Soil-pile separation and sliding in 3D simulation of pile groups under lateral loading

M. S. Fayyazi

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: FOUNDATION DESIGN - VI Soil-Structure Interaction

ABSTRACT: A proper analysis of pile foundations subjected to lateral loading should consider the structural response of the pile, the nonlinear response of the surrounding soil, and the interaction of these two. The problem becomes more interesting when dealing with pile groups. While the group strengthens the overall lateral load resistance, the interaction between piles may weaken the individual pile resistance - what is known as group effect. There are general recommendations in various design guidelines to quantify the group effect, however, these recommendations are based on limited full-scale field tests and scaled laboratory tests on certain small pile groups. This is where proper numerical modeling can provide significant insight into the mechanism of such interaction, and to the validity of the present extrapolation of the design guideline recommendations to more general pile group conditions. The effect of sliding and separation between soil and pile in non-cohesive soil is one of the various factors that are to be considered in a proper numerical modeling of pile groups subjected to lateral loading. Present study explores this issue. The study is based on a representative three-dimensional continuum modeling approach to simulate the response of pile groups. Special attention is given here to the proper modeling of the pile elements and their interaction with the surrounding nonlinear soil. First, the model is validated using experimental data on a scaled pile group for which centrifuge test data is available. Then, the effect of proper modeling of the soil-pile interface in different rows of the group is quantified through calculation of p-multiplier for each row at different pile head deflections. The study leads to quantitative insights on the effect of this often-neglected aspect of modeling in simulation of lateral response of pile groups.

RÉSUMÉ: Une analyse appropriée des fondations sur pieux soumises à un chargement latéral doit envisager la résistance structurelle du pieu, le comportement non-linéaire du sol environnant et finalement l'interaction réciproque entre les deux. Celle-ci devient plus compliquée quant à l'analyse des groupes de pieux. Même si l'utilisation d'un groupe de pieux semblerait renforcer la résistance globale contre la charge latérale, l'interaction entre les pieux, eux-mêmes, peut affaiblir la résistance du chaque pieu individuel - ce qui est connu par la notion de "l'effet de groupe". Même si plusieurs consignes générales peuvent être trouvées dans des guides de conception, celles-ci sont basées d'une part sur un nombre réduit d'essai sur le terrain et d'autre part sur des essais de laboratoire de certains petits groupes de pieux. C'est ainsi que la modélisation numérique peut aider d'abord à mieux comprendre le mécanisme de l'interaction entre le groupement et le sol et puis de pouvoir valider l'applicabilité de l'extrapolation existante fournie par les guides de conception aux cas de groupe de pieux en général. L'effet de glissement et de séparation entre le sol et le pieu dans un sol non-cohésif est l'un de plusieurs facteurs qui doivent être pris en compte dans une modélisation numérique concernant les groupes de pieux soumis à un chargement latéral. Ceci est étudié dans ce travail. Le travail effectué est basé sur une approche de modélisation 3D des milieux continus afin de calculer la résistance des groupes de pieux. Une attention particulière est portée sur la modélisation des éléments de pieux et aussi sur leur interaction avec le sol environnant de nature non-linéaire. Le modèle est validé en se basant sur des données expérimentales issues d'un groupe de pieux à grande échelle pour lesquels les -pieu sur différentes lignes du groupe est quantifié par le calcul de p-multiplier pour chaque ligne à différentes déviations de la tête du pieu. Cette étude montre des résultats quantitatifs sur l'effet de cet aspect souvent négligé lors de la modélisation de la résistance latérale des groupes de pieux.

Access this article:
Canadian Geotechnical Society members can access to this article, along with all other Canadian Geotechnical Conference proceedings, in the Member Area. Conference proceedings are also available in many libraries.

Cite this article:
M. S. Fayyazi (2016) Soil-pile separation and sliding in 3D simulation of pile groups under lateral loading in GEO2016. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

@article{4183_0721150959,author = M. S. Fayyazi,title = Soil-pile separation and sliding in 3D simulation of pile groups under lateral loading,year = 2016}