Assessment of soil restraints on buried pipelines in liquefied soil

RÉSUMÉ: L’expérience tirée des séismes passés a montré que les canalisations enterrées pouvaient subir un soulèvement en raison de la liquéfaction des sols environnants. La conception des canalisations enterrées soumises aux mouvements du sol induits par les séismes nécessite une évaluation rigoureuse de l’interaction sol-tuyau (SPI), ce qui devient complexe et difficile, notamment lorsque les canalisations sont enfouies dans des sols potentiellement liquéfiables. L’ SPI est généralement simulée à l’aide de dispositifs de modélisation numérique non linéaire des résistances du sol (ressorts de sol). Jusqu'à présent, seules quelques études numériques et expérimentales se sont directement penchées sur l’évaluation de l’SPI dans des sols liquéfiables. Dans ce contexte, une étude de modélisation physique a été réalisée pour étudier la mobilisation des résistances verticales du sol sur des tuyaux enterrés soumis à des mouvements relatifs du sol dans des sols liquéfiables. Cet article présente les résultats de cette étude. La modélisation physique a été réalisée à l’aide d’une mini-chambre de sol (300 mm x 600 mm x 400 mm) à l’Université de la Colombie-Britannique (UBC), au Canada. L’objectif principal de la mini-chambre était de réaliser des essais pilotes afin de générer des données et d’acquérir de l’expérience pour soutenir la conception future d’une chambre d’essais de plus grande taille destinée à l’étude de canalisations de diamètre supérieur. La mini-chambre a permis de tester des spécimens de tuyaux de 25 mm de diamètre enterrés dans du sable meuble de la rivière Fraser. La liquéfaction a été simulée par des gradients hydrauliques générés par un flux d’eau ascendant continu à travers la masse de sol, sous conditions de pesanteur terrestre (1 g). Les tuyaux, représentant différentes configurations d’enfouissement, ont été déplacés verticalement dans la masse de sol afin de capter la réponse SPI latérale et verticale dans les sols liquéfiables. Les ressorts de sol ainsi obtenus sont ensuite comparés aux lignes directrices de la pratique courante ainsi qu'aux résultats issus d'une analyse en équilibre limite.

ABSTRACT: Experience from past earthquakes has suggested that buried pipelines could experience uplift due to the liquefaction of surrounding soils. The design of buried pipelines subject to earthquake-induced ground movements involves meaningful assessment of soil-pipe interaction (SPI), and this becomes complex and challenging especially when the pipelines are buried in potentially liquefiable soils. The SPI is typically simulated using numerical non-linear soil restraints (soil springs). So far, only a few numerical and experimental studies have focused on accounting directly for the assessment of SPI in liquefiable soils. With this background, a physical modeling study was conducted to investigate the mobilization of vertical soil restraints on buried pipes subjected to relative ground movements in liquefiable soils, and this paper presents the results from this work. Physical modeling was undertaken using a mini soil chamber (300 mm x 600 mm x 400 mm) at the University of British Columbia (UBC), Canada. The main intent of the mini soil chamber was to conduct pilot level tests to generate data and provide experience and input to support the development of a future relatively large SPI chamber to investigate the response of larger pipe sizes. The mini chamber was used to test 25-mm diameter pipe specimens buried in loose Fraser River sand. Liquefaction was simulated using hydraulic gradients generated using upward continuous flow of water through the soil mass under 1-g condition. Pipes representing several buried configurations were vertically displaced within the soil mass to capture the lateral-vertical SPI response for liquefiable soils. These soil springs are then compared with state-of-practice guidelines as well as those from limit equilibrium analysis.