THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL MODELING OF EMBANKMENT SUPPORTED WITH DEEP MIXING COLUMNS: A PARAMETRIC STUDY
Abstract
Deep mixing method (DSM) is the process of improving the soil in situ by mixing natural soil with binder materials. Within the scope of this study, a three-dimensional (3D) numerical model was created using the data of an article in the literature for an embankment constructed on a soft soil improved with deep mixing columns in Thailand. The numerical model created was first verified using the data in the article. Then, a parametric study was carried out on this model. In this context, models with different area replacement ratios were created and analyses were made. For columns of different diameters with the same area replacement ratio, settlements under different embankment loads and stresses on the columns and the soil were investigated. Analyses were also carried out to evaluate the effect of the different elasticity modulus values for DSM columns. It was seen that the vertical displacement values in the system decreased with the increase in the area replacement ratio and the vertical displacements with the same area replacement ratio gave similar results. Vertical stresses on the columns increased significantly with the increase of the embankment load. It was observed that smaller displacement occurred with the increase in the elasticity modulus values of the deep mixing columns. Since the modulus values assigned for DSM columns affected the settlement values, evaluations and recommendations were made.
Project Number
KGM-ARGE/2019-8
References
- Arulrajah, A., Abdullah, A., Bo, M. W. & Bouazza, A. (2009). Ground improvement techniques for railway embankments. Proc Inst Civil Eng.
- Bruce, M. E. C., Berg, R. R., Collin, J. G., Filz, G. M., Terashi, M. & Yang, D. S. (2013). Federal Highway Adm. design manual: deep mixing for embankment and foundation support. (No. FHWA-HRT-13-046.)
- Chai, J. C., Liu, S. Y. & Du, Y.J. (2002). Field properties and settlement calculation of soil cement improved soft ground – a case study. Lowland Technol Int, 4(2), 51–8.
- Çınar, F. T., Keleşoğlu, M. K., Bozbey, İ. & Gökgöz, A. (2017). Derin karıştırma ile iyileştirme seviyesini etkileyen faktörlerin nümerik olarak incelenmesi. 3. International Soil-Structure Interaction Symposıum, İzmir, 519-530.
- Dahlström, M. (2013). Dry soil mixing. In: Kirsch K, Bell A, editors, Ground improvement, London, UK: CRC Press Taylor & Francis Group, 482–5.
- FHWA (2013). Federal Highway Administration Design Manual: Deep Mixing for Embankment and Foundation Support, FHWA-HRt-13-046.
- Han, J. & Gabr, M. A. (2002). Numerical analysis of geosynthetic reinforced and pile supported earth platforms over soft soil. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 128 (1), 44–53.
- Han, J., Zhou, H. T. & Ye, F. (2002). State of practice review of deep soil mixing techniques in China. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, 1808(1), Washington, DC, 49–57.
- Jamsawang, P., Yoobanpot, N., Thanasisathit, N., Voottipruex, P., & Jongpradist, P. (2016). Three-dimensional numerical analysis of a DCM column-supported highway embankment. Computers and Geotechnics, https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2015.11.006
- Jiang, Y., Han, J. & Zheng, G. (2014). Numerical analysis of a pile-slab-supported railway embankment. Acta Geotech, 9:499–511.
- Lawson, C. H., Spink, T. W., Crawshaw, J. S., & Essler, R. D. (2005). Verification of dry soil mixing at Port of Tilbury, UK. In: Proceedings of the international conference on deep mixing best practice and recent advances, May 23-25, Stockholm, Sweden, 453–462.
- Madhyannapu, R. S. & Puppala, A. J. (2014). Design and Construction Guidelines for Deep Soil Mixing to Stabilize Expansive Soils. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 10.1061/ (ASCE)GT.1943- 5606.0001149, 01-15.
