DEM simulation of Vertical Wall Performance in Mitigation of Foundation Displacement due to Reverse Fault Rupture

RÉSUMÉ: L'amélioration des fondations et des infrastructures exposées à une rupture de faille constitue une préoccupation majeure pour les ingénieurs. Cette étude aborde la réduction des déplacements de fondation causés par des ruptures de faille inverse en évaluant l'utilisation de murs en polystyrène expansé (EPS) comme parois verticales faibles, à l’aide de simulations par la méthode des éléments discrets (DEM). Des simulations DEM de l’interaction rupture de faille–sol–fondation–EPS (FR-SF-EPSI) sont réalisées et calibrées à partir de données expérimentales issues d’essais en centrifugeuse, afin d’évaluer les performances des murs en EPS. L’influence de la largeur des murs en EPS, de la quantité de matériau et de leur positionnement est analysée en ce qui concerne la formation de bandes de cisaillement, la déviation de la rupture de faille et la rotation de la fondation. Des facteurs tels que l’épaisseur du mur EPS, la profondeur d’ancrage et le nombre de tranchées sont également évalués pour leur impact sur la rotation de la fondation. Il a été observé qu’une augmentation de la largeur du mur en EPS réduit significativement la rotation de la fondation induite par la rupture de faille. La déviation du trajet de la rupture de faille à travers le mur EPS est davantage influencée par la largeur et la position du mur EPS par rapport à la faille que par les caractéristiques propres à la rupture. De plus, les comparaisons entre un mur unique épais et trois murs EPS minces montrent qu’un mur EPS unique épais est plus efficace qu’un triple mur contenant la même quantité de matériau. Un rapport optimal largeur du mur EPS sur hauteur de la couche de sol (W/H) est recommandé en fonction de la rotation admissible de la fondation.

ABSTRACT: Improving foundations and infrastructures exposed to fault rupture is a critical concern for engineers. The mitigation of foundation displacement caused by reverse fault ruptures is addressed in this study through the evaluation of Expanded Polystyrene (EPS) walls as weak vertical walls, using Discrete Element Method (DEM) simulations. DEM simulations of fault rupture-soil-foundation-EPS interactions (FR-SF-EPSI) are conducted and calibrated using centrifuge laboratory data to assess the performance of EPS walls. The effects of EPS wall width, material quantity, and positioning on shear band formation, fault rupture diversion, and foundation rotation are investigated. Factors such as EPS wall thickness, embedment depth, and the number of trenches is also evaluated for their impact on foundation rotation. It was found that an increase in EPS wall width significantly reduces foundation rotation induced by fault rupture. The diversion of the fault rupture path through the EPS wall is influenced more by the width and position of the EPS wall relative to the fault than by the characteristics of the fault rupture itself. Additionally, comparisons between single thick and triple EPS walls reveal that a single thick EPS wall provides greater efficacy than a triple EPS wall with the same amount of EPS material. A specific optimal EPS width-to-soil-layer-height ratio (W/H) is recommended based on the allowable foundation rotation.