Evaluation of hypoplastic clay model for deep excavation modelling

Monika Mitew-Czajewska

Abstract

This paper presents an evaluation of the Hypoplastic Clay constitutive model for finite element analysis of deep excavations and displacements induced by excavations in the influence zone. A detailed description and formulation of the Hypoplastic Clay soil model is included. A parametric case study of a deep excavation executed in Pliocene clays is presented. FE analysis was performed using several soil models (Mohr-Coulomb, Modified Mohr-Coulomb, Drucker-Prager, Modified Cam-Clay, Hypoplastic Clay) and the results were compared to in-situ displacements measurements taken during construction. Final conclusions concerning the suitability of the Hypoplastic Clay model for deep excavation modelling in terms of accurate determination of horizontal displacements of the excavation wall, the uplift of the bottom of excavation, and, most importantly, vertical displacements of the terrain in the vicinity of the excavation are presented
Author Monika Mitew-Czajewska IDM
Monika Mitew-Czajewska,,
- The Institute of Roads and Bridges
Journal seriesArchives of Civil Engineering, ISSN 1230-2945
Issue year2016
Vol62
No4/1
Pages73-86
Publication size in sheets3.65
Keywords in Polishgłębokie wykopy, strefa wpływu, MES, modele materiałowe gruntów, model hypoplastyczny
Keywords in Englishdeep excavation, influence zone, FE modelling, soil models, hypoplastic model
Abstract in PolishW artykule przedstawiono ocenę modelu konstytutywnego stanu krytycznego Hypoplastic Clay (Ił hypoplastyczny) do analizy metodą elementów skończonych głębokich wykopów i oceny przemieszczeń w strefie ich wpływu. W pracy zawarto również szczegółowy opis i sformułowanie modelu Hypoplastic Clay. Zaprezentowano parametryczne studium przypadku dotyczące głębokiego wykopu wykonanego w Warszawie, w iłach plioceńskich formacji poznańskiej. Analizowany obiekt to wykop stacji metra o wymiarach 20x150m i głębokości 14.6m wykonywany metodą odkrywkową z zastosowaniem dwóch rzędów kotew iniekcyjnych i jednego poziomu rozpór stalowych jako rozparcia. Analizę modelu przeprowadzono z zastosowaniem metody elementów skończonych, programem GEO5 MES, z uwzględnieniem kilku modeli materiałowych gruntu (Mohr-Coulomb, Modified Mohr-Coulomb, Drucker-Prager, Modified Cam-Clay, Hypoplastic Clay), a wyniki porównano z geodezyjnymi pomiarami przemieszczeń in-situ wykonanymi w trakcie budowy. Wnioski końcowe dotyczące przydatności zastosowanych modeli, a w szczególności modelu Hypoplastic Clay, do modelowania głębokich wykopów pod względem dokładnego określenia poziomych przemieszczeń ścian wykopu, odprężenia dna wykopu i co najważniejsze pionowych przemieszczeń terenu w sąsiedztwie wykopu są następujące: - Proste modele sprężysto idealnie plastyczne (Mohr-Coulomb, Modified Mohr-Coulomb, Drucker-Prager) mogą mieć zastosowanie do projektowania obudów głębokich wykopów posadowionych w iłach plioceńskich formacji poznańskiej pod warunkiem prawidłowej kalibracji ich parametrów (zwłaszcza precyzyjnego określenia wartości modułu odkształcenia na podstawie właściwie dobranych badań in-situ, w zakresie małych odkształceń). Modele te właściwie odwzorowują wartości przemieszczeń poziomych ścian wykopu a także odprężenia dna wykopu. Nie powinny mieć jednak zastosowania do analizy wpływu wykopu na otoczenie ponieważ nie odwzorowują właściwie odprężenia związanego z odciążeniem wywołanym wykopem. W efekcie, zamiast obserwowanego zwykle unoszenia terenu sąsiadującego z wykopem w obliczeniach z zastosowaniem tych modeli uzyskuje się jego osiadanie. - Model stanu krytycznego Modified Cam-Clay znacząco przeszacowuje wartości wszystkich analizowanych parametrów (przemieszczeń poziomych i pionowych, ścian i terenu), nie powinien mieć więc zastosowania do analizy wykopów wykonywanych w prekonsolidowanych iłach plioceńskich rejonu Warszawy. - Wyniki analizy wykonanej z zastosowaniem ocenianego, szerzej omówionego, modelu Hypoplastic Clay wykazały bardzo dużą zgodność z wynikami pomiarów, zarówno w odniesieniu do wartości poziomych przemieszczeń ściany wykopu jak i w odniesieniu do pionowych przemieszczeń terenu. Należy podkreślić, że wyznaczone teoretyczne przemieszczenia pionowe terenu wokół wykopu bardzo precyzyjnie odwzorowują delikatne unoszenie terenu zaobserwowane w trakcie budowy we wszystkich fazach głębienia wykopu. Stwierdza się więc, że model ten może mieć zastosowanie do modelowania głębokich wykopów posadowionych w iłach plioceńskich.
DOIDOI:10.1515/ace-2015-0098
Languageen angielski
File
5_MITEW.pdf (file archived - login or check accessibility on faculty) 5_MITEW.pdf 1,016.8 KB
Score (nominal)15
ScoreMinisterial score = 15.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Ministerial score (2013-2016) = 15.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Citation count*6 (2018-02-18)
Cite
Share Share



* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back