- Ohdaira, H., Hashimoto, H., Gotoh, K. & Nozu, M. (2002). Observation results for the embankment on soft ground improved by DJM, Tsuchi-to-kiso, 31–3 [in Japanese].
- Pye, N., O´ Brien, A., Essler, R. D. & Adams, D. (2012). Deep dry soil mixing to stabilize a live railway embankment across Thrandestone Bog. In: Proceedings from the international conference on grouting and deep mixing, February 16–18, New Orleans, Louisiana, United States.
- Tan, S. A., Tjahyono, S. & Oo, K. K. (2008). Simplified plane-strain modelling of stone-column reinforced ground, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, 134 (2), 185-194.
- Topolnicki, M. (2004). In situ soil mixing. In: Moseley MP, Kirsch K, editors. Ground Improvement, New York, USA: Spon Press, 331–423.
DERİN KARIŞTIRMA KOLONLARI İLE DESTEKLİ YOL DOLGUSUNUN ÜÇ BOYUTLU SAYISAL MODELLEMESİ: PARAMETRİK ÇALIŞMA
Abstract
Derin karıştırma yöntemi (DSM), doğal zeminin bağlayıcı malzemeler ile karıştırılarak zeminin yerinde iyileştirilmesi işlemidir. Bu çalışma kapsamında literatürde yer alan, Tayland’da derin karıştırma kolonları ile iyileştirilmiş yumuşak bir zemin üzerine inşa edilen dolgu ile ilgili bir makale verileri kullanılarak üç boyutlu (3D) sayısal bir model oluşturulmuştur. Oluşturulan sayısal model öncelikle makalede yer alan veriler kullanılarak doğrulanmıştır. Daha sonra bu model üzerinde parametrik bir çalışma yürütülmüştür. Bu kapsamda farklı alan değiştirme oranlarına sahip modeller oluşturulmuş ve sayısal analizler yapılmıştır. Ayrıca aynı alan değiştirme oranına sahip farklı çaptaki kolonlar kullanılması durumunda farklı dolgu yükü altında oluşan oturmalar, kolonlara ve zemine gelen gerilmeler incelenmiştir. DSM kolonları için kullanılan elastisite modülündeki değişimin iyileştirme üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi için de analizler yapılmıştır. Analizler sonucunda alan değiştirme oranının artması ile dolguda meydana gelen düşey deplasman değerlerinin azaldığı ve aynı alan değiştirme oranına sahip modellerde meydana gelen düşey deplasmanların birbirine yakın sonuçlar verdiği görülmüştür. Dolgu yükünün artması ile kolonlara gelen düşey gerilmelerin büyük ölçüde arttığı görülmüştür. Derin karıştırma kolonlarına ait elastisite modülü değerlerinin artması ile sistemde daha az deplasman oluştuğu görülmüştür. DSM kolonları için atanan modül değerlerinin oturma değerlerini önemli seviyede etkilemesi nedeniyle, bu konu ile ilgili değerlendirmeler ve öneriler yapılmıştır.
Supporting Institution
Karayolları Genel Müdürlüğü, Ar-Ge Daire Başkanlığı
Project Number
KGM-ARGE/2019-8
Thanks
Bu çalışma; Fatma Tuğçe ÇINAR ÖZKAN’ın İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa, Lisansüstü Eğitim Enstitüsü’nde yaptığı doktora tezi kapsamında, Prof. Dr. İlknur BOZBEY’in Karayolları Genel Müdürlüğü, Ar-Ge Daire Başkanlığı ile yürüttüğü KGM-ARGE/2019-8 proje numaralı, “Derin KarıştırmaYönteminde Elde Edilen İyileştirilmiş Zemin Özelliklerinin Laboratuvar ve Arazi Şartlarında Tayini ve Derin Karıştırma Şartnamesi Hazırlanması” başlıklı proje kapsamında yapılmıştır. Tüm destekleri için Karayolları Genel Müdürlüğü, Ar-Ge Daire Başkanlığı’na teşekkür ederiz. Bu çalışma kapsamında elde edilen veriler Karayolları Genel Müdürlüğü, Ar-Ge Daire Başkanlığı’nın resmi görüşü değildir.
