The influence of phase on the calculation of pseudo-static earth pressure on a retaining wall

Abstract

Centrifuge modelling tests show clearly the phase change in lateral acceleration in the backfill behind a retaining wall as shear waves propagate from the base of the model towards the ground surface. However, design calculations for the dynamic lateral earth pressure on a retaining wall which use a pseudo-static approach assume that the backfill experiences a uniform acceleration throughout. Researchers have agreed that the total lateral earth pressure calculated using this approach is approximately correct, but have disagreed over the distribution of the dynamic increment of pressure. The Paper presents an analysis which takes into account a finite shear wave velocity in the backtill, thus allowing for the phase change in a prototype structure. The phase change does not have a significant influence on the magnitude of the total earth pressure, but it has a marked effect on the distribution of the dynamic increment. The resultant pressure is seen to act at a point above one third of the height of the wall. The maximum dynamic earth pressure and the peak bending moment on the wall are approximately in phase with the acceleration at mid-depth, and therefore this acceleration may be the most appropriate value to use for design. The effect of a non-uniform shear modulus distribution is considered, as is the effect of amplification of acceleration on the distribution and magnitude of earth pressure. Ampliication of acceleration has an influence similar in character to the effect of increasing the acceleration coefftcient in a uniform acceleration field. Centrifuge model test data analysed using this approach show good agreement if the amplification of motion is taken into account. Des essais de modèle à la centrifugeuse indiquent clairemeat le changement de phase de l'accélération latérale dans le remblai derrière un mur de soutènement pendant que les ondes de cisaillement se propagent à partir de la base du modèle vers la surface du terrain. Les calculs classiques pour la pression latérale dynamique des terres sur un mur de soutènement qui emploient un méthode pseudostatique admettent cependant que le remblai entier subit une accélération uniforme. Les rechercheurs reconnaissent que la pression latérale totale des terres calculée par cette méthode est approximativement correcte, mais ne sont pas d'accord sur la distribution de l'incrément dynamique de pression. L'article présente une analyse qui inclut une vélocité finie de l'onde de cisaillement dans le remblai. Le changement de phase darts une structure prototype eat ainsi pris en compte. Le changement de phase est pratiquement sans influence sur la valeur totale de la pression des terres, tandis qu'il prod un effet marqué sur la distribution de l'incrément dynamique. On observe que la pression résultante s'applique au-dessus du tiers de la hauteur du mur. La pression maximale dynamique des terres et le moment maximal de flexion sur le mur se trouvent approximativement en phase avec I'acclélération a mi-profondeur, de sorte que cette accélération peut représenter la valeur la plus convenable à employer dans les calculs de murs. L'article considère l'effet d'une distribution non-uniforme du module de cisaillement aussi bien que l'effet de I'amplification de l'accélération sur la distribution et la valeur de la pression des terres. L'amplification de l'accélération exerce une influence analogue à l'effet l'augmentation du coefficient d'accélération darts un champ d'accélération uniforme. Lea données d'essais sur modèle en centrifugeuse analysées par cette méthode sont satisfaisantes, à condition que l'amplification du mouvement soit prise en compte.