Analysis of the arching action in granular mass

Abstract

When the lining of a tunnel is more flexible than the surrounding soil, the pressure applied to the lining is in general far smaller than the value estimated from the weight of the overburden. Pressure applied to an underground conduit or a trapdoor is also smaller than the weight of overburden. Similarly, earth pressure applied to a retaining wall or to the timbering of an open cut, and particularly to the lower part of the wall or the cut, is sometimes smaller than the values estimated from the theory of earth pressure. Some studies of this arching action to the soil assume that the soil remains in an elastic state; others assume a plastic soil model with a Tresca yield criterion. In this Paper the stress distribution in the soil is analysed assuming that the soil is in a state of plastic equilibrium and that Mohr-Coulomb's failure hypothesis is satisfied. Results are compared with those obtained by measuring the inner air pressure of models made of vinyl tubes or bags buried in dry sand or gravel. Si la paroi d'un tunnel est plus flexible que le sol environnant, la pression appliquée sur cette paroi est en général beaucoup plus faible que la valeur calculée à Partir du poids des terres susfacentes. La pression exercée sur un conduit souterrain ou sur une trappe est également plus faible que le poids des sols susfacentes. De même, la pression du terrain s'exerçant sur un mur de soutènement ou sur le cuvelage d'une trachée ouverte, notamment sur la partie inférieure du mur ou de la tranchée, est quelquefois inférieure aux valeurs résultant de la théorie de la pression des terres. Certaines études de ce phénomène, appelé 'action de voûte' du sol, posent comme hypothèse que le sol reste dans le domaine élastique; d'autres mettent en oeuvre un modèle de sol plastique utilisant un critère de Tresca. Cet article étudie la distribution des contraintes dans un sol en supposant que ce sol est dans un état d'équilibre plastique et que l'hypothèse de rupture de Mohr-Coulomb est satisfaite. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par mesure de la pression interne d'air dans des modèles physiques constitués de tubes vinyls ou de poches creusées dans des sables ou graviers secs.