Computational model for jet-grouting pile-soil interaction

• Autorzy: Bzówka J.

Warianty tytułu

PL

Model obliczeniowy dla układu pal strumieniowo-iniekcyjny-grunt

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Computational model for jet-grouting pile-soil system is presented. Construction of the model proceeded in four phases: conception creating and mathematical formulating, model's parameters calibrating, verification and sensitivity analysis (Bzowka [7], [8], [9]). Thesis of the paper is as follows: Numerical model for jet-grouting pile and procedures of its calibration have to allow realistic prediction of jet-grouting pile-soil system settlement and efforts prediction of pile's materials at a wide range of loading. Computational model is completely different than other sparsely existing proposals that are adaptations of semi-empirical formulas used for calculating loads and settlement of reinforced concrete piles. In the paper, physical reality was modelled. A numerical model contains three concentric, cylindrical, influencing zones which have got elastic-plastic properties. For mechanical behaviour of each zone the Coulomb-Mohr model was used. Methodology of parameter's calibration was conformed to two main ideas: - coherent base of experimental data in the calibration and verification processes; - separate estimation of parameters for each zone. Verification was really important for the construction of computational model. It gave the answer to the question whether or to what extent the model is effective in terms of the possibility of its simulation and applicability in practice. To prove the thesis of the paper theoretical and experimental load-settlement curves representing empirical jet-grouting pile were compared.

PL

Zaproponowano model numeryczny pala wykonanego techniką wysokociśnieniowej iniekcji strumieniowej i współdziałającego z nim masywu gruntowego. Model budowano w czterech etapach: tworzenie koncepcji i matematyczne formułowanie, kalibrowanie, weryfikacja i analiza jego wrażliwości (Bzówka [7], [8], [9]). Teza artykułu brzmi: Model numeryczny pala strumieniowo-iniekcyjnego i procedury jego kalibrowania mają umożliwić realistyczne przewidywanie osiadania układu pal strumieniowo-iniekcyjny-grunt i wytężeń jego tworzywa w szerokim przedziale obciążenia. Koncepcyjnie model w sposób zasadniczy odbiega od bardzo nielicznych istniejących propozycji obliczeniowych, które są adaptacjami półempirycznych wzorów używanych do obliczania nośności i osiadania pali żelbetowych. Modelowano fizyczną rzeczywistość, rozważając współśrodkowy układ trzech oddziałujących na siebie ciał o kształcie cylindrycznym i właściwościach sprężystoplastycznych. Do opisu mechanicznego zachowania się każdej ze stref przyjęto najprostszy model konstytutywny przyrostowej teorii plastyczności - ośrodek sprężysto-idealnie plastyczny zdefiniowany za pomocą warunku stanu granicznego Coulomba-Mohra i stowarzyszonego z nim prawa płynięcia. Metodyka kalibrowania parametrów modelu podporządkowana została dwóm generalnym ideom: - spójnej bazy własnych danych eksperymentalnych w procesach kalibrowania i weryfikacji modelu; - oddzielnego szacowania parametrów dla każdej strefy. Weryfikacja odgrywała szczególną rolę w budowie modelu obliczeniowego, dostarczyła bowiem odpowiedzi na pytanie, czy i w jakim stopniu jest on efektywny w aspekcie możliwości symulacyjnych i stosowalności w praktyce. Dowód na słuszność postawionej w pracy tezy ma postać porównania teoretycznej i eksperymentalnej charakterystyki obciążenie - osiadanie doświadczalnego pala strumieniowo-iniekcyjnego.

Słowa kluczowe

EN

jet-grouting pile; jet-grouting pile-soil; computational model

• Wydawca: De Gruyter
• Czasopismo: Studia Geotechnica et Mechanica
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 26, nr 3-4
• Strony: 47--89
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., tab., wykr., rys.

Twórcy

autor

Bzówka J.

