Effect of Stone Column Soil Improvement on Liquefaction Resistance: Field and Numerical Study

Abstract

This study aims to understand how effective the group of stone columns is in the liquefaction mitigation of loose silty sands. Stone columns have drainage properties that help dissipate pore water pressure under cyclic loading, so the technique is used to improve the behavior of the soil under cyclic loadings, such as earthquake loading. Several analytical, experimental, and numerical studies on the liquefaction mitigation of soils by stone columns are available in the literature. Analytical methods are usually directly or indirectly based on the results of field tests that reveal the effects of stone columns. More research is needed to identify the reduction of liquefaction by stone columns, as several variables control the percentage of soil liquefaction improvement in the field. In this study, the behavior of the group of stone columns is modeled by the finite difference method (FDM), where the field test data is used as an input. The pre and post-improvement soil data used in the analyses were obtained from cone penetration tests (CPT) performed in the field before and after the construction of the stone columns using the vibroflotation (wet bottom-feed) method. Then, the earthquake loading has been applied to the unimproved and improved soil models by the stone columns. Finally, under the earthquake loading, the percentage of the liquefaction resistance increase and the settlement of the loose silty sand under structural load after stone column construction is investigated.

Bu çalışma, taş kolon grubunun gevşek siltli kumların sıvılaşmasının azaltılmasında ne kadar etkili olduğunu sonlu farklar yöntemini kullanarak anlamayı amaçlamaktadır. Taş kolonlar, boşluk suyu basıncını dağıtmaya yardımcı olan drenaj özelliklerine sahiptir, bu nedenle deprem yüklemesi altında zeminin davranışını iyileştirmek için kullanılırlar. Analitik yöntemler genellikle doğrudan veya dolaylı olarak taş kolonların etkilerini ortaya koyan saha testlerinin sonuçlarına dayanmaktadır. Sahada zemin sıvılaşmasının iyileşme yüzdesini çeşitli değişkenler kontrol ettiğinden, taş kolonlarla sıvılaşmanın azaltılmasını belirlemek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bu vaka çalışmasında, taş kolon grubunun davranışı sonlu farklar yöntemi ile modellenmiştir. Analizlerde kullanılan iyileştirme öncesi ve sonrası zemin verileri, vibroflotasyon (ıslak dip beslemeli) yöntemi kullanılarak taş kolonların inşasından önce ve sonra sahada gerçekleştirilen koni penetrasyon deneylerinden (CPT) elde edilmiştir. Daha sonra, taş kolonlarla iyileştirme öncesi ve sonrası durum nümerik olarak modellenerek deprem yüklemesi uygulanmıştır. Son olarak, deprem etkisi altında gevşek siltli kum üzerinde taş kolon yapımından sonra sıvılaşma direncinin artış yüzdesi ve yapı yükü altında zeminin oturmaları araştırılmıştır.