The effects of prolonged periods of infiltration on the stability of the slopes of a dry ash dump are examined. The ash, which is placed by stackers, comes to rest at slope angles that are steeper than those predicted by conventional slope stability analyses using effective stress strength parameters. It is shown that the additional strength required to ensure stability of the ash dump slopes is provided by matric suction developed in the unsaturated ash. Infiltration of rainfall into the slopes can reduce the suction sufficiently to trigger shallow slope failures. Two methods for analysing this problem, an approximate method based on statistical rainfall records together with a simplified approach to simulating the rate of infiltration into a slope, and a more rigorous finite element approach, are discussed. Although the approximate method is more conservative than the finite element method, the results are similar and illustrate the importance of accurately quantifying the contribution of matric suction to the shear strength of an unsaturated soil when considering slope stability problems. The relevance of antecedent infiltration on the susceptibility of a slope to rainfallinduced instabilities is highlighted, and a strategy to take account of this factor is suggested. Nous examinons l'effet de pluies prolongées sur la stabilité des pentes d'un terril de cendre sèche. La cendre, qui est amenée par les engins emplileurs, se dépose en formant des déclivités plus abruptes que celles prévues dans les analyses de stabilité de pente conventionnelles utilisant des paramètres effectifs de resistance à la contrainte. Nous montrons que la résistance additionnelle nécessaire pour assurer la stabilité des pentes d'un terril de cendre est donnée par la succion matrique développée dans la cendre partiellement saturée. L'infiltration des pluies dans les pentes peut suffisamment réduire la succion pour déclencher des ruptures dans les pentes peu profondes. Nous examinons deux méthodes pour analyser ce probl&graveme: une méthode approximative basée sur les statistiques de pluviosité, employée avec une simulation simple du taux d'infiltration dans une pente; et une méthode d'éléments finis, plus rigoureuse. Bien que la méthode approximative soit plus conservatrice que la méthode d'élément finis, les résultats sont similaires et illustrent l'importance de bien quantifier l'influence de la succion matrique sur la résistance au cisaillement d'un sol partiellement saturé en ce qui concerne les problèmes de stabilité de pente. Nous montrons que les taux de pluviosité passés ont une grande influence sur la propension des pentes à se déstabiliser et nous suggérons une stratégie permettant de prendre en compte ce facteur.
The design of propped retaining walls is currently based on approximate limit equilibrium calculations. A factor of safety is used to ensure adequate stability and to restrict soil and wall movements to acceptable levels. No distinction is made for the type of construction, whether excavated or backfilled, or of the stress state in the soil prior to construction. In this Paper the finite element method is employed to investigate the influence of type of construction and of initial stress in the soil on the behaviour of single propped retaining walls. An elasto-plastic constitutive law is used to model the soil behaviour and a rigid prop is assumed to act at the top of the wall. The results of the investigation indicate that for excavated walls in soils with a high initial K0 value prop forces and wall bending moments greatly exceed those predicted by current design methods. In addition large soil and wall movements are experienced even at shallow depths of excavation. The behaviour is dominated by the vertical unloading caused by the excavation process and large movements still occur even if the wall is fully restrained from horizontal movement. For backfilled and excavated walls in soils with a low K0 value the analyses indicate that the displacements are much smaller in magnitude and that the approximate limit equilibrium calculations produce conservative values of prop force and bending moments. The results of the investigation have serious practical implications for diaphragm or secant pile walls installed in stiff over-consolidated clay with high K0 values. A présent la construction des murs de souténement étayes est basée sur des calculs approximatifs de l'équilibre limite. Un coefficient de sécurité est appliqué pour assurer une stabilité suffisante et pour réduire les mouvements du sol et du mur à des niveaux accepta-bles. On ne fait aucune distinction entre une construction excavée et une construction remblayée, et l'ttat de contrainte dans lequel le sol se trouve ne joue aucun rôle. Dans la méthode décrite dans cet article des éléments finis sont utilisés pour étudier l'influence du type de construction et de la contrainte initiale dans le sol sur le comportement de murs de soutènement étayés individuels. On se sert d'une loi constitutive élasto-plastique pour modéliser le comportement du sol, en admettant qu'un étai rigide est disposé en haut du mur. Les résultats de cette étude indiquent que dans le cas de murs excavés dans des sols avant une valeur K0 initiale élevée les forces dans les étais et les moments de flexion dépassent largement ceux prédits par les méthodes couramment employées dans la construction. De plus, des mouvements de sol et de mur considérables sont trouvés même à de petites profondeurs d'excavation. Le comportement est régi par le déchargement vertical causé par le travail d'excavation et des mouvements considérables ont encore lieu, même si le mur est complètement empêché de faire aucun mouvement horizontal. En ce qui concerne les murs remblayés et excavés dans des sols ayant une valeur K0 réduite les analyses indiquent que les déplacements sont beaucoup moindres et que les calculs approximatifs d'équilibre limite donnent des valeurs minimales des forces dans les étais et des moments de flexion. Les résultats de l'étude ont des conséquences pratiques importantes pour les mur type parois ou pieux ou sécantes installés dans des argiles surconsolidées rigides ayant des valeurs K0 élevées.
When designing any earth retaining structure it is necessary to estimate the limiting earth pressures. This is usually achieved by assuming a linear pressure distribution and by using active and passive pressure coefficients obtained by either limit equilibrium, stress field solutions or limit analysis. These coefficients are approximate in a theoretical sense, do not distinguish between modes of wall movement, and provide no pre-failure information. In practice, wall movements are dependent on the construction method and support conditions provided. Any effect of such movements on earth pressures is therefore of practical interest. In this paper the finite element method is used to investigate the effect of the mode of wall movement on the generation of earth pressure. Both smooth and rough walls are considered. It is shown that the distribution of earth pressure is highly dependent on the assumed mode of deformation. The resultant forces on the wall are also affected, but to a lesser degree. The effect of soil dilatation, the initial horizontal stress and the distribution of soil stiffness with depth are also examined.
Laboratory tests to determine the permeability and retention characteristics of soil-geotextile systems are usually carried out with the geotextile in an unstressed state. A limited amount of work has been done on the effect of a compressive stress applied normal to the plane of the geotextile. However, there appears to be no information on the effect of in-plane tensile stresses, despite the fact that in many field applications geotextiles will be subjected to stresses of this nature. Geotextile permeability and retention results are presented in this paper for two different modes of tensile deformation of a geotextile: out-of-plane deformation associated with uniform multi-axial stresses; and in-plane deformation caused by the application of a uniaxial stress. The results illustrate the extreme importance of tensile stresses on the soil filtration characteristics of a geotextile. Out-of-plane deformations result in a greater loss of solid particles through the geotextile compared with unstressed geotextile specimens, whereas in-plane uniaxial deformations are associated with reductions in the permeability of the soil-geotextile system.
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