywany jest materiał okruchowy o frakcjach od piaszczystej, przez żwirową aż do, najczęściej, kamiennej. Jest on poddawany kolejnym zrzutom ubijaka i następującym po nim zasypom. Materiał ten zostaje wtłoczony w podłoże. W trakcie tego procesu, oprócz przemieszczeń pionowych, dochodzi do przemieszczania się ziaren w poziomie. Przeprowadzone przez jednego z autorów inwentaryzacje kolumn w warunkach in situ wykazały wpływ warunków gruntowo-wodnych, w tym w szczególności miąższości słabego gruntu, na kształty końcowe kolumn. Skłoniło to autorów do podjęcia badań laboratoryjnych dotyczących procesu przemieszczania się kruszywa w trakcie jego wbijania w warstwie słabej o różnej miąższości (Hs) równej 1,5, 2,0 i 2,5 krotności wysokości stosowanego ubijaka (Hp).

Słowa kluczowe

EN

aggregate; displacement path; dynamic replacement; geotechnical engineering; ground improvement; stone column; soft soil

PL

geotechnika; kolumna kamienna; metoda wymiany dynamicznej; trajektoria przemieszczenia; podłoże słabe; wzmacnianie podłoża; podłoże gruntowe

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 3
• Strony: 253--268
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kwiecień Sławomir

• Silesian University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6401-2471

autor

Ihnatov Siergey

• Silesian University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5747-291X

autor

Kowalska Magdalena

• Silesian University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Gliwice, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7549-2722

Bibliografia

• [1] B. Hamidi, “Distinguished ground improvement projects by dynamic compaction or dynamic replacement”, PhD thesis, Curtin University, Australia, 2014. [Online]. Available: http://hdl.handle.net/20.500.11937/66.
• [2] M. Łupieżowiec and P. Kanty, “Analysis of dynamic replacement column construction process on neighbouring engineering structures”, Archives of Civil Engineering, vol. 61, no. 3, pp. 3-18, 2015.
• [3] P. Stinnette, M. Gunaratne, G. Mullins, and S. Thilakasiri, “A quality control programme for performance evaluation of dynamic replacement of organic soil deposits”, Geotechnical and Geological Engineering, no. 15, pp. 283-302, 1997, doi: 10.1023/A:1018467810200.
• [4] Ch. Chua, M. Lai, G. Hoffmann, and B. Hawkins, “Ground improvement using dynamic replacement for NCIG Cet3 Coal Stockyard”, Australian Geomechanics, vol. 43, no. 3, pp. 63-74, 2008.
• [5] S. Kwiecień, Odkształcalność kolumn wymiany dynamicznej ustalana na podstawie próbnych obciążeń. Gliwice, Poland: SUT Press, 2019.
• [6] S. Kumar, “Reducing liquefaction potential using dynamic compaction and construction of stone columns”, Geotechnical and Geological Engineering, no. 19, pp. 169-182, 2001, doi: 10.1023/A:1016672106067.
• [7] P. Wong and M. Lacazedieu, “Dynamic replacement ground improvement - field performance versus design prediction for the Alexandria City Centre Project”, in Proceedings of a three day conference on advances in geotechnical engineering, organised by the Institution of Civil Engineers and held at the Royal Geographical Society: Advances in geotechnical engineering: The Skempton conference, London, UK, on 29-31 March 2004. London: Thomas Telford Publishing, 2004, pp. 1193-1204.
• [8] S. Kwiecień, “Influence of load plates diameters, shapes of columns and columns spacing on results of load plate tests of columns formed by dynamic replacement”, Sensors, vol. 21, no. 14, art. no. 4868, 2021, doi: 10.3390/s21144868.
• [9] S. Kwiecień and M. Kowalska, “Dynamic replacement: the influence of pounder diameter and ground conditions on shape and diameter of the columns”, Architecture Civil Engineering Environment, vol. 16, no. 1, pp. 71-84, 2023, doi: 10.2478/acee-2023-0005.
• [10] Y. Oladosu, M.Y. Rafii, F. Arolu, S.C. Chukwu, M.A. Salisu, I.K. Fagbohun, T.K. Muftaudeen, S. Swaray, and B.S. Haliru, “Superabsorbent polymer hydrogels for sustainable agriculture: a review”, Horticulturae, vol. 8, no. 7, art. no. 605, 2022, doi: 10.3390/horticulturae8070605.
• [11] S. Kwiecień, Ed. Kolumny kamienne formowane w technologii wymiany dynamicznej. Gliwice, Poland: SUT Press, 2012.
• [12] R. Jasiński, K. Stebel, and J. Domin, “Application of the DIC technique to remote control of the hydraulic load system”, Remote Sensing, vol. 12, no. 21, art. no. 3667, 2020, doi: 10.3390/rs12213667.
• [13] PN-EN ISO 17892-4:2017-01 Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 4: Determination of particle size distribution. PKN, 2017.
• [14] PN-88/B-04481 Grunty budowlane. Badania próbek gruntu. PKNMiJ, 1988.
• [15] PN-EN ISO 17892-3:2016-03 Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 3: Determination of particle density. PKN, 2016.
• [16] PN-EN ISO 17892-10:2019-01. Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 10: Direct shear tests. PKN, 2019.
• [17] PN-EN ISO 17892-5:2017-06. Geotechnical investigation and testing - Laboratory testing of soil - Part 5: Incremental loading oedometer test. PKN, 2017.
• [18] S. Pisarczyk, “Wytrzymałość gruboklastycznych gruntów z dorzecza Górnej Wisły stosowanych w nasypach budowli hydrotechnicznych”, Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska, vol. 32, pp. 5-51, 2000.
• [19] J.A.R. Ortigao, Soil Mechanics in the Light of Critical State Theories. An introduction. Balkema, 1995.