Numerical simulation of plug formation during casing installation of cast-in-place concrete pipe (PCC) piles
Historiquement, il y a un manque de recherche examinant le phénomène de formation de bouchon de sol interne et la déformation latérale externe pendant l’installation de pieux tubulaires dans l’argile. De plus, on n’a pas examiné comment la géométrie de la pointe du pieu influe sur la déformation du...
Ausführliche Beschreibung
Gespeichert in:
| Autor*in: |
Liu, Hanlong [verfasserIn] |
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| Format: |
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| Sprache: |
Englisch |
| Erschienen: |
2016 |
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Enthalten in: Canadian geotechnical journal - Toronto, Ont. : [Verlag nicht ermittelbar], 1963, 53(2016), 7, Seite 1093-1109 |
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Les pieux tubulaires en béton coulé sur place (PCC) sont une génération récente de pieux tubulaires en matière d’applications pour l’amélioration des sols mous, et sont coulés sur place au moyen d’un tubage en acier à double paroi avec une pointe conique. Cette étude a pour but d’examiner l’effet qu’a la géométrie de la pointe sur les mécanismes d’écoulement des sols à l’intérieur et à l’extérieur du tubage du pieu PCC lors de l’installation dans l’argile. On a fait l’analyse par éléments finis appliquée aux déformations importantes (LDFE) simulant le processus de pénétration continu de l’installation du tubage. Les résultats de LDFE ont été validés contre (i) les données de suivi sur le terrain en matière de déplacement latéral du sol et de soulèvement à l’extérieur du tubage, et (ii) les données d’essai au centrifuge en matière de résistance à la pénétration, et la concordance s’est avérée excellente. On a ensuite réalisé une vaste étude paramétrique englobant une large gamme de paramètres. On a démontré que la géométrie de la pointe du tubage influe de façon significative sur les mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage, mais l’effet sur la résistance à la pénétration du tubage est minimal. La pointe conique optimale ayant un angle de pointe de 45° et une longueur de pointe en extension minimale fait en sorte qu’une plus grande quantité de sol a été poussée dans le tubage et moins de déplacement a eu lieu à l’extérieur du tubage, ce qui prescrit le remplissage en béton requis à l’intérieur de la cavité du pieu et la séquence de la construction du pieu, respectivement. On a proposé des expressions de conception pour l’estimation des mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage d’installation ayant une géométrie optimale de la pointe. [Traduit par la Rédaction] There is a historic lack of research examining inner soil plugging and outer lateral soil deformation during installation of pipe piles in clay. Furthermore, the influence of the pile tip geometry on soil deformation has not been investigated. Cast-in-place concrete pipe (PCC) piles are a recent generation of pipe piles for soft ground improvement applications, and are cast in place using an innovative double-walled steel casing with a tapered tip. This paper investigates the effect of tip geometry on soil flow mechanisms inside and outside the PCC pile casing during installation in clay. Large-deformation finite element (LDFE) analysis was conducted simulating the continuous penetration process of the casing installation. The LDFE results were validated against (i) field monitoring data in terms of soil lateral displacement and heave outside the casing and (ii) centrifuge test data in terms of penetration resistance, with excellent agreement obtained. An extensive parametric study was then performed encompassing a practical range of parameters. The geometry of the casing tip was shown to have significant influence on the soil movements inside and outside the casing, but minimal effect on the casing penetration resistance. The optimal tapered tip with a tip angle of 45° and minimal extended tip length beneath the tip angle allowed more soil to be pushed inside the casing and less lateral displacement outside the casing, which dictates the amount of concrete required to fill the cavity inside the pile and the pile construction sequence, respectively. Design expressions are proposed for estimating soil movements inside and outside the casing with optimal tip geometry being installed. analyse par éléments finis appliquée aux déformations importantes (LDFE) clay argile large-deformation finite element (LDFE) analysis pointe du tubage soil deformation déformation du sol pipe piles casing tip installation du tubage pieux tubulaires casing installation Simulation Finite element analysis Pipes Geometry Deformation Soils Zhou, Mi oth Zhang, Ting oth Hu, Yuxia oth Hossain, Muhammad Shazzad oth Enthalten in Canadian geotechnical journal Toronto, Ont. : [Verlag nicht ermittelbar], 1963 53(2016), 7, Seite 1093-1109 (DE-627)129591343 (DE-600)240118-6 (DE-576)015083934 0008-3674 nnns volume:53 year:2016 number:7 pages:1093-1109 http://dx.doi.org/10.1139/cgj-2015-0162 Volltext http://www.nrcresearchpress.com/doi/abs/10.1139/cgj-2015-0162 http://search.proquest.com/docview/1802581797 GBV_USEFLAG_A SYSFLAG_A GBV_OLC SSG-OLC-TEC SSG-OLC-GEO GBV_ILN_70 GBV_ILN_2014 GBV_ILN_2016 GBV_ILN_2027 GBV_ILN_2354 56.20 AVZ 38.58 AVZ AR 53 2016 7 1093-1109 |
