Analysis of undrained soil deformation due to ground loss

Abstract

Closed form solutions are presented for obtaining the strain field in an initially isotropic and homogeneous incompressible soil due to near-surface ground loss. This problem fits into a category of cases in which the imposed boundary conditions are only or mainly in terms of displacements (strain-controlled problems). In these cases there is a possibility of eliminating the stresses and obtaining the strains by using only the incompressibility condition. The presence of the top free surface is considered by means of a virtual image technique and some results for the elastic half-space. The results are simple, especially for the movements of the soil surface. The application to some typical problems, such as soft ground tunnelling and pile driving or extraction, shows that the calculated movements agree well with the experimental observations and compare favourably with commonly used numerical methods. Some hints are given for extending the method to other cases, such as to compressible materials. Des solutions de forme fermée sont presentees pour obtenir le champ des contraintes provoqué par des pertes près de la surface dans un sol incompressible qui est initialement isotrope et homogène. Ce problème se pose dans des cas où les conditions limites imposées prennent la forme unique ou principale de déplacements (problèmes de déformation contrôlée). Dans un pareil cas on peut éliminer les contraintes et obtenir les déformations en employant uniquement la condition d'incompressibilité. La présence de la surface supérieure libre est prise en considération au moyen d'une technique d'image virtuelle et de résultats pour le demi-espace élastique. Les résultats sont très simples, plus particulièrement dans le cas des mouvements de la surface du sol. L'application à des problèmes typiques, tels que le percement de tunnels dans du sol tendre et le battage ou l'extraction des pieux, démontre que les mouvements calculés s'accordent bien avec les observations expérimentales et sont d'une précision pareille à ceux obtenus à l'aide des méthodes numériques généralement employées. Des indications sont données pour appliquer la méthode à d'autres cas, par exemple, aux matériaux compressibles.