An explicit analytical solution for calculating horizontal stress changes and displacements around an excavated diaphragm wall panel

摘要

A new, simple, and explicit analytical solution has been derived for calculating horizontal stress changes and displacements caused by the excavation for a diaphragm wall panel. The theoretical solution is obtained by applying the principle of superposition appropriately to model diaphragm wall construction using a basic elastic solution to the problem of an infinite horizontal plate with a rectangular opening subjected to a uniaxial stress at infinity. The basic elastic solution can be obtained by using the method of complex variables with a simplified conformal transformation function. Key parameters governing the magnitude of horizontal stress changes and displacements are identified. Computed results are given in a normalized form in terms of aspect ratio (length to width) of a diaphragm wall panel. Two extreme cases for diaphragm wall panels with dimensions 1 m × 1 m and 10 m × 1 m have been analysed to investigate the distributions of stress changes and deformations around the panels during the bentonite stage. By performing a parametric study, calculation charts have been developed for computing horizontal stress changes and displacements for practising engineers and researchers to carry out preliminary designs and for numerical modellers to verify their sophisticated predictions. The ease of use of the charts is illustrated by two examples, and the limitations of the derived solutions are discussed.Key words: diaphragm wall, elasticity, stress change, displacement, stress analysis, earth pressure.On a dérivé une solution analytique simple et explicite pour calculer les changements de contraintes horizontales et les déplacements causés par l'excavation d'un panneau de paroi moulée. La solution théorique est obtenue en appliquant le principe de superposition appropriée à la construction d'un modèle de paroi moulée au moyen d'une solution élastique fondamentale appliquée au problème d'une plaque horizontale infinie avec une ouverture rectangulaire soumise à une contrainte axiale à l'infini. La solution élastique fondamentale peut être obtenue en utilisant la méthode des variables complexes avec une fonction simplifiée de transformation conforme. On identifie les paramètres clés régissant l'amplitude des changements dans les contraintes horizontales et les déplacements. Les résultats calculés sont donnés sous une forme normalisée en fonction du rapport de forme (longueur et largeur) d'un panneau de mur diaphragme. On a analysé deux cas extrêmes de panneaux de paroi moulée avec des dimensions de 1 m × 1 m et 10 m × 1 m pour étudier les distributions des changements de contraintes et des déformations autour des panneaux au cours du stade de bentonite. En réalisant une étude paramétrique, on a développé des abaques de calcul pour les changements de contraintes horizontales et les déplacements de façon à permettre aux ingénieurs en pratique et aux chercheurs de procéder à des conceptions préliminaires et de vérifier leurs prédictions sophistiquées obtenues par modélisation. La facilité d'utilisation des abaques est illustrée par deux exemples et on discute des limitations des solutions dérivées.Mots clés : paroi moulée, élasticité, changement de contraintes, déplacement, analyse de contraintes, pression des terres.[Traduit par la Rédaction]