Elastoplastic analysis of pull-out resistance of soil nails in dilatant soils

Abstract

Soil dilation has significant effects on soil nail pull-out resistance. The dilation mechanism around a horizontal soil nail is analysed in this paper by treating the soil as a linear elastic–perfectly plastic material, using a non-associated Mohr–Coulomb yield criterion. Using this approach, closed-form solutions for calculation of the average compression stresses on the soil nail surface are obtained. This analysis theoretically explains a phenomenon commonly observed in experimental and field tests of dilation effects on soil nail pull-out resistance. It also explains why the apparent friction coefficient inclusive of the dilation effect is higher than the soil internal friction coefficient, but the apparent friction coefficient decreases with the increase of the soil overburden pressure and soil nail diameter. The conditions where the analytical approach can be applied are discussed. The theoretical predictions are compared with test results with good agreement, giving support to its validity. La dilatation des sols a des effets significatifs sur la résistance des clous de sol à l'extraction. Nous analysons dans cet exposé le mécanisme de dilatation autour d'un clou de sol horizontal en traitant le sol comme matière linéaire élastique parfaitement plastique et en utilisant un critère d'élasticité Mohr-Coulomb non associé. En utilisant cette méthode, nous obtenons des solutions de forme fermée pour le calcul des contraintes de compression moyennes sur la surface du clou de sol. Cette analyse explique théoriquement un phénomène communément observé dans les essais expérimentaux et les essais sur le terrain, celui des effets de la dilatation sur la résistance à l'extraction d'un clou de sol. Elle explique aussi pourquoi le coefficient de friction apparent inclusif de l'effet de dilatation est plus élevé que le coefficient de friction interne du sol mais le coefficient de friction apparent diminue à mesure qu'augmentent la pression de surcharge du sol et le diamètre du clou. Nous discutons des conditions dans lesquelles la méthode analytique peut être appliquée. Nous obtenons une bonne concordance en comparant les prévisions théoriques avec les résultats des essais, ce qui confirme la validité de cette méthode.