Seismic response of displacing and non-displacing retaining systems: new insights

Abstract

This Thesis aims to clarify the Soil Retaining Wall Interaction (Chapter 1) by numerically and analytically examining the seismic response of: (a) Four different types of retaining walls, initially introduced in the centrifuge experiments of Sitar and co-workers; and (b) Three simple gravity wall formats of 12 m and 6 m height, which retain horizontal backfill sand soil. The numerical analyses performed here utilize the Simplified Constitutive (Si Co) plastic model of Anastasopoulos et al. (2011), as described in Chapter 2. The dynamic performance of this soil model is verified numerically against the centrifuge experimental results of Mikola & Sitar (2013) and Wagner & Sitar (2016a), as depicted in the same chapter. An extensive numerical parametric study on gravity walls subjected to seismic excitation is presented, exploring the role of parameters such as: the peak acceleration of the Gabor motion [PGA = 0.2 g, 0.4 g, 0.6 g] in Chapter 4,the period of the Gabor motion [TP = 0.25 s, 0.3 s, 0.5 s, 0.75 s, 1 s] in Chapter 5, the wall base–soil friction coefficient [μ2 = 0.25, 0.333, 0.4, 0.5, 0.667, 1] in Chapter 6, the wall base width [B = 6 m, 8 m, 10 m] in Chapter 7,the accelerogram's polarity in Chapter 8, the type of excitation [idealized wavelets and recorded accelerograms] in Chapter 10,the wall size [H = 12 and 6 m] and density [ρw = 1.5 Mg/m3, 2.5 Mg/m3] in Appendix F. The system’s seismic response can be effectively described only by identifying the soil wedge component (Chapter 9), while important aspects are highlighted by the comparisons of the finite element lateral pressure results with the analytical methods (Chapter 11) of: Mononobe Okabe (M O),Seed & Whitman new modification (S W),EC8 [Annex F (prEN 1998-5:2022E) based on Lancellotta’s (2002, 2007) equations],Mylonakis et al. (2007),Kapila’s (1962) Mononobe-Okabe (M O K),RUIGA (proposed method),Veletsos & Younan (1994b) for inhomogeneous soils (V Y).Lastly, the research introduces: (a) modifications of established equations, for diminishing the peak acceleration value and for calculating parts of the seismic thrusts; (b) a new method for predicting the distribution of the total seismic soil action; and (c) suggestions for possible future research (Chapter 12).

Η Διατριβή αυτή έχει κύριο σκοπό να αποσαφηνίσει την Αλληλεπίδραση Εδάφους Τοίχου Αντιστηρίξεως (Κεφάλαιο 1) εξετάζοντας αριθμητικά και αναλυτικά την σεισμική απόκριση: (α) Τεσσάρων διαφορετικών τύπων τοίχων, αρχικά παρουσιασμένων στα πειράματα φυγοκεντριστή του Sitar και των συνεργατών του· και (β) Τριών απλών μορφών τοίχων βαρύτητας ύψους 12 m και 6 m, που αντιστηρίζουν οριζόντια επίχωση αμμώδους εδάφους. Οι αριθμητικές αναλύσεις που πραγματοποιούνται εδώ χρησιμοποιούν το πλαστικό προσομοίωμα Simplified Constitutive (Si Co) των Anastasopoulos et al. (2011), το οποίο περιγράφεται στο Κεφάλαιο 2. Η δυναμική επίδοση αυτού του εδαφικού προσομοιώματος επαληθεύεται πρώτα αριθμητικά έναντι των αποτελεσμάτων των πειραμάτων φυγοκεντριστή των Mikola & Sitar (2013) και Wagner & Sitar (2016a), όπως αναλύεται στο ίδιο κεφάλαιο. Παρουσιάζεται μία εκτενής αριθμητική παραμετρική έρευνα σε τοίχους βαρύτητας υποκείμενους σε σεισμική εξαίτηση, διερευνώντας τον ρόλο παραμέτρων όπως:την κορυφαία επιτάχυνση της ιδεατής δόνησης Gabor [PGA = 0.2 g, 0.4 g, 0.6 g] στο Κεφάλαιο 4,της δεσπόζουσας περιόδου της δόνησης Gabor [Tp = 0.25 s, 0.3 s, 0.5 s, 0.75 s, 1 s] στο Κεφάλαιο 5, τον συντελεστή τριβής βάσης τοίχου–εδάφους [μ2 = 0.25, 0.333, 0.4, 0.5, 0.667, 1] στο Κεφάλαιο 6, το πλάτος βάσης τοίχου [B = 6 m, 8 m, 10 m] στο Κεφάλαιο 7, την πολικότητα του επιταχυνσιογραφήματος στο Κεφάλαιο 8, τον τύπο της σεισμικής διέγερσης [εξιδανικευμένοι παλμοί και καταγεγραμμένα επιταχυνσιογραφήματα] στο Κεφάλαιο 10. το μέγεθος τοίχου [H = 12 και 6 m] και η πυκνότητα [ρw = 1.5 Mg/m3, 2.5 Mg/m3] στο Παράρτημα F. Σημαντικές πτυχές επισημαίνονται από την εξέταση της εδαφικής σφήνας (Κεφάλαιο 9) και τις συγκρίσεις των οριζόντιων πιέσεων των πεπερασμένων στοιχείων με τις αναλυτικές μεθόδους (Κεφάλαιο 11): Mononobe Okabe (M O),Τροποποίηση των Seed & Whitman (S W),EC8 [Annex F (prEN 1998-5:2022E) βασισμένη στις εξισώσεις του Lancellotta (2002, 2007)], Mylonakis et al. (2007), Mononobe-Okabe του Kapila (1962; M O K),RUIGA (προτεινόμενη μέθοδος), Veletsos & Younan (1994b) για ανομοιογενή εδάφη (V Y).Τέλος, η έρευνα εισάγει: (α) τροποποιήσεις καθιερωμένων εξισώσεων, για την μείωση των τιμών της κορυφαίας επιτάχυνσης και για τον υπολογισμό των κατανομών των σεισμικών ωθήσεων· (β) μία νέα μέθοδο για την πρόβλεψη της κατανομής της ολικής σεισμικής εδαφικής δράσης· και (γ) προτάσεις για πιθανή μελλοντική έρευνα (Κεφάλαιο 12).