Numerical modelling of soft soil stabilized by vertical drains, combining surcharge and vacuum preloading for a storage yard

摘要

This paper presents a finite element analysis of a case study of a combined vacuum and surcharge load through prefabricated vertical drains (PVD) at a storage yard at Port of Tianjin, China. The top 15 m of soil at this site was very soft to soft and needed to be improved using preloading surcharges of more than 140 kPa. To avoid any stability problems associated with a high surcharge embankment, 80 kPa vacuum pressure combined with fill surcharge was applied (40 and 58 kPa for sections I and II, respectively). A plane strain analysis was performed using equivalent permeability and transformed unit-cell geometry. The converted (equivalent) parameters were incorporated in the finite element code ABAQUS, using the modified Cam-Clay theory. The performance of a trial embankment at the site of the storage yard is predicted on the basis of a constant vacuum pressure applied on the soil surface and distributed along the length of the drain. The predictions of settlement, pore-water pressure, and lateral displacement were compared with the available field data, and an acceptable agreement was found based on this numerical approach. The combination of vacuum and surcharge load can effectively shorten the preloading period, reduce the height of the embankment, and counterbalance excessive lateral displacements.Key words: consolidation, finite element analysis, plane strain method, soil improvement, vertical drains.Cet article présente une analyse en éléments finis d'une histoire de cas de surcharge par chargement combiné avec le vide au moyen de drains verticaux préfabriqués (PVP) pour une cours d'entreposage dans le Port de Tianjin, Chine. Les 15 m supérieurs sur ce site étaient constitués de sols mous à très mous qui devaient être améliorés au moyen de préchargements par surcharges de plus de 140 kPa. Pour éviter tout problème de stabilité associé à un fort remblai de surcharge, on a appliqué une pression de vide de 80 kPa combinée à un remblai de surcharge (40 et 58 kPa pour les sections I et II, respectivement). On a réalisé une analyse en déformation plane en utilisant une perméabilité équivalente et une géométrie d'unités de cellules transformées. Les paramètres (équivalents) convertis ont été incorporés dans le code d'éléments finis ABAQUS, en utilisant la théorie modifiée Cam-Clay. La performance d'un remblai d'essai sur le site de la cours d'entreposage est prédite sur la base d'une pression de vide constante appliquée sur la surface du sol et distribuée sur la longueur du drain. On a comparé les prédictions du tassement, de la pression interstitielle et du déplacement latéral avec les données de terrain disponibles, et on a trouvé une concordance acceptable sur la base de l'approche numérique. La combinaison de surcharge par le vide et par le poids peut raccourcir appréciablement la période de préchargement, réduire la hauteur du remblai et contrebalancer les déplacements latéraux excessifs.Mots-clés : onsolidation, analyse par éléments finis, méthode de déformation plane, amélioration du sol, drains verticaux.[Traduit par la Rédaction]