Physical modelling of soil structure interaction in stone column foundations

The development of transparent synthetic soil has enabled non-intrusive measurement of internal soil displacement and detection of pre-failure strains using laser aided imaging and Particle Image Velocimetry. The work described in this paper applies this novel methodology to evaluate the deformation and failure behaviour of stone column foundations in reduced scale physical models. Four tests have been conducted on 18mm diameter isolated columns of area replacement ratios (Ar) equal to 5, 3.3 2.5 and 1, installed in a 220mm test bed. Visualisation of real-time internal displacement has indicated that an isolated stone column fails mostly through a combination of compression and bulging with a negligible amount of end bearing failure. At all levels of foundation displacement, it was seen that the geometry of the footings interacted with the geometry of the individual columns in protecting the upper column from bulging and producing an eventual failure mechanism for the composite foundation, therefore governing the ultimate bearing capacity of the foundation too. Increasing footing size and correspondingly increasing Ar from 1 to 2.5, to 3.3 and then 5 was seen to increase load capacity by 21%, 54% and 108% respectively. These findings have important implications for design as current design practice is based on cylindrical cavity expansion theory whereby the size of the foundation itself is not considered.

Le développement de sol synthétique transparente a permis mesure non-intrusive de displacment interne du sol et de la détection de souches pré- échec en utilisant l’imagerie laser assistée et la vélocimétrie par images de particules . Les travaux décrits dans le présent document s’applique cette nouvelle méthodologie pour évaluer le comportement de la déformation et de l’échec de pierre des fondations de colonnes dans les modèles physiques de l’échelle réduite . Quatre essais ont été menés sur 18 mm de diamètre isolé colonnes de ratios zone de remplacement ( Ar) égal à 5 , 3,3 et 2,5 1 , installés dans un lit de 220 mm de test . Visualisation du déplacement interne en temps réel a indiqué qu’une colonne de pierre isolé échoue la plupart du temps grâce à une combinaison de compression et bombé avec une extrémité de montant défaillance du roulement négligeable . A tous les niveaux de base de déplacement , on a vu que la géométrie de la semelle interagi avec la géométrie des colonnes individuelles dans la protection de la colonne supérieure de renflement et la production d’un mécanisme de rupture éventuelle de la base composite , donc régissant la capacité de charge ultime de la base trop . Augmenter la taille du pied et augmente d’autant Ar de 1 à 2,5 , à 3,3 et 5 a été vu pour augmenter la capacité de charge de 21% , 54 % et 108 % respectivement . Ces résultats ont des implications importantes pour la conception de la pratique du design actuel est basé sur la théorie de l’expansion de la cavité cylindrique dans lequel la taille de la fondation elle-même n’est pas considéré.