The behaviour of a propped retaining wall: results of a numerical experiment

Abstract

The design of propped retaining walls is currently based on approximate limit equilibrium calculations. A factor of safety is used to ensure adequate stability and to restrict soil and wall movements to acceptable levels. No distinction is made for the type of construction, whether excavated or backfilled, or of the stress state in the soil prior to construction. In this Paper the finite element method is employed to investigate the influence of type of construction and of initial stress in the soil on the behaviour of single propped retaining walls. An elasto-plastic constitutive law is used to model the soil behaviour and a rigid prop is assumed to act at the top of the wall. The results of the investigation indicate that for excavated walls in soils with a high initial K0 value prop forces and wall bending moments greatly exceed those predicted by current design methods. In addition large soil and wall movements are experienced even at shallow depths of excavation. The behaviour is dominated by the vertical unloading caused by the excavation process and large movements still occur even if the wall is fully restrained from horizontal movement. For backfilled and excavated walls in soils with a low K0 value the analyses indicate that the displacements are much smaller in magnitude and that the approximate limit equilibrium calculations produce conservative values of prop force and bending moments. The results of the investigation have serious practical implications for diaphragm or secant pile walls installed in stiff over-consolidated clay with high K0 values. A présent la construction des murs de souténement étayes est basée sur des calculs approximatifs de l'équilibre limite. Un coefficient de sécurité est appliqué pour assurer une stabilité suffisante et pour réduire les mouvements du sol et du mur à des niveaux accepta-bles. On ne fait aucune distinction entre une construction excavée et une construction remblayée, et l'ttat de contrainte dans lequel le sol se trouve ne joue aucun rôle. Dans la méthode décrite dans cet article des éléments finis sont utilisés pour étudier l'influence du type de construction et de la contrainte initiale dans le sol sur le comportement de murs de soutènement étayés individuels. On se sert d'une loi constitutive élasto-plastique pour modéliser le comportement du sol, en admettant qu'un étai rigide est disposé en haut du mur. Les résultats de cette étude indiquent que dans le cas de murs excavés dans des sols avant une valeur K0 initiale élevée les forces dans les étais et les moments de flexion dépassent largement ceux prédits par les méthodes couramment employées dans la construction. De plus, des mouvements de sol et de mur considérables sont trouvés même à de petites profondeurs d'excavation. Le comportement est régi par le déchargement vertical causé par le travail d'excavation et des mouvements considérables ont encore lieu, même si le mur est complètement empêché de faire aucun mouvement horizontal. En ce qui concerne les murs remblayés et excavés dans des sols ayant une valeur K0 réduite les analyses indiquent que les déplacements sont beaucoup moindres et que les calculs approximatifs d'équilibre limite donnent des valeurs minimales des forces dans les étais et des moments de flexion. Les résultats de l'étude ont des conséquences pratiques importantes pour les mur type parois ou pieux ou sécantes installés dans des argiles surconsolidées rigides ayant des valeurs K0 élevées.