Relevance of correlation length in geotechnical engineering

Lloret-Cabot, M; Zhang, K; Zhang, W; Toll, D

Abstract

Soils are heterogeneous in nature and as such, their properties inherently exhibit a distinct spatial variation that reveals past information of their geological history. This spatial variability is an important source of geotechnical uncertainty and hence its proper characterisation is of importance to geotechnical design. Random field theory provides a consistent mathematical framework to account for this soil's heterogeneity and it is a powerful computational tool to perform reliability analyses of geotechnical structures when combined with the finite element method. A key parameter in these stochastic analyses is the correlation length (or sometimes also referred to as scale of fluctuation) because it controls variations of a soil property in a given spatial direction. This spatial statistic can be estimated from in-situ data (e.g., cone penetration test CPT) and the quality of such estimation is the main question tackled in this paper. RÉSUMÉ: Les sols sont de nature hétérogène et, en tant que tels, leurs propriétés présentent intrinsèquement une variation spatiale distincte qui révèle des informations passées sur leur histoire géologique. Cette variabilité spatiale est une source importante d'incertitude géotechnique et sa caractérisation appropriée est donc importante pour la conception géotechnique. La théorie des champs aléatoires fournit un cadre mathématique cohérent pour tenir compte de l'hétérogénéité de ce sol et constitue un outil informatique puissant pour effectuer des analyses de fiabilité des structures géotechniques lorsqu'il est combiné avec la méthode des éléments finis. Un paramètre clé dans ces analyses stochastiques est la longueur de corrélation (ou parfois également appelée échelle de fluctuation) car elle contrôle les variations d'une propriété du sol dans une direction spatiale donnée. Cette statistique spatiale peut être estimée à partir de données in situ (par exemple, test de pénétration du cône CPT) et la qualité d'une telle estimation est la principale question abordée dans cet article.

Citation

Lloret-Cabot, M., Zhang, K., Zhang, W., & Toll, D. (2024, August). Relevance of correlation length in geotechnical engineering. Presented at Proceedings of the XVIII ECSMGE 2024, Lisboa

• Presentation Conference Type: Conference Paper (published)
• Conference Name: Proceedings of the XVIII ECSMGE 2024
• Start Date: Aug 26, 2024
• End Date: Aug 30, 2024
• Acceptance Date: Feb 29, 2024
• Online Publication Date: Sep 17, 2024
• Publication Date: Sep 17, 2024
• Deposit Date: Oct 2, 2024
• Publicly Available Date: Oct 3, 2024
• Publisher: Taylor and Francis
• Peer Reviewed: Peer Reviewed
• Book Title: Geotechnical Engineering Challenges to Meet Current and Emerging Needs of Society
• Keywords: correlation length; scale of fluctuation; uncertainty; soil variability
• Public URL: https://durham-repository.worktribe.com/output/2942369
• Publisher URL: https://www.taylorfrancis.com/books/oa-edit/10.1201/9781003431749/