Bearing capacity of strip footings on purely frictional soil under eccentric and inclined loads

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Abstract

The finite element method is used for the determination of the collapse load of a rigid strip footing placed on a uniform layer of purely frictional soil subjected to inclined and eccentric loading. The footing is set on the free surface of the soil mass with no surcharge applied. The soil is assumed to be elastic – perfectly plastic following the Mohr–Coulomb failure criterion. Two series of analyses were performed, one using an associated flow rule and one using a nonassociated flow rule. The first series is in accordance with bearing capacity solutions currently used in shallow foundation design practice, while the second one is consistent with the dilatancy exhibited by sands in reality. Both probe-type analyses and swipe-type analyses were undertaken. Analyses for associated and nonassociated flow rules yield essentially the same trends regarding the effective width, inclination factor, and normalized vertical force – horizontal force – moment (V–H–M) failure envelope. The results show that the inclination factor depends on the value of the friction angle, whereas the effective width does not.

On utilise la méthode des éléments finis pour la détermination de la charge d'effondrement d'une semelle filante rigide placée sur une couche uniforme de sol purement à frottement soumise à un chargement incliné et excentrique. La semelle est placée sur la surface libre du massif de sol sans aucune surcharge appliquée. On suppose que le sol est élastique et parfaitement plastique selon le critère de rupture de Mohr–Coulomb. Deux séries d'analyses ont été réalisées, une utilisant une loi d'écoulement associée et une utilisant une loi d'écoulement non associée. La première série est en accord avec les solutions de capacité portante couramment utilisées dans la pratique de conception de fondations superficielles, alors que la seconde est consistante avec la dilatance qui se produit dans les sables en réalité. Des analyses tant ponctuelles que globales ont été réalisées. Les analyses pour les lois d'écoulement associées et non associées conduisent essentiellement aux mêmes tendances quant à la largeur effective, au coefficient d'inclinaison et à l'enveloppe de rupture V–H–M normalizée. Les résultats montrent que, contrairement à la largeur effective, le coefficient d'inclinaison dépend de la valeur de l'angle de frottement.

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