The resonant column testing is a laboratory testing method to determine the shear modulus and material damping factor of soils. The method has been widely used for many applications and its importance has increased. Since the first use of the testing method in 1960's, the low-technology electronic devices fir testing and data acquisition have limited the measurement only to the amplitude of the linear spectrum. The limitations of the testing method are also attributed to the assumption of linear-elastic material in the theory of the resonant column testing and also to the incomplete understanding of the dynamic behaviour of the resonant column testing device. Recently, Joh et al. proposed a theory to overcome the limitations of the resonant column testing by deriving the equation of motion and providing its solution for the resonant column testing device. This study proposed the improved data reduction and analysis method for the resonant column testing, thanks to the advanced data acquisition system and the new theoretical solution for the resonant column testing system. For the verification of the proposed data reduction and analysis method, the numerical simulation of the resonant column testing was performed by the finite element analysis. Also, a series of resonant column testing were performed fir Joomunjin sand, which verified the feasibility of the proposed method and revealed the limitations of the conventional data reduction and analysis method.
In order to predict the nonlinear behaviour of the soil, the elasto-plastic hyperbolic model was selected, which was considered to be relatively simple and highly predictable. The soil parameter determination and the behavior analysis program were developed by formalizing the functions related to the constitutive model. Each soil parameter was determined from the results of the drained triaxial compression tests of Baekma river sand with the change of relative density. The stress-strain behavior was predicted using the soil parameters determined under each condition. As a result, the deviator stress for the axial strain is verified to have a good match between the measured value and predicted value at each relative density. In the relationship between the volumetric stain and the axial strain, when the relative density is loose, the measured value and predicted value tend to match, and when relative density is dense, the predicted value of the volumetric strain appears somewhat smaller than the measured value due to the limitation of the constitutive model.
Son, Dong Geon;Jeong, In Up;Kim, Dong-Ju;Byun, Yong-Hoon
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.20
no.4
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pp.133-140
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2021
There are few attempts to estimate the strength and stiffness of controlled low strength material (CLSM) using existing field-testing methods. The objective of this study is to evaluate the resilient modulus of CLSM by using the Light Weight Deflectometer (LWD) and investigate the relationships between the resilient modulus from LWD and the unconfined compressive strength (UCS) and secant modulus of elasticity from unconfined compressive test. Five CLSMs with different mix designs are used to evaluate the flowability and the stiffening of the CLSM in the flow and Vicat needle tests, respectively. To evaluate the early strength and stiffness characteristics, unconfined compressive tests are performed using the CLSM specimens cured for 1 and 7 days. LWD tests are carried out to estimate the resilient modulus of the CLSM specimens. The experimental results show that for the curing time of 1 day, the UCS and secant modulus of elasticity generally increase with the fast setting mortar content (FC). The CLSM specimen with the highest FC shows the significant increase in the UCS and secant modulus of elasticity along the curing time. Overall, the resilient modulus for the curing time of 1 day increases with the FC, while that for the curing time of 7days decreases with an increase in the FC. From the results, the linear relationships between the resilient modulus and UCS and secant modulus of elasticity are established.
In the present study, in order to clarify the effects of latent hydraulic property of granulated blast furnace slag (GBF slag) on the liquefaction, GBF slag was cured in the high temperature alkali water (adding the calcium hydroxide, pH=12, water temperature is about $30^{\circ}C$), and then the cyclic and the static tri-axial compression tests were carried out. Then the results were compared with those for Japanese standard sand of Toyoura sand and natural sand of Genkai sand. From the test results, it is clarified that the liquefaction strength of the GBF slag increases with the increase of the curing period by the hardening due to the latent hydraulic property. It is also shown that GBF slag with Dr=50% and 80% which was cured for 189 days in the fresh-water shows cohesion due to developing of latent hydraulic property. In addition, as for the liquefaction strength of GBFS during the hardening process, a linear relation between the cyclic stress ratio $R_{20}$ at the number of stress cycles Nc=20 and cohesion $C_{d}$ was observed. It is also clarified that the liquefaction strength for cured GBF slag in the high temperature alkali water is predicted by the cohesive strength or the unconfined compressive strength.