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Les pieux tubulaires en béton coulé sur place (PCC) sont une génération récente de pieux tubulaires en matière d’applications pour l’amélioration des sols mous, et sont coulés sur place au moyen d’un tubage en acier à double paroi avec une pointe conique. Cette étude a pour but d’examiner l’effet qu’a la géométrie de la pointe sur les mécanismes d’écoulement des sols à l’intérieur et à l’extérieur du tubage du pieu PCC lors de l’installation dans l’argile. On a fait l’analyse par éléments finis appliquée aux déformations importantes (LDFE) simulant le processus de pénétration continu de l’installation du tubage. Les résultats de LDFE ont été validés contre (i) les données de suivi sur le terrain en matière de déplacement latéral du sol et de soulèvement à l’extérieur du tubage, et (ii) les données d’essai au centrifuge en matière de résistance à la pénétration, et la concordance s’est avérée excellente. 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[Traduit par la Rédaction] There is a historic lack of research examining inner soil plugging and outer lateral soil deformation during installation of pipe piles in clay. Furthermore, the influence of the pile tip geometry on soil deformation has not been investigated. Cast-in-place concrete pipe (PCC) piles are a recent generation of pipe piles for soft ground improvement applications, and are cast in place using an innovative double-walled steel casing with a tapered tip. This paper investigates the effect of tip geometry on soil flow mechanisms inside and outside the PCC pile casing during installation in clay. Large-deformation finite element (LDFE) analysis was conducted simulating the continuous penetration process of the casing installation. The LDFE results were validated against (i) field monitoring data in terms of soil lateral displacement and heave outside the casing and (ii) centrifuge test data in terms of penetration resistance, with excellent agreement obtained. An extensive parametric study was then performed encompassing a practical range of parameters. The geometry of the casing tip was shown to have significant influence on the soil movements inside and outside the casing, but minimal effect on the casing penetration resistance. The optimal tapered tip with a tip angle of 45° and minimal extended tip length beneath the tip angle allowed more soil to be pushed inside the casing and less lateral displacement outside the casing, which dictates the amount of concrete required to fill the cavity inside the pile and the pile construction sequence, respectively. 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On a ensuite réalisé une vaste étude paramétrique englobant une large gamme de paramètres. On a démontré que la géométrie de la pointe du tubage influe de façon significative sur les mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage, mais l’effet sur la résistance à la pénétration du tubage est minimal. La pointe conique optimale ayant un angle de pointe de 45° et une longueur de pointe en extension minimale fait en sorte qu’une plus grande quantité de sol a été poussée dans le tubage et moins de déplacement a eu lieu à l’extérieur du tubage, ce qui prescrit le remplissage en béton requis à l’intérieur de la cavité du pieu et la séquence de la construction du pieu, respectivement. On a proposé des expressions de conception pour l’estimation des mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage d’installation ayant une géométrie optimale de la pointe. [Traduit par la Rédaction] There is a historic lack of research examining inner soil plugging and outer lateral soil deformation during installation of pipe piles in clay. Furthermore, the influence of the pile tip geometry on soil deformation has not been investigated. Cast-in-place concrete pipe (PCC) piles are a recent generation of pipe piles for soft ground improvement applications, and are cast in place using an innovative double-walled steel casing with a tapered tip. This paper investigates the effect