A finite element performance-based approach to correlate movement of a rigid retaining wall with seismic earth pressure

Abstract

The paper presents a unique finite element model-based investigation and development of a relationship between the seismic active and passive earth pressure and the movement of a rigid retaining wall. A hardening soil with small strain model with consideration of the Rayleigh damping has been adopted for modelling soil. Validation of the finite element model has been carried out by using centrifuge test results already available in the literature. Unique design charts have been proposed highlighting the relationship between the seismic earth pressure and the wall movement. It is observed that the seismic active earth pressure is independent of the seismic input motion and hence does not depend upon the wall movement during an earthquake, while on the contrary the seismic passive earth pressure is significantly affected by it. Comparison of the results of the present study with the Mononobe-Okabe and pseudo-dynamic methods clearly highlights that the latter overestimates the seismic earth pressure. The proposed design charts and other results provide an important cue to the design engineers.

Finite-Element Study for Seismic Structural and Global Stability of Cantilever-Type Retaining Walls

“…Notionally, the vertical seismic acceleration may contribute to the vertical seismic inertia and, as a consequence, may slightly affect the performance response of the cantilever-type retaining wall. However, arguments of several past studies (like Green et al 2008;Cakir 2013;Kloukinas et al 2015;and Jo et al 2017) as well as that of Bakr and Ahmad (2018a) suggest that it is primarily the horizontal seismic acceleration that contributes to the seismic earth pressure force and affects the stability of a retaining wall. The same has been observed through the results of the present study as well as shown later in the results section of this paper.…”

“…For a seismic case, the force-based Mononobe Okabe (M-O) method (Mononobe and Matsuo 1929)-a method primarily based on Coulomb's earth pressure theory (Coulomb 1776)-is widely used to estimate seismic earth pressure for the retaining walls. Although the M-O method is a very straightforward method to use, it has a limitation of not replicating, and hence simulating, the real field behavior and, therefore, at times overestimating the seismic earth pressure (e.g., Nakamura 2006; Al Atik and Sitar 2009;Jo et al 2017;Bakr and Ahmad 2018a). Extensive efforts have been made to study the seismic earth pressure behind a rigid retaining wall (e.g, Choudhury and Katdare 2013;Tang et al 2014;Dey et al 2017;Zhou et al 2018;Rajesh and Choudhury 2017), whereas little attention has been paid to investigate the development of seismic earth pressure behind a cantilever-type retaining wall.…”

Μελέτη Της Σεισμικής Συμπεριφοράς Τοίχων Εδαφικής Αντιστήριξης Τύπου Βαρύτητας

“…Η ανωτέρω διαπίστωση βρίσκεται σε απόλυτη συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα των Sitar and Wagner (2015), Wagner and Sitar (2016), Candia et al (2016) και Wagner et al (2017) που αναφέρθηκαν στη βιβλιογραφική ανασκόπηση, οι οποίοι χρησιμοποιούν τις ακόλουθες εκφράσεις σχετικά με την ενδεχόμενη μείωση της σεισμικής ώθησης: "πολύ μικρή αλλά μετρήσιμη μείωση", "πολύ μικρή μείωση της σεισμικής ώθησης", "δεν παρατηρείται διαφοροποίηση μεταξύ συνεκτικής και μη-συνεκτικής επίχωσης", "δεν μειώνονται οι σεισμικές ωθήσεις, αλλά προκύπτουν περίπου ίδιες" και "έχει μικρή επιρροή στις σεισμικές ωθήσεις". ∆ιαπιστώνεται επίσης εντυπωσιακή συμφωνία με πρόσφατα δημοσιευμένα αποτελέσματα αριθμητικών αναλύσεων (Bakr and Ahmad ,2018).…”

“…(10) Για τοίχους μικρού έως μέτριου ύψους (μέχρι 4.0m) -για το εύρος τιμών συνοχής της εδαφικής επίχωσης (0 έως 50kPa) που εξετάστηκαν -οι αναλύσεις υποδεικνύουν ότι το μέγεθος της μέγιστης συνολικής σεισμικής εδαφικής ώθησης δεν εξαρτάται από την ένταση της σεισμικής διέγερσης, αλλά παραμένει (πρακτικά) σταθερό για όλες τις τιμές της συνοχής. Αυτό το συμπέρασμα βρίσκεται σε πλήρη συμφωνία με δημοσιευμένα πειραματικά αποτελέσματα (Sitar and Wagner, 2015, Wagner and Sitar, 2016και Wagner et al, 2017 καθώς και αποτελέσματα αριθμητικών διερευνήσεων (Bakr and Ahmad, 2018). Είναι προφανές ότι ο σχεδιασμός των συγκεκριμένων κατασκευών με βάση το μέγεθος της σεισμικής δράσης γίνεται μη-ρεαλιστικός και αντιοικονομικός συγκρινόμενος με τον σχεδιασμό με βάση τις σεισμικές μετακινήσεις (επιτελεστικότητα).…”

“…6-5 έως 6-8) σε σχέση με την προσεισμική τιμή της (καθώς η τιμή της παραμένουσας σεισμικής προσαύξησης προκύπτει με αρνητικό πρόσημο). Η ανώτερω παρατήρηση βρίσκεται σε συμφωνία με τα δημοσιευμένα αποτελέσματα των Bakr and Ahmad (2018).…”