Effect of strain-softening behaviour on slope stability during pile driving
Abstract
Denne oppgåva tok sikte på å studere effekten av sprø materialoppførsel ved peleramming i nærleiken av ei skråning med sensitiv leire. Føremålet med oppgåva var å utforske om sprø materialoppførsel under peleramming kunne bli modellert i eit elementmetodeprogram. Dernest om initisering av sprø materialoppførsel kunne utløyse ein progressiv brotmekanisme i ei skråning.
Elementmetodeprogrammet PLAXIS 2D blei brukt til å lage ein modell av peleramming på toppen av ei skråning. Peleramminga blei modellert som ein volumekspansjon av jord, noko som skulle simulere massefortrenginga ved peleramming. Tre materialmodellar vart brukt. Desse var Mohr-Coulomb modellen, Hardening Soil modellen og NGI-ADPsoft modellen.
Mohr-Coulomb modellen klarte ikkje å simulere dei destabiliserande effektane av den modellerte peleramminga. Hovudsakleg på grunn av at modellen ikkje tok omsyn til kontraktiv materialoppførsel. Hardening Soil modellen vart modellert med negativ dilatans, for å dermed inkludere kontraktiv jordrespons. Ein skjærspenning-tøyningsrepsons som likna responsen ved sprø materialoppførsel vart modellert, med ei påfølgjande brotmekanisme. Brotmekansimen viste tendensar til å vere ein progressiv brotmekanisme. Men den sprø materialoppførselen såg ut til å bre om seg i ein meir samtidig respons enn ein progressiv. På grunn av elementnettavhengnaden som oppstår når Hardening Soil modellen er definert med negativ dilatans, var det kun modellen med fint elementnett som simulerte ein brotmekanisme.
NGI-ADPsoft modellen skal unngå problemet med elementnettavhengnad ved å implementere ikkje-lokal tøyning. Modellen klarte å simulere sprø materialoppførsel utløyst av den modellerte masseforskyvinga, med ein påfølgjande brotmekanisme. Brotmekanismen hadde slik som Hardening Soil modellen, tendensar til progressivt brot. Det såg derimot ut til at måten peleramminga vart modellert førte til at jorda oppførte seg meir som ein stiv lekam, som førte til ein meir samtidig mobilisering av skjærstyrke gjennom brotflata enn progressivt.
Simuleringane i NGI-ADPsoft modellen omgjekk ikkje problemet med avhengig resultat. To modellar med ulik med elementnettstorleik vart utprøvd. Kun modellen med veldig fint elementnett klarte å simulere ein brotmekanisme. The objective of this thesis was to study the effect of strain-softening behaviour during pile driving on slope stability. The work with this thesis aimed at exploring whether a Finite Element model could simulate strain-softening behaviour during pile driving at the crest of a slope. And secondly whether the trigger of strain-softening behaviour could initiate a progressive failure mechanism.
PLAXIS 2D, which is a geotechnical Finite Element program, was used to make a model of pile driving at the crest of a slope. Pile driving was modelled as a volume expansion, simulating the mass displacement that occurs during pile driving. Different constitutive models were tried during the simulations, the Mohr-Coulomb model, the Hardening Soil model and the NGI-ADPsoft model, respectively.
The Mohr-Coulomb model did not manage to capture the destabilising effects of the simulated pile driving. Mainly because of the lack of contractive response during deformations. The Hardening Soil model was modelled with negative dilatancy to account for contractive soil behaviour. A shear stress-strain response that resembled the strain-softening behaviour was obtained, followed by a failure mechanism. The failure mechanism showed tendencies of a progressive failure. However, the strain-softening response seemed to propagate more simultaneously than progressively through the failure surface. Due to the mesh-dependency of the Hardening Soil model with negative dilatancy, these effects were only captured by the model with very fine mesh.
The NGI-ADPsoft model should avoid mesh-dependency by utilising the modified non-local strain approach. The NGI-ADPsoft model was able to simulate a strain-softening response triggered by mass displacements from pile driving. The failure mechanism could to some degree be regarded as progressive. However, it seemed like the approach to replicate pile driving triggered a rigid body movement of the soil, causing a more simultaneous mobilisation of shear strength, than progressively through the failure surface. The simulations with the NGI-ADPsoft model did not overcome the problem of dependent results. To models with different mesh discretisation were run. Only the model with very fine meshing was able to simulate a failure mechanism.