Effects of vertical acceleration on seismic design of geosynthetic-reinforced soil structures

Abstract

The stability and permanent displacement of geosynthetic-reinforced soil structures, under the influence of combined horizontal and vertical seismic accelerations, are investigated. The required length and tensile reinforcement of the geosynthetic are determined by considering different possible modes of failure, including tieback/compound failure, direct sliding and pullout. The analysis is conducted by extending the methodology proposed earlier by the authors. While vertical acceleration in the downward direction results in an increased tensile reinforcement by the geosynthetic, acceleration in an upward direction requires a large geosynthetic length to resist direct sliding and tie-back failure. The vertical acceleration has a greater effect on the required tensile reinforcement of the geosynthetic in stabilizing a steep slope when compared to a flatter slope. When the horizontal seismic coefficient exceeds 0·2, the effect of vertical acceleration on the required geosynthetic length becomes significant, and is recommended to be included in design. The proposed methodology of design is verified with the performance of a geosynthedc-reinforced soil retaining wall during the Hanshin earthquake. Effects of seismic coefficients on permanent displacement are illustrated through several selected major earthquake records. L'article examine la stabilité et le déplacement permanent de structures de sol renforcées de matériaux géosynthétiques sous l'influence combinée d'accélérations horizontales et verticales. On détermine la longueur et l'armature de traction nécessaires des matériaux géosynthétiques en considérant différents modes de rupture possibles, y compris la rupture composée/sous tension, le glissement direct et l'arrachement. L'analyse repose sur une extension de la méthodologie proposée antérieurement par les auteurs. Alors que l'accélération verticale dans la direction gravitationnelle se traduit en un plus grand renforcement de traction des matériaux géosynthétiques, l'accélération vers le haut exige une plus grande longueur de matériaux géosynthétiques pour résister à la rupture par glissement direct et à la rupture sous tension. L'armature de traction que doivent offrir les matériaux géosynthétiques pour stabiliser une pente dépend davantage de l'accélération verticale dans le cas de pentes raides que dans celui de pentes plus douces. Si le coefficient sismique horizontal dépasse 0,2, l'effet de l'accélération verticale sur la longueur de matériau géosynthé tique nécessaire devient important, et il est recommand6 d'en tenir compte dans la conception. La méthodologie proposée de conception d'ouvrages pouvant résister au déplacement permanent est vérifiée à partir de la performance d'un mur de souténement en sol renforcé de matériaux géosynthétiques pendant le tremblement de terre de Hanshin. L'article présente une sélection de comptes rendus de grands tremblements de terre pour illustrer les effets des coefficients sismiques sur le déplacement permanent.