Numerical modeling framework for soil-geosynthetics interaction problems

Numerical modeling of soil-structure interaction problems involving flexible or soft geosynthetic inclusions and large deformation is known to be challenging, especially in the presence of nearby structures. This thesis is devoted to developing a numerical modeling framework for the analysis of soil-geosynthetic interaction problems. It reports the results of both 2D and 3D analyses with explicit modeling of the geometry and material behavior of geosynthetics and the surrounding backfill. The numerical results are validated using existing laboratory experimental data. Two types of geosynthetics that are commonly used in geotechnical engineering projects are considered using the proposed numerical framework; EPS geofoam and geogrid. A numerical procedure for modeling the short-term response of EPS geofoam is first developed and validated for three different EPS geofoam materials. To examine the performance of such model in analyzing complex interaction problems, a laboratory experiment that involves a rigid structure buried in granular material with EPS geofoam inclusion is simulated using a series of 2D finite element analysis. The role of geofoam material, geometrical properties, and configuration on the reduction of earth loads acting on buried structures are investigated. Results showed that the introduction of EPS geofoam block immediately above the structure has a significant effect on the contact pressure distribution particularly on the upper wall of the structure. The rest of the thesis is devoted to introducing a numerical framework that is suitable for the three-dimensional analysis of applications involving soil-geogrid interaction. The geogrid response is investigated under both unconfined and soil-confined environments using different loading conditions (e.g. vertical foundation loading and pullout loading). The proposed FE approach has proven to be efficient in capturing the 3D response of the geogrid, the surrounding backfill, and the geogrid-backfill contact interaction.La modélisation numérique des problèmes d'interaction sol-structure impliquant des inclusions géo-synthétiques flexibles ou souples et de grande déformation est reconnue pour sa complexité, surtout en présence de structures rigides à proximité. Cette thèse a pour objectif majeur l'élaboration d'un concept de modélisation numérique pour les problèmes d'interaction sol-géo synthétiques. Il fait état des résultats des analyse 2D et 3D avec la modélisation explicite de la géométrie et des détails des matériaux de la structure géosynthétique et le remblai environnant. Deux types de géo synthétiques qui sont couramment utilisés dans les projets géotechniques sont considérés en utilisant le cadre numérique proposée; géogrille et Polystyrèene expansé (PSE) Geofoam. Une procédure numérique de modélisation du comportement à court terme de Geofoam PSE soumis à une charge uni axiale de compression est d'abord développé et validé pour trois matériaux de Geofoam PSE différents. Pour examiner les performances de ce modèle dans l'analyse des problèmes d'interaction complexes, une expérience de laboratoire qui implique une structure rigide enterrée dans un matériau granulaire avec un ajout de Geofoam PSE est simulée par analyse 2D. Le rôle de la matière Geofoam PSE, les propriétés géométriques et la configuration sur la réduction des pressions de terre qui agissent sur les structures enterrées sont étudiés. Les résultats ont montré que l'introduction du bloc de Geofoam PSE immédiatement au-dessus de la structure a un effet important sur la distribution des pressions de contact en particulier sur la paroi supérieure de la structure. Le reste de la thèse est consacrée à l'introduction d'un cadre numérique adapté aux analyses en trois dimensions des applications impliquant l'interaction sol-géogrille. La réponse de géogrille est étudiée dans les deux environnements non confinés et des sols confinés en utilisant différentes conditions de chargement (par exemple vertical fondation chargement et retrait de chargement). L'approche proposée FE a prouvé son efficacité dans la capture la réponse 3D de la géogrille, le remblai environnant et la géogrille-remblayage interaction de contact