References
- Arulrajah, A., Abdullah, A., Bo, M. W. & Bouazza, A. (2009). Ground improvement techniques for railway embankments. Proc Inst Civil Eng.
- Bruce, M. E. C., Berg, R. R., Collin, J. G., Filz, G. M., Terashi, M. & Yang, D. S. (2013). Federal Highway Adm. design manual: deep mixing for embankment and foundation support. (No. FHWA-HRT-13-046.)
- Chai, J. C., Liu, S. Y. & Du, Y.J. (2002). Field properties and settlement calculation of soil cement improved soft ground – a case study. Lowland Technol Int, 4(2), 51–8.
- Çınar, F. T., Keleşoğlu, M. K., Bozbey, İ. & Gökgöz, A. (2017). Derin karıştırma ile iyileştirme seviyesini etkileyen faktörlerin nümerik olarak incelenmesi. 3. International Soil-Structure Interaction Symposıum, İzmir, 519-530.
- Dahlström, M. (2013). Dry soil mixing. In: Kirsch K, Bell A, editors, Ground improvement, London, UK: CRC Press Taylor & Francis Group, 482–5.
- FHWA (2013). Federal Highway Administration Design Manual: Deep Mixing for Embankment and Foundation Support, FHWA-HRt-13-046.
- Han, J. & Gabr, M. A. (2002). Numerical analysis of geosynthetic reinforced and pile supported earth platforms over soft soil. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 128 (1), 44–53.
- Han, J., Zhou, H. T. & Ye, F. (2002). State of practice review of deep soil mixing techniques in China. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board, 1808(1), Washington, DC, 49–57.
- Jamsawang, P., Yoobanpot, N., Thanasisathit, N., Voottipruex, P., & Jongpradist, P. (2016). Three-dimensional numerical analysis of a DCM column-supported highway embankment. Computers and Geotechnics, https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2015.11.006
- Jiang, Y., Han, J. & Zheng, G. (2014). Numerical analysis of a pile-slab-supported railway embankment. Acta Geotech, 9:499–511.
- Lawson, C. H., Spink, T. W., Crawshaw, J. S., & Essler, R. D. (2005). Verification of dry soil mixing at Port of Tilbury, UK. In: Proceedings of the international conference on deep mixing best practice and recent advances, May 23-25, Stockholm, Sweden, 453–462.
- Madhyannapu, R. S. & Puppala, A. J. (2014). Design and Construction Guidelines for Deep Soil Mixing to Stabilize Expansive Soils. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 10.1061/ (ASCE)GT.1943- 5606.0001149, 01-15.
- Ohdaira, H., Hashimoto, H., Gotoh, K. & Nozu, M. (2002). Observation results for the embankment on soft ground improved by DJM, Tsuchi-to-kiso, 31–3 [in Japanese].
- Pye, N., O´ Brien, A., Essler, R. D. & Adams, D. (2012). Deep dry soil mixing to stabilize a live railway embankment across Thrandestone Bog. In: Proceedings from the international conference on grouting and deep mixing, February 16–18, New Orleans, Louisiana, United States.
- Tan, S. A., Tjahyono, S. & Oo, K. K. (2008). Simplified plane-strain modelling of stone-column reinforced ground, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, 134 (2), 185-194.
- Topolnicki, M. (2004). In situ soil mixing. In: Moseley MP, Kirsch K, editors. Ground Improvement, New York, USA: Spon Press, 331–423.
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Civil Engineering |
| Journal Section | Civil Engineering |
| Authors | |
| Project Number | KGM-ARGE/2019-8 |
| Publication Date | September 3, 2023 |
| Submission Date | December 1, 2022 |
| Published in Issue | Year 2023 |