Basal heave analysis of excavations with consideration of anisotropic undrained strength of clay

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Abstract

In this study, two cases of excavation to failure were utilized to investigate reasonable analysis methods for basal heave analysis. Three types of tests were carried out to obtain the undrained shear strength of clay in excavations, including the field vane (FV) shear test, the triaxial unconsolidated undrained (UU) shear test, the K0-consolidated undrained axial compression (CK0U-AC) test, the K0-consolidated undrained axial extension (CK0U-AE) test, and the K0-consolidated undrained direct simple shear (CK0U-DSS) test. The analysis results show that the safety factors against basal heave calculated using isotropic undrained strength from the UU test appear acceptable in both excavations, but the results are highly empirical. Safety factors calculated from the FV test tend to be irregular. Moreover, the safety factors were overestimated using the CK0U-AC test results. On the other hand, the safety factors computed using anisotropic undrained strength yielded reasonable results. If we perform simplified anisotropic analysis using the average value of the CK0U-AC and CK0U-AE test results or the undrained strength obtained from the CK0U-AC and CK0U-AE tests utilized in the active and passive sides of the failure surface, respectively, the results will be close to those from anisotropic undrained strength analysis but on the conservative side. Therefore, anisotropic undrained strength analysis and simplified anisotropic analysis are recommended for basal heave analysis.

Dans cette étude, deux cas de rupture d'excavations ont été utilisées afin d'étudier des méthodes d'analyse raisonnables pour analyser le soulèvement du fond. Pour obtenir la résistance au cisaillement non drainé de l'argile, on a réalisé trois types d'essais incluant l'essai de cisaillement au scissomètre de terrain « FV », les essais triaxiaux UU, CK0U-AC, CK0U-AE et l'essai CK0U-DSS. Les résultats d'analyse montrent que: les coefficients de sécurité contre le soulèvement du fond calculés en utilisant la résistance non drainée isotrope de l'essai UU semblent acceptables dans les deux cas d'excavation, mais elle est hautement empirique. Alors que ceux calculés à partir de l'essai FV ont tendance à être irréguliers. De plus, les coefficients de sécurité ont été surestimés en utilisant les résultats des essais CK0U-AC. Par ailleurs, les coefficients de sécurité calculés avec la résistance non drainée anisotrope peuvent donner des résultats raisonnables. Si nous faisons une analyse anisotrope simplifiée, en utilisant la valeur moyenne des résultats d'essais CK0U-AC et CK0-AE ou la résistance non drainée obtenue à partir de l'essai CK0U-AC et CK0U-AE utilisée du côté de la poussée et de la butée respectivement, les résultats seront près de ceux de l'analyse en résistance non drainée anisotrope mais du côté sécuritaire. En conséquence, une analyse en résistance non drainée anisotrope et une analyse simplifiée anisotrope sont recommandées pour l'analyse du soulèvement du fond.

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