Critical height of an unsupported vertical trench in an unsaturated sand

Adin Richard, Gregory Brennan, Won Taek Oh, Vitus Ileme

In the proceedings of: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Unsaturated Soils II

ABSTRACT: Geotechnical, mining, tunneling and geo-environmental infrastructure activities are often initiated by excavating trenches. Since trench failures can cause loss of life and consequential damage to adjacent properties, trenches should be designed with extreme precaution. Typically, trenches are excavated into unsaturated soils; therefore, trench stability is significantly affected by the matric suction distribution profile between the soil surface and the groundwater table. Especially in the case where a geotechnical engineer intends to excavate a trench to a certain depth without support (i.e. shores), it is essential to reliably estimate the critical height of a trench (i.e. maximum depth of a trench that can be excavated without failure) by considering the matric suction distribution profile. In the present study, an attempt is made to determine the critical height of an unsupported vertical trench in an unsaturated sand for various matric suction distribution profiles. Critical heights were estimated using geotechnical modelling software (i.e. SLOPE/W in association with SIGMA/W) and by calculation using an extended Rankine™s theory of active earth pressure. Les activités d'infrastructure géotechnique, minière, tunnel et de géo-environnement sont souvent déclenchées par l'excavation des tranchées. Étant donné que les défauts de tranchée peuvent causer une perte de vie et des dommages aux propriétés adjacentes, les tranchées doivent être conçues avec une précaution extrême. Typiquement, les tranchées sont creusées dans des sols non-saturés; par conséquent, la stabilité des tranchées est sensiblement affectée par le profil de répartition de l'aspiration entre la surface du sol et la nappe phréatique. Surtout dans le cas où un ingénieur géotechnique a l'intention de creuser une tranchée à une certaine profondeur sans appui (c.-à-d. non blindées, étrésillonnées ou étayées), il est essentiel d'estimer de manière fiable la hauteur critique d'une tranchée (c.-à-d. la profondeur maximale d'une tranchée qui peut être excavée sans échec) en considérant le profil de distribution d'aspiration. Dans la présente étude, on tente de déterminer la hauteur critique d'une tranchée verticale non-supportée dans un sable non-saturé pour différents profils de distribution d'aspiration. Les hauteurs critiques ont été estimées à l'aide d'un logiciel de modélisation (SLOPE/W en association avec SIGMA/W) et par calcul en utilisant une extension de la théorie de Rankine.

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