• Silesian University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Department of Geotechnics, ul. Akademicka 5/214, 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] BANERJEE P.K., DAVIS R.O., SRIBA LASKANDARAJAH K., Simple double-hardening model for geomaterials, Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, 1992, 118,6, 889–901.
• [2] BORYS R., BOLSEWICZ L., NOGA L., Application of jet-grouting technology in Poland, International Symposium on “International experience of ground improvement techniques”, Gdańsk, 1992, 40–46.
• [3] BRITTO A.M., GUNN M.J., Critical state soil mechanics via finite elements, Ellis Harwood, Chichester, 1987.
• [4] BRITTO A.M., GUNN M.J., CRISP’90 – User’s and programmer’s guide, Cambridge University, Eng. Dep., 1990.
• [5] BRITTO A.M., GUNN M.J., CRISP’92 – User’s and programmer’s guide, Cambridge University, Eng. Dep., 1992.
• [6] BURLAND J.B., Deformation of soft clay, PhD Thesis, Cambridge University, 1967.
• [7] BZÓWKA J., Numerical model for jet-grouting pile–soil system, Proceedings of the 5th International Conference on Deep Foundation Practice Incorporating PILETALK International 2001, Singapore, 133–142.
• [8] BZÓWKA J., Computational model for jet-grouting pile (in Polish), PhD dissertation, Silesian University of Technology, Gliwice, 2001.
• [9] BZÓWKA J., Calibration of the three-zone model of jet-grouting pile–soil system, Studia Geotechnica et Mechanica, 2003, Vol. XXV, No. 3–4, 3–51.
• [10] CHEN W.F., Constitutive relations for concrete, rock and soils: discusser’s report, [in:] Mechanics of Geomaterials, J. Wiley, New York, 1985, Chapt. 5, 65–86.
• [11] COULOMB C.A., Essais sur une application des règles des maximis et minimis à l’architecture, Mem. Math. Phys. Acad. Roy. Sci., 1773, 7, 343–382.
• [12] DESAI C.S., FARUQUE M.O., A simplified yet general model for constitutive behaviour of soils, Proceedings of the 11th ICSMFE, San Francisco, 1985, 433–436.
• [13] DYER M., JAMIOŁKOWSKI M., LANCELLOTTA R., Experimental soil engineering and models for geomechanics, NUMOG 2, Ghent, Jackson & Son Publ., London, 1986, 873–906.
• [14] European Standard: Execution of special geotechnical works – Jet-grouting, prEN 12716, January 1997.
• [15] GASZYŃSKI J., Identification of consolidating Biot’s model on the basis of realization of axisymmetric boundary problem, Archiwum Hydrotechniki, 1984, 31, 1–2, 125–135.
• [16] GRYCZMAŃSKI M., On calibrating of constitutive soil model (in Polish), Environmental Conference for the Section of Soil and Rock Mechanics and Foundation Engineering, KILiW PAN, Geotechnika w Ośrodku Gliwickim, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Budownictwo, 1995a, z. 80, 37–52.
• [17] GRYCZMAŃSKI M., Attempt at preparing classification of constitutive soil models (in Polish), Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Budownictwo, 1995b, z. 81, 433–446.
• [18] GWIZDAŁA K., MOTAK E., Evaluation of the settlement curve of jet-grouting piles (in Polish), XLIIconference organised by KILiW PAN and KN PZiTB, Krynica, 1996, V. 7, 45–52.
• [19] HOULSBY G.T., WROTH C.P., WOOD D.M., Predictions of the results of laboratory tests on a clay using a critical state model, Results Int. Workshop on Const. Relations for Soils, Grenoble, 1982, 99–121.
• [20] JAROMINIAK A., Light retaining structures (in Polish), WKiŁ, wyd. III, Warszawa, 1999.
• [21] KŁOSIŃSKI B., The jet-grouting method (in Polish), Budownictwo Hydrotechniczne i Rurociągów Energet., 1987, No. 4.
• [22] MAJEWSKI S., Elasto-plastic double-cap model for structure–subsoil interaction problems, Archives of Civil Engineering, 1994, 40, 3–4, 399–418.
• [23] MAJEWSKI S., Elasto-plastic model for structure–subsoil interaction system influenced by coal mines deformations problems (in Polish), Dissertation, Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Budownictwo, 1995, z. 79.
• [24] MOHR O., Welche Umstände bedingen die Elastizitätsgrenze und den Bruch eines Materials, Zeit. Des Ver. Deuts. Ing., 1900, 44, 1524–1541.
• [25] MRÓZ Z., Current problems and new directions in mechanics of geomaterials, [in:] Mechanics of Geomaterials, J.Wiley, New York, 1985, Chapt. 24, 539–566.
• [26] PETYNIAK D., KŁOSIŃSKI B., Handbook of current maintenance and restoration of road bridge structures, Vol. 2: Foundation and supports, Chapter 2.4: Foundation strengthening using micropiles (in Polish), GDDP, Warszawa, 1994.
• [27] PIECZYRAK J., Parameters determination of selected soil models on the basis of trial loadings (in Polish), Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Budownictwo, z. 91, Gliwice, 2001.
• [28] PN-81/B-03020: Building soils. Foundation bases. Static calculation and design, Polish Code.
• [29] PN-83/B-02482: Bearing capacity of piles and pile foundation, Polish Code.
• [30] PODGÓRSKI J., Limit state condition and dissipation function for isotropic materials, Arch. Appl. Mech., 1984, 36, 3.
• [31] SANDLER I.S., BARON M.L., Recent developments in the constitutive modelling of geological materials, Proceedings of the 3rd Conference on Numerical Methods in Geomechanics, Aachen, Wittke (ed), Balkema/Rotterdam, 1979, Vol. 1, 363–376.
• [32] SZYMANKIEWICZ Cz., The method of jet forming and strengthening of underground structures (in Polish), Engineering and Civil Engineering, 1983, No. 4, 156–157.
• [33] ZADROGA B., Whether and how to modify Polish Pile Code PN-83/B-02482? (in Polish), Marine Engineering and Geotechnics, 2000, No. 2, 75–81.
• [34] ZIENKIEWICZ O.C., The Finite Element Method; from Intuition to Generality, Addendum, App. Mech. Reviews, 1970, 1985, 249–256.
• [35] ZIENKIEWICZ O.C., HUMPHESON C., Viscoplasticity: a generalized model for description of soil behaviour, Chapt. 3, Numerical Methods in Geotechnical Engineering, Desai Ch.S. & Christian J.T. (eds), McGraw-Hill Book Company, 1977, 116–147.
• [36] ZIENKIEWICZ O.C., HUMPHESON C., LEWIS R.W., Associated and non-associated visco-plasticity and plasticity in soil mechanics, Géotechnique, 1975, 25, No. 4, 671–689.
• [37] ŻMUDZIŃSKI Z., MOTAK E., Computational assessment of bearing capacity of jet-grouting piles (in Polish), Monograph 194, Kraków, 1995a, 351–362.
• [38] ŻMUDZIŃSKI Z., MOTAK E., Jet-grouting pile application for foundation of structures (in Polish), XLI conference organised by KILiW PAN and KN PZiTB, Krynica, 1995b, V. 8, 159–166.