Analytical and numerical solutions for a single vertical drain including the effects of vacuum preloading

摘要

A system of vertical drains combined with vacuum preloading is an effective method to accelerate soil consolidation by promoting radial flow. This study presents the analytical modeling of vertical drains incorporating vacuum preloading in both axisymmetric and plane strain conditions. The effectiveness of the applied vacuum pressure along the drain length is considered. The exact solutions applied on the basis of the unit cell theory are supported by finite element analysis using ABAQUS software. Subsequently, the details of an appropriate matching procedure by transforming permeability and vacuum pressure between axisymmetric and equivalent plane strain conditions are described through analytical and numerical schemes. The effects of the magnitude and distribution of vacuum pressure on soft clay consolidation are examined through average excess pore pressure, consolidation settlement, and time analyses. Lastly, the practical implications of this study are discussed.Key words: consolidation, finite element method, soft clay, vacuum preloading, vertical drains.Un système de drains verticaux combiné à du préchargement par vide est une méthode efficace d'accélérer la consolidation du sol en favorisant l'écoulement radial. Cette étude présente la modélisation analytique de drains verticaux incorporant le préchargement par vide pour des conditions d'axisymétrie et de déformation plane. On considère l'efficacité de la pression de vide appliquée tout le long du drain. Les solutions exactes utilisées sur la base de la théorie de la cellule unitaire sont appuyées par l'analyse en éléments finis au moyen du logiciel ABAQUS. Subséquemment, on décrit au moyen de procédés analytiques et numériques les détails d'une procédure appropriée d'appariement en transformant la perméabilité et la pression de vide entre les conditions d'axisymétrie et de déformation plane équivalente. On examine les effets de la grandeur et de la distribution de la pression de vide sur la consolidation de l'argile au moyen de l'excédent moyen de pression interstitielle, des analyses du tassement dû à la consolidation et du temps. Finalement, on discute les implications pratiques de cette étude.Mots clés : consolidation, méthode d'éléments finis, argile molle, préchargement par vide, drains verticaux.[Traduit par la Rédaction]