DETERMINATION AND INFLUENCE OF SHEAR STRENGTH PARAMETERS OF MATERIAL INTERFACES ASSOCIATED WITH GROUND SUPPORT SYSTEMS

Abstract

Ground support and reinforcement techniques are commonly used in a diverse array of geotechnical engineering works. Reinforcement and support elements may be found in the form of pile foundations, rock bolts, soil nails, spiles, and forepoles, among other devices. There is currently limited knowledge on the mechanisms involved with how, specifically, the surface of the support element interacts with the ground and (if present) the adhesive medium (e.g. grout or resin epoxy) which often fills an annulus between the support element and ground. Consequently there also exists a limited database in literature that contains specific support parameters for the diverse material interface scenarios (i.e. grout-ground, grout-support, support-ground) involved in support and reinforcement systems. These parameters are fundamental for design purposes, including input parameters for numerical modelling programs. In order to provide the scientific community with accurate and relevant interaction reference values for the shear interaction behaviour of relevant support system over 190 modified ASTM 3080 constant strain rate direct shear tests were conducted. The experimental results provided the Mohr-Coulomb shear strength envelope and stiffness of the diverse interfaces between different geo-materials and support system materials. This collected data was utilized within numerical simulations that were created based on a constant strain rate direct shearbox test within the 2 dimensional (2D) numerical software package Phase 2 (Rocscience Inc. 2014). From these numerical simulations, the shear stress versus displacement behaviour was compared to the laboratory shear stress versus displacement curves. behaviour The thesis report summarizes the results from the physical testing program as well as the numerical analyses that were conducted as part of this line of research.

Les techniques de soutènement au sol et d'armature sont couramment utilisées dans un large éventail de travaux d'ingénierie géotechnique. Les éléments de renfort et de support peuvent se trouver sous la forme de fondations de pieux, de boulons de roche, de clous de sol, de chalumeaux et «forepoles», entre autres dispositifs. On connaît actuellement peu les mécanismes impliqués dans la manière dont la surface de l'élément de support interagit avec le sol et (le cas échéant) le milieu adhésif (par exemple coulis ou résine époxy) qui remplit souvent un espace annulaire entre l'élément de support et le sol. Par conséquent, il existe également une base de données limitée dans la littérature qui contient des paramètres de support spécifiques pour les différents scénarios d'interface de matériau impliqués dans des systèmes de support et de renforcement (par exemple, coulis-sol, coulis-support, support-sol). Ces paramètres sont fondamentaux à des fins de conception, y compris les paramètres d'entrée pour les programmes de modélisation numérique. Afin de fournir à la communauté scientifique des valeurs de référence d'interaction précises et pertinentes pour le comportement d'interaction de cisaillement du système de support pertinent, on a effectué plus de 190 essais de cisaillement direct à vitesse de déformation constante ASTM 3080 modifiée. Les résultats expérimentaux ont fourni l'enveloppe de résistance au cisaillement de Mohr-Coulomb et la rigidité des différentes interfaces entre différents géo-matériaux et matériaux du système de support. Ces données collectées ont été utilisées dans le cadre de simulations numériques qui ont été créées sur la base d'un test de cisaillement direct à vitesse de déformation constante dans le logiciel numérique 2D (2D) Phase 2 (Rocscience Inc. 2014). A partir de ces simulations numériques, le comportement de contrainte de cisaillement versus déplacement a été comparé à la courbe de cisaillement en laboratoire par rapport aux courbes de déplacement. Le rapport de thèse résume les résultats du programme de tests physiques ainsi que les analyses numériques qui ont été menées dans le cadre de cette ligne de recherche.