of tip geometry on soil flow mechanisms inside and outside the PCC pile casing during installation in clay. Large-deformation finite element (LDFE) analysis was conducted simulating the continuous penetration process of the casing installation. The LDFE results were validated against (i) field monitoring data in terms of soil lateral displacement and heave outside the casing and (ii) centrifuge test data in terms of penetration resistance, with excellent agreement obtained. An extensive parametric study was then performed encompassing a practical range of parameters. The geometry of the casing tip was shown to have significant influence on the soil movements inside and outside the casing, but minimal effect on the casing penetration resistance. The optimal tapered tip with a tip angle of 45° and minimal extended tip length beneath the tip angle allowed more soil to be pushed inside the casing and less lateral displacement outside the casing, which dictates the amount of concrete required to fill the cavity inside the pile and the pile construction sequence, respectively. 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[Traduit par la Rédaction] There is a historic lack of research examining inner soil plugging and outer lateral soil deformation during installation of pipe piles in clay. Furthermore, the influence of the pile tip geometry on soil deformation has not been investigated. Cast-in-place concrete pipe (PCC) piles are a recent generation of pipe piles for soft ground improvement applications, and are cast in place using an innovative double-walled steel casing with a tapered tip. This paper investigates the effect of tip geometry on soil flow mechanisms inside and outside the PCC pile casing during installation in clay. Large-deformation finite element (LDFE) analysis was conducted simulating the continuous penetration process of the casing installation. The LDFE results were validated against (i) field monitoring data in terms of soil lateral displacement and heave outside the casing and (ii) centrifuge test data in terms of penetration resistance, with excellent agreement obtained. 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Numerical simulation of plug formation during casing installation of cast-in-place concrete pipe (PCC) piles |
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Historiquement, il y a un manque de recherche examinant le phénomène de formation de bouchon de sol interne et la déformation latérale externe pendant l’installation de pieux tubulaires dans l’argile. De plus, on n’a pas examiné comment la géométrie de la pointe du pieu influe sur la déformation du sol. Les pieux tubulaires en béton coulé sur place (PCC) sont une génération récente de pieux tubulaires en matière d’applications pour l’amélioration des sols mous, et sont coulés sur place au moyen d’un tubage en acier à double paroi avec une pointe conique. Cette étude a pour but d’examiner l’effet qu’a la géométrie de la pointe sur les mécanismes d’écoulement des sols à l’intérieur et à l’extérieur du tubage du pieu PCC lors de l’installation dans l’argile. On a fait l’analyse par éléments finis appliquée aux déformations importantes (LDFE) simulant le processus de pénétration continu de l’installation du tubage. Les résultats de LDFE ont été validés contre (i) les données de suivi sur le terrain en matière de déplacement latéral du sol et de soulèvement à l’extérieur du tubage, et (ii) les données d’essai au centrifuge en matière de résistance à la pénétration, et la concordance s’est avérée excellente. On a ensuite réalisé une vaste étude paramétrique englobant une large gamme de paramètres. On a démontré que la géométrie de la pointe du tubage influe de façon significative sur les mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage, mais l’effet sur la résistance à la pénétration du tubage est minimal. La pointe conique optimale ayant un angle de pointe de 45° et une longueur de pointe en extension minimale fait en sorte qu’une plus grande quantité de sol a été poussée dans le tubage et moins de déplacement a eu lieu à l’extérieur du tubage, ce qui prescrit le remplissage en béton requis à l’intérieur de la cavité du pieu et la séquence de la construction du pieu, respectivement. On a proposé des expressions de conception pour l’estimation des mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage d’installation ayant une géométrie optimale de la pointe. [Traduit par la Rédaction] There is a historic lack of research examining inner soil plugging and outer lateral soil deformation during installation of pipe piles in clay. Furthermore, the influence of the pile tip geometry on soil deformation has not been investigated. Cast-in-place