Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.4
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pp.293-308
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2012
The shear behavior at the particle/surface interface such as rock joint can determine the mechanical behavior of whole structure. Therefore, a fