Behaviour of diaphragm walls in clay prior to collapse
Authors: Bolton M. D. , Powrie W. 
Published: October 2009

Centrifuge model tests have been used in an attempt to gain a coherent view of the soil-structure interaction behaviour following the excavation of soil in front of a pre-constructed wall. Excavation was simulated by the removal of a suitably heavy fluid from a preformed cavity. The broad replication of stress magnitudes and stress paths permitted the full representation of wall deformation, soil strain and swelling, completing a 50 year full-scale lifespan in under 24 hours of continuous centrifuging. Measurements were made of soil displacement vectors, pore water pressures, wall displacements and bending moments together with forces in props when they were present. These have made possible the validation of simplified ‘geostructural mechanisms’ which offer the same degree of advantage to the designer as does the idealization of heam behaviour encapsulated in engineer's beam theory. A serviceability criterion for soil or wall displacements can be entered into simplified admissible strain fields appropriate to the kinematic constraints so that the effective mobilized soil strain in the major zones of soil deformation can be deduced. This can lead, through triaxial or plane strain test data, to the selection of a mobilized soil strength and thence to an equilibrium analysis of the wall, from which unknowns such as the required wall penetration and bending strength and the required prop force can be determined. This approach leads to the evaluation of a design in terms of the chosen displacement criterion and avoids the question of defining or calculating a ‘factor of safety’. Safety can be judged against separate collapse criteria, linked to the establishment of severe but realistic combinations of influences.

Des essais sur modèles en centrifugeuse furent employés pour une étude approfondie du comportement d'interaction sol/construction après l'excavation du sol devant un mur préconstruit. L'excavation fut simulée par l'enlèvement d'un fluide de pesanteur convenable à partir d'une cavitié préformée. La reproduction essentielle des valeurs de contrainte et des chemins de contrainte permit en moins de 24 heures de centrifugeage continu la représentation complète de la déformation du mur et de la contrainte et du gonflement du sol qui auraient eu lieu en vraie grandeur pendant une période de 50 ans. Des mesures furent effectuées des vecteurs de déplacement du sol, des pressions de l'eau interstitielle, des déplacements du mur, des moments de flexion et des forces dans des supports éventuels. Des mécanismes géostructuraux furent ainsi validés qui offrent le même avantage aux constructeurs que l'idéalisation du comportement des poutres qui forme partie de la théorie des ingénieurs concernant les poutres. On peut introduire un critère d'application pour les déplacements du sol ou du mur dans des champs de contrainte admissibles simplifiés qui conviennent aux contraintes cinématiques de sorte quien puisse en déduire la contrainte effective du sol mobilisée dans les zones principales de la déformation du sol. Ceci peut conduire par moyen des données d'essais triaxiux ou de contrainte plane à une analyse d'équilibre du mur, à partir de laquelle des quantités inconnues peuvent se déterminer comme, par exemple, l'encastrement necessaire du mur, le moment de flexion et les efforts dans les buttons. Cette méthode conduit à l'évaluation d'un projet en fonction du critère de déplacement choisi et évite le problème de définir ou de calculer un facteur de séurité. La sécurité peut s'évaluer en fonction des critières choisis d'effondrement combinés avec la définition de combinaisons strictes mais réalistes des influences.