concrete pipe (PCC) piles are a recent generation of pipe piles for soft ground improvement applications, and are cast in place using an innovative double-walled steel casing with a tapered tip. This paper investigates the effect of tip geometry on soil flow mechanisms inside and outside the PCC pile casing during installation in clay. Large-deformation finite element (LDFE) analysis was conducted simulating the continuous penetration process of the casing installation. The LDFE results were validated against (i) field monitoring data in terms of soil lateral displacement and heave outside the casing and (ii) centrifuge test data in terms of penetration resistance, with excellent agreement obtained. An extensive parametric study was then performed encompassing a practical range of parameters. The geometry of the casing tip was shown to have significant influence on the soil movements inside and outside the casing, but minimal effect on the casing penetration resistance. The optimal tapered tip with a tip angle of 45° and minimal extended tip length beneath the tip angle allowed more soil to be pushed inside the casing and less lateral displacement outside the casing, which dictates the amount of concrete required to fill the cavity inside the pile and the pile construction sequence, respectively. Design expressions are proposed for estimating soil movements inside and outside the casing with optimal tip geometry being installed. |
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Historiquement, il y a un manque de recherche examinant le phénomène de formation de bouchon de sol interne et la déformation latérale externe pendant l’installation de pieux tubulaires dans l’argile. De plus, on n’a pas examiné comment la géométrie de la pointe du pieu influe sur la déformation du sol. Les pieux tubulaires en béton coulé sur place (PCC) sont une génération récente de pieux tubulaires en matière d’applications pour l’amélioration des sols mous, et sont coulés sur place au moyen d’un tubage en acier à double paroi avec une pointe conique. Cette étude a pour but d’examiner l’effet qu’a la géométrie de la pointe sur les mécanismes d’écoulement des sols à l’intérieur et à l’extérieur du tubage du pieu PCC lors de l’installation dans l’argile. On a fait l’analyse par éléments finis appliquée aux déformations importantes (LDFE) simulant le processus de pénétration continu de l’installation du tubage. Les résultats de LDFE ont été validés contre (i) les données de suivi sur le terrain en matière de déplacement latéral du sol et de soulèvement à l’extérieur du tubage, et (ii) les données d’essai au centrifuge en matière de résistance à la pénétration, et la concordance s’est avérée excellente. On a ensuite réalisé une vaste étude paramétrique englobant une large gamme de paramètres. On a démontré que la géométrie de la pointe du tubage influe de façon significative sur les mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage, mais l’effet sur la résistance à la pénétration du tubage est minimal. La pointe conique optimale ayant un angle de pointe de 45° et une longueur de pointe en extension minimale fait en sorte qu’une plus grande quantité de sol a été poussée dans le tubage et moins de déplacement a eu lieu à l’extérieur du tubage, ce qui prescrit le remplissage en béton requis à l’intérieur de la cavité du pieu et la séquence de la construction du pieu, respectivement. On a proposé des expressions de conception pour l’estimation des mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage d’installation ayant une géométrie optimale de la pointe. [Traduit par la Rédaction] There is a historic lack of research examining inner soil plugging and outer lateral soil deformation during installation of pipe piles in clay. Furthermore, the influence of the pile tip geometry on soil deformation has not been investigated. Cast-in-place concrete pipe (PCC) piles are a recent generation of pipe piles for soft ground improvement applications, and are cast in place using an innovative double-walled steel casing with a tapered tip. This paper investigates the effect of tip geometry on soil flow mechanisms inside and outside the PCC pile casing during installation in clay. Large-deformation finite element (LDFE) analysis was conducted simulating the continuous penetration process of the casing installation. The LDFE results were validated against (i) field monitoring data in terms of soil lateral displacement and heave outside the casing and (ii) centrifuge test data in terms of penetration resistance, with excellent agreement obtained. An extensive parametric study was then performed encompassing a practical range of parameters. The geometry of the casing tip was shown to have significant influence on the soil movements inside and outside the casing, but minimal effect on the casing penetration resistance. The optimal tapered tip with a tip angle of 45° and minimal extended tip length beneath the tip angle allowed more soil to be pushed inside the casing and less lateral displacement outside the casing, which dictates the amount of concrete required to fill the cavity inside the pile and the pile construction sequence, respectively. Design expressions are proposed for estimating soil movements inside and outside the casing with optimal tip geometry being installed. |
