National Transport Library Research Database

System response of lime-cement columns

  • Karstunen, Minna
  • Chalmers tekniska högskola AB, Universitet eller högskola, 556479-5598
Sponsors, duration, budget: Trafikverket ; 2024-03-01 -- 2026-12-01 Registration number:
  • Trafikverket 2024/27461
Subject(s): Abstract: Jordförstärkning genom kalk-cementpelare (KC) används ofta under väg- och järnvägsbankar, och på senare tid även vid schakt. Eftersom de cementbaserade pelarna tillverkas på plats genom att stabiliseringsmedel blandas i den naturliga leran tenderar pelarna att vara heterogena. Därför antas hållfasthet, och i synnerhet pelarnas styvhet, som styr design ha extremt konservativa värden. Som en följd av detta är de flesta strukturer överdimensionerade, alltför dyra och förknippade med höga CO2eq. I del 1 av doktorandprojektet utvecklades kraftfulla numeriska verktyg för att modellera systemprestanda för geostrukturer med KC pelare. Vi visade att systemresponsen i ett komplext 3D-jord-struktur-interaktionsproblem kan modelleras med hög noggrannhet i 2D med Volume Averaging Techniques (VAT) som möjliggör modellering av leran och KC pelarna med lämpliga individuella materialmodeller. I del 2 av projektet kommer dessa verktyg att kombineras med statistiska metoder för att identifiera vad som är den svagaste länken i KC systemets övergripande prestanda (dvs. är det pelarnas styvhet som kontrollerar den mobiliserade hållfasthet eller deras homogenitet), vilket möjliggör prestandabaserad design. Både bank och schakt kommer att betraktas som geotekniska tillämpningar relevanta för TRV.Abstract: Ground improvement by lime cement columns (deep mixing) is commonly used under road and railway embankments, and more recently applied in excavations. As the cementitious columns are produced in situ by mixing stabilising powders into the natural clay, the columns tend to be heterogeneous, and thus the strength, and in particular the stiffness of the columns that controls the design, is assumed to have extremely conservative values. As a consequence, most structures are overdesigned, overly expensive and associated with high CO2eq. In Part 1 of the PhD project, powerful numerical tools were developed for modelling the system performance geostructures with deep mixed columns. We demonstrated that the system response of a complex 3D soil-structure interaction problem can be modelled with high fidelity in 2D with the Volume Averaging Techniques (VAT) that enable modelling the clay and the columns with suitable individual material models. In Part 2 of the project, these tools will be combined with statistical methods to identify what is the weakest link on the overall system performance, ( i.e. is it the stiffness of columns that controls the mobilised strength or their homogeneity), enabling performance based design. Both embankments and excavations will be considered, as they are geotechnical applications relevant to TRV.
Item type: