New insights into soil arching behaviour in column-supported embankments

The observation of failure surfaces within column-supported embankments is critical to understanding how the embankment stresses are transferred towards the column heads. In this study, finite element simulations utilising a strain-softening constitutive model, nonlocal regularisation, and the Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation are used to examine these failure surfaces over various embankment geometries. This methodology offers insights into the nature of the failure mechanism, the development of a plane of equal settlement, and the influence of the subsoil settlement profile. Depending on the embankment geometry, the results indicate a punching failure, inverted general bearing failure, or a localised failure develops. The transition between punching and inverted general bearing failure is found to be closely related to the establishment of a plane of equal settlement within the embankment. The height of the plane of equal settlement and the range of failure mechanisms that develop were largely insensitive to the nature of the subsoil settlement profiles simulated. These findings have implications for the practical design of efficient embankments and the effective design of future experimental studies. Key words: soil arching, embankments, bearing failure, critical height, numerical modelling. Pour comprendre comment les contraintes du remblai sont transferees vers les tetes de colonne, il est essentiel d'observer les surfaces de rupture dans les remblais reposant sur des colonnes. La presente analyse s'appuie sur des simulations par elements finis utilisant un modele constitutif d'adoucissement des deformations, une regularisation non locale et une formulation lagrangienne-eurelienne arbitraire pour examiner ces surfaces de rupture sur diverses geometries de remblais. Les donnees recueillies par cette methodologie apportent un eclairage sur la nature du mecanisme de rupture, le developpement d'un plan de tassement egal et l'influence du profil de tassement du sous-sol. Les resultats indiquent, selon la geometrie du remblai, soit une rupture par poinconnement, soit une rupture generale inversee, soit le developpement d'une rupture localisee. On constate que le changement entre la rupture par poinconnement et la rupture generale inversee est etroitement lie a l'etablissement d'un plan de tassement egal dans le remblai. Le developpement de la hauteur du plan de tassement egal et la gamme des mecanismes de defaillance ont ete largement insensibles a la nature des profils de tassement du sous-sol simules. Les conclusions de cette etude ont des implications pour la realisation pratique de remblais efficaces et pour la conception efficace de futures etudes experimentales. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : voute du sol, remblais, defaillance de la portance, hauteur critique, modelisation numerique.
1. Introduction Geosynthetic reinforced column-supported embankments (GRCSEs) have seen increasing research and application in the last 25 years (Almeida et al. 2007; Gallant et al. 2020; Ghosh et al. 2021; [...]