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Historiquement, il y a un manque de recherche examinant le phénomène de formation de bouchon de sol interne et la déformation latérale externe pendant l’installation de pieux tubulaires dans l’argile. De plus, on n’a pas examiné comment la géométrie de la pointe du pieu influe sur la déformation du sol. Les pieux tubulaires en béton coulé sur place (PCC) sont une génération récente de pieux tubulaires en matière d’applications pour l’amélioration des sols mous, et sont coulés sur place au moyen d’un tubage en acier à double paroi avec une pointe conique. Cette étude a pour but d’examiner l’effet qu’a la géométrie de la pointe sur les mécanismes d’écoulement des sols à l’intérieur et à l’extérieur du tubage du pieu PCC lors de l’installation dans l’argile. On a fait l’analyse par éléments finis appliquée aux déformations importantes (LDFE) simulant le processus de pénétration continu de l’installation du tubage. Les résultats de LDFE ont été validés contre (i) les données de suivi sur le terrain en matière de déplacement latéral du sol et de soulèvement à l’extérieur du tubage, et (ii) les données d’essai au centrifuge en matière de résistance à la pénétration, et la concordance s’est avérée excellente. On a ensuite réalisé une vaste étude paramétrique englobant une large gamme de paramètres. On a démontré que la géométrie de la pointe du tubage influe de façon significative sur les mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage, mais l’effet sur la résistance à la pénétration du tubage est minimal. La pointe conique optimale ayant un angle de pointe de 45° et une longueur de pointe en extension minimale fait en sorte qu’une plus grande quantité de sol a été poussée dans le tubage et moins de déplacement a eu lieu à l’extérieur du tubage, ce qui prescrit le remplissage en béton requis à l’intérieur de la cavité du pieu et la séquence de la construction du pieu, respectivement. On a proposé des expressions de conception pour l’estimation des mouvements du sol à l’intérieur et à l’extérieur du tubage d’installation ayant une géométrie optimale de la pointe. [Traduit par la Rédaction] There is a historic lack of research examining inner soil plugging and outer lateral soil deformation during installation of pipe piles in clay. Furthermore, the influence of the pile tip geometry on soil deformation has not been investigated. Cast-in-place concrete pipe (PCC) piles are a recent generation of pipe piles for soft ground improvement applications, and are cast in place using an innovative double-walled steel casing with a tapered tip. This paper investigates the effect of tip geometry on soil flow mechanisms inside and outside the PCC pile casing during installation in clay. Large-deformation finite element (LDFE) analysis was conducted simulating the continuous penetration process of the casing installation. The LDFE results were validated against (i) field monitoring data in terms of soil lateral displacement and heave outside the casing and (ii) centrifuge test data in terms of penetration resistance, with excellent agreement obtained. An extensive parametric study was then performed encompassing a practical range of parameters. The geometry of the casing tip was shown to have significant influence on the soil movements inside and outside the casing, but minimal effect on the casing penetration resistance. The optimal tapered tip with a tip angle of 45° and minimal extended tip length beneath the tip angle allowed more soil to be pushed inside the casing and less lateral displacement outside the casing, which dictates the amount of concrete required to fill the cavity inside the pile and the pile construction sequence, respectively. Design expressions are proposed for estimating soil movements inside and outside the casing with optimal tip geometry being installed. |
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Numerical simulation of plug formation during casing installation of cast-in-place concrete pipe (PCC) piles |
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