Numerical modeling of liquefaction and comparison with centrifuge tests


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Abstract

The prediction of liquefaction and resulting displacements is a major concern for earth structures located in regions of moderate to high seismicity. Conventional procedures used to assess liquefaction commonly predict the triggering of liquefaction to depths of 50 m or more. Remediation to prevent or curtail liquefaction at these depths can be very expensive. Field experience during past earthquakes indicates that liquefaction has mainly occurred at depths less than about 15 m, and some recent dynamic centrifuge model testing initially appeared to confirm a depth or confining-stress limitation on the occurrence of liquefaction. Such a limitation on liquefaction could greatly reduce remediation costs. In this paper an effective stress numerical modeling procedure is used to assess these centrifuge tests. The results indicate that a lack of complete saturation and densification at depth arising from the application of the high-acceleration field are largely responsible for the apparent limitation on liquefaction at depth observed in some centrifuge tests.RésuméLa prédiction de la liquéfaction et des déplacements qui en résultent est une préoccupation majeure pour les structures en terre localisées dans des régions de séismicité moyenne à forte. Les procédures conventionnelles utilisées pour évaluer la liquéfaction prédisent communément le déclenchement de la liquéfaction à des profondeurs de 50 m et plus. Le confortement pour prévenir ou réduire la liquéfaction à ces profondeurs peut coûter très cher. L'expérience sur le terrain durant les derniers séismes indique que la liquéfaction s'est produite principalement à des profondeurs inférieures de moins de 15 m, et des essais dynamiques récents sur modèle en centrifuge ont semblé confirmer une limitation de la profondeur ou de la contrainte de confinement pour la génération de la liquéfaction. Une telle limitation sur la liquéfaction pourrait réduire considérablement les coûts de confortement. Dans cet article, on utilise une procédure de modélisation numérique en contrainte effective pour évaluer les essais de centrifuge. Les résultats indiquent qu'un manque de saturation complète de même qu'une densification à une profondeur résultant de l'application du champ des fortes accélérations sont largement responsables de la limitation apparente sur la liquéfaction en profondeur observée dans certains essais au centrifuge.

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