Jeoung Seok Yoon;Anne Strader;Jian Zhou;Onno Dijkstra;Ramon Secanell;Ki-Bok Min
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.1
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pp.57-69
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2023
In this study, we simulated induced seismicity in the Groningen natural gas reservoir using 2D hydro-mechanical coupled discrete element modelling (DEM). The code used is PFC2D (Particle Flow Code 2D), a commercial software developed by Itasca, and in order to apply to this study we further developed 1)initialization of inhomogeneous reservoir pressure distribution, 2)a non-linear pressure-time history boundary condition, 3)local stress field monitoring logic. We generated a 2D reservoir model with a size of 40 × 50 km2 and a complex fault system, and simulated years of pressure depletion with a time range between 1960 and 2020. We simulated fault system failure induced by pressure depletion and reproduced the spatiotemporal distribution of induced seismicity and assessed its failure mechanism. Also, we estimated the ground subsidence distribution and confirmed its similarity to the field measurements in the Groningen region. Through this study, we confirm the feasibility of the presented 2D hydro-mechanical coupled DEM in simulating the deformation of a complex fault system by hydro-mechanical coupled processes.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.8
no.4
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pp.21-32
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2004
A Seismic analysis procedure of bi-directional brideg motions is developed by using mechanical bridge model. A three-dimensional mechanical model can consider major phenomena under bi-directional seismic excitations, such as nonlinear pier motion under biaxial bending, pounding and bearing damage due to the rotaion of the superstructure, etc. The analyses utilizing the uni-directional and the bi-directional bridge model for the 3-span simply supported bridge are then performed. The seismic responses in two cases are examined and compared by investigating the relative displacements of each superstructure to both ground and adjacent superstructures and the restoring forces of RC pier. The analysis using either the uni-directional model or bi-directional model is acceptable for estimating the displacement responses of a bridge, but the bi-directional analysis is found to give more conservative results for resisting forces of RC piers. To make general conclusions, therefore, the analysis using the bi-directional bridge model should be performed in evaluating the seismic safety of bridges.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.5
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pp.1025-1037
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2015
Flexible base isolation bearings that separate superstructure from ground have been widely used in the construction field because they make a significant contribution to increasing the fundamental period of the structure, thereby decreasing response acceleration transmitted into the superstructure. However, the established bearing devices installed to uphold the whole building give rise to some problems involved with failure and collapse due to lack of the capacity as modern structures are getting more massive and higher. Therefore, this study suggests new isolation bearings assembled with additional restrainers enabled to reinforcing and recentering, and then evaluates their performance to withstand the seismic load. The superelastic shape memory alloy (SMA) bars are installed into the conventional lead-rubber bearing (LRB) devices in order to provide recentering forces. These new systems are modeled as component spring models for the purpose of conducting nonlinear dynamic analyses with near fault ground motion data. The LRB devices with steel bars are also designed and analyzed to compare their responses with those of new systems. After numerical analyses, ultimate strength, maximum displacement, permanent deformation, and recentering ratio are compared to each model with an aim to investigate which base isolation models are superior. It can be shown that LRB models with superelastic SMA bars are superior to other models compared to each other in terms of seismic resistance and recentering effect.
Park, Du-Hee;Park, Jong-Bae;Kim, Sang-Yeon;Park, Yong-Boo
Land and Housing Review
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v.4
no.3
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pp.271-277
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2013
The BNWF (Beam on Nonlinear Winkler Foundation) model is one of the simplest idealizations for a pile embedded in soil as it ignores the continuity of the soil. This method is difficult to model the behavior of pile group foundation subjected to lateral loading. The limitation can be overcome with the utilization of the finite element method (FEM) or finite different method (FDM) to represent a pile element embedded in a soil medium. Both the ground and piles are modeled with soild elements. The solid elements, which do not have rotational degree of freedom, is not appropriate for modeling piles. It can be overcome by substantially increasing the number of elements, which can be prohibitive for 3D modeling. This paper used the beam element and rigid link incorporated in the OpenSees to model the pile. The accuracy of the model is validated through comparison with lateral load test and BNWF analysis. It is shown that the method can capture the measured behavior accurately. It is therefore recommended to be used in group pile analyses.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.6
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pp.129-137
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2020
In performing the structural analysis, the foundation is considered to be a fixed end as a plastic hinge model. In this study, the displacements of the foundation, pier, and shoe were compared when the foundation modeled as a fixed end, a shallow foundation constructed on bedrock of 2m depth, and a pile foundation constructed in the 10m to 20m depth of bedrock. The shear force was also compared, and the probability of damage was calculated and compared for the critical condition. When calculated as a fixed end, the displacement of the foundation converged to 0mm, but the shallow foundation built on the bedrock with a depth of 2m caused relatively displacement, and the pile foundation constructed to contact the bedrock with a depth of 18m caused a larger displacement. In addition, it was analyzed that the displacement of the foundation, which is the lower structure, affects the displacement of the super structure, but the difference in shear force applied to the foundation was insignificant in the three cases. There was no difference between the shallow foundation and the pile foundation in the influence on the displacement of the top of the pier, but there was a big difference from the analysis assuming as a fixed end.
Sangki Park;Jeong-Rae Cho;Chang-Beck Cho;Dong-Chan Kim;Jinhyuk Lee
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.36
no.6
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pp.371-380
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2023
To calculate seismic fragility, it is important to select input earthquake ground motions that can properly express the characteristics of the target site. This study analyzed the seismic fragility of a single-degree-of-freedom (SDOF) model based on input earthquake ground motions in strong and low-to-moderate seismic regions. As a first step, a total of four sets of input earthquake ground motions were selected,: two sets measured near or far from overseas strong earthquake records and two sets exhibiting the characteristics of low-to-moderate earthquake regions in South Korea. A nonlinear SDOF model for three natural periods was applied to the target structure, and incremental dynamic analysis was used for fragility analysis. In addition, four damage states were defined, and seismic fragility results for each natural period of the nonlinear SDOF model for the four aforementioned input earthquake ground motion sets were obtained for each damage state.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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