Numerical modelling of stone columns in soft soils

Great areas all over the world with underlying deep deposits of soft clay have increased the pressure on geotechnical engineers and ground engineering practitioners into looking for various improvement techniques to overcome problems associated with construction on soft soil, due to its low shear strength and high compressibility. For lightly loaded low- rise structures supported by narrow shallow footings, the use of vibro stone columns is gaining acceptance in industry and in construction. In this paper, numerical analysis is used to examine the influence of various parameters such as vibro stone column length, spacing and founding depth on the footing performance. Comparisons are made with the published field trials at the Bothkennar research site in Scotland. It has been found that the upper crust of the Bothkennar profile has a significant impact on settlement performance. In addition, the settlement performance/reduction is more significant once column length to diameter ratio (L/d) exceeds around 8.3. Also, the depth of stone column bulging is between 1.85–2.5 m below ground level which is comparable to the bulging depth suggested by Hughes et al. (1976). Numerical analysis predicts a stress ratio of 2.9 to 3.4 which is comparable with the field measurements.

La présence dans le monde de larges zones avec des dépôts profonds d'argile sous-jacents pousse les ingénieurs géotechniques et autres professionnels en ingénierie des sols à rechercher de nouvelles techniques d'amélioration pour remédier aux problèmes associés à la construction sur sols mous dus à leur faible résistance au cisaillement et haute compressibilité. Pour les structures basses hautement chargées supportées par des appuis réduits et peu profonds, l'utilisation de colonnes de roches compactées par vibration est bien acceptée dans l'industrie et la construction. Dans cet article, une analyse numérique est utilisée pour examiner l'influence de divers paramètres comme la longueur de la colonne de roches compactées par vibration, l'espacement et la profondeur de la fondation sur les performances de l'appui. Des comparaisons avec les essais sur le terrain du site de recherche de Bothkennar en Ecosse sont réalisées. Il a été découvert que la croûte supérieure du profil de Bothkennar a un impact significatif sur les performances de tassement. La réduction du tassement est également plus significative lorsque le rapport de la longueur de la colonne sur son diamètre (L/d) excède approximativement 8.3. La profondeur du renflement de la colonne de roches se trouve entre 1.85 et 2.5 m sous le niveau du sol, ce qui est comparable à la profondeur de renflement suggérée par Hughes et al. (1976). Une analyse numérique prédit un rapport de contrainte de 2.9 à 3.4, ce qui est comparable aux mesures sur le terrain.