Numerical Modelling of Oblique Pipe–Soil Interaction in Dense Sand

MD Anan Morshed, Kshama Roy, Bipul Hawlader, Ashutosh Sutra Dhar

In the proceedings of: GeoEdmonton 2018: 71st Canadian Geotechnical Conference; 13th joint with IAH-CNC

Session: Soil Mechanics and Foundations (Numerical Analysis II)

ABSTRACT: Pipesoil interaction during large ground displacements is typically simulated using nonlinear soil springs aligned in three orthogonal directions with respect to the longitudinal axis of the pipeline. However, recent studies have indicated that in complex pipesoil interaction events (e.g. lateral-vertical direction), assuming no interaction between the loads applied to the pipeline in different directions does not truly represent the field condition and therefore, an advanced numerical modelling is required. Finite element (FE) analysis of oblique (lateral-vertical) pipesoil interaction for pipe buried in dense sand is presented in this paper. Two soil constitutive models, the MohrCoulomb (MC) model with constant angles of internal friction and dilation, and a Modified MohrCoulomb (MMC) model with pre-peak hardening, post-peak softening, density and confining pressure dependent friction and dilation angles, are considered. The FE analyses are performed using the Arbitrary Lagrangian Eulerian approach available in Abaqus/Explicit FE software. Results show a significant difference in the peak oblique resistance for different loading angles. Shear band formation due to strain localization for different loading angles is discussed from the simulations with both the MC and MMC models. FE results show that the MMC model can better simulate the oblique pipesoil interaction event than the MC model.

RÉSUMÉ: L'interaction tuyau-sol lors de grands déplacements du sol est généralement simulée en utilisant des ressorts de sol non linéaires alignés dans trois directions orthogonales par rapport à l'axe longitudinal du pipeline. Cependant, des études récentes ont indiqué que dans les événements complexes d'interaction tuyau-sol (ex. Direction verticale-latérale), si aucune interaction entre les charges appliquées dans différentes directions ne représente vraiment l'état du champ, une modélisation numérique avancée est nécessaire. Champs obligatoires. L'analyse par éléments finis (EF) de l'interaction tuyau-sol oblique (latéral-vertical) pour un tuyau enfoui dans du sable dense est présentée dans cet article. Deux modèles constitutifs du sol, le modèle Mohr-Coulomb (MC) avec des angles constants de frottement interne et de dilatation, et un modèle Mohr-Coulomb (MMC) modifié avec durcissement pré-pic, adoucissement post-pic, densité et friction dépendante de la pression angles de dilatation, sont considérés. Les analyses FE sont effectuées en utilisant l'approche Eulérienne Lagrangienne Arbitraire disponible dans le logiciel Abaqus / Explicit FE. Les résultats montrent une différence significative dans la résistance oblique de crête pour différents angles de charge. La formation de la bande de cisaillement due à la localisation de la contrainte pour différents angles de charge est discutée à partir des simulations avec les modèles MC et MMC. Les résultats de FE montrent que le modèle MMC peut mieux simuler l'événement d'interaction oblique tuyau-sol que le modèle MC.

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