TY - GEN
T1 - Pile penetration in crushable soils
T2 - 17th European Conference on soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ECSMGE 2019)
AU - Ciantia, Matteo
AU - O’Sullivan, C.
AU - Jardine, Richard J.
PY - 2019/9/5
Y1 - 2019/9/5
N2 - A 3D discrete element model (DEM) was used to simulate calibration chamber experiments of a cone shaped tip pile penetrating into crushable granular media. Both monotonic and cyclic jacking are considered. Particle crushing is simulated by employing a rigorous breakage criterion applied to elasto-brittle spheres. Particle scaling is used to limit the number of particles considered and it is shown that, above a threshold limit, the penetration curves become scale independent, provided a scalable crushing model is used. The particle crushing model parameters were calibrated by matching triaxial and one-dimensional compression tests. The DEM model could capture the stress measurements made around a model pile during and after its penetration into sand relatively well. The particle-scale mechanics that underlie the observed macroscopic responses are analysed, placing emphasis on the distribution of crushing events around the pile tip and distributions of particle stresses and forces around the shaft. Comparing simulations made with crushable and uncrushable grains, and analysing the particle displacement fields, provides insights into one of the mechanisms proposed for the well-known, yet not fully understood, marked shaft capacity increases developed over time by piles driven in sands.RÉSUMÉ:Un modèle 3D d'éléments discrets (DEM) est utilisé pour prédire les expériences en chambre d'étalonnage de la pénétration de cônes et de pieux dans des supports pouvant être écrasés, à la fois par fonçage monotone et cyclique. Un modèle de broyage de particules basé sur un critère de rupture rigoureux pour les sphères élasto-fragiles est utilisé. Une mise à l'échelle des particules est réalisée pour limiter le nombre total de particules. Il est montré qu'au-delà d’un nombre minimum de particules, les courbes de pénétration deviennent indépendantes de leur taille, à condition qu'un modèle de broyage évolutif soit utilisé. Le modèle, calibré en faisant correspondre les tests de compression triaxiale et unidimensionnelle, fournit de bonnes prévisions pour les mesures de contrainte effectuées lors d’essais de pieux, pendant et après les phases de pénétration. Les caractéristiques micromécaniques expliquant les réponses macroscopiques observées sont analysées. Il s’agit notamment d’identifier la répartition de l’intensité de broyage autour de la pointe du pieu et d’analyser en détail les contraintes exercées par les particules et les chaînes de force autour du fût du pieu. La comparaison de simulations réalisées avec ou sans grains broyables, ainsi que l'analyse des champs de déplacement de particules, offrent une explication possible de l'impact bien connu, mais pas encore bien compris, du vieillissement sur la capacité du fût de pieux battus dans le sable.
AB - A 3D discrete element model (DEM) was used to simulate calibration chamber experiments of a cone shaped tip pile penetrating into crushable granular media. Both monotonic and cyclic jacking are considered. Particle crushing is simulated by employing a rigorous breakage criterion applied to elasto-brittle spheres. Particle scaling is used to limit the number of particles considered and it is shown that, above a threshold limit, the penetration curves become scale independent, provided a scalable crushing model is used. The particle crushing model parameters were calibrated by matching triaxial and one-dimensional compression tests. The DEM model could capture the stress measurements made around a model pile during and after its penetration into sand relatively well. The particle-scale mechanics that underlie the observed macroscopic responses are analysed, placing emphasis on the distribution of crushing events around the pile tip and distributions of particle stresses and forces around the shaft. Comparing simulations made with crushable and uncrushable grains, and analysing the particle displacement fields, provides insights into one of the mechanisms proposed for the well-known, yet not fully understood, marked shaft capacity increases developed over time by piles driven in sands.RÉSUMÉ:Un modèle 3D d'éléments discrets (DEM) est utilisé pour prédire les expériences en chambre d'étalonnage de la pénétration de cônes et de pieux dans des supports pouvant être écrasés, à la fois par fonçage monotone et cyclique. Un modèle de broyage de particules basé sur un critère de rupture rigoureux pour les sphères élasto-fragiles est utilisé. Une mise à l'échelle des particules est réalisée pour limiter le nombre total de particules. Il est montré qu'au-delà d’un nombre minimum de particules, les courbes de pénétration deviennent indépendantes de leur taille, à condition qu'un modèle de broyage évolutif soit utilisé. Le modèle, calibré en faisant correspondre les tests de compression triaxiale et unidimensionnelle, fournit de bonnes prévisions pour les mesures de contrainte effectuées lors d’essais de pieux, pendant et après les phases de pénétration. Les caractéristiques micromécaniques expliquant les réponses macroscopiques observées sont analysées. Il s’agit notamment d’identifier la répartition de l’intensité de broyage autour de la pointe du pieu et d’analyser en détail les contraintes exercées par les particules et les chaînes de force autour du fût du pieu. La comparaison de simulations réalisées avec ou sans grains broyables, ainsi que l'analyse des champs de déplacement de particules, offrent une explication possible de l'impact bien connu, mais pas encore bien compris, du vieillissement sur la capacité du fût de pieux battus dans le sable.
KW - Discrete-element modelling
KW - Piles
KW - Particle crushing/crushability
KW - Stress path
KW - Stress analysis
U2 - 10.32075/17ECSMGE-2019-1111
DO - 10.32075/17ECSMGE-2019-1111
M3 - Conference contribution
SN - 978-9935-9436-1-3
BT - Proceedings of the XVII ECSMGE-2019
PB - International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering
Y2 - 1 September 2019 through 6 September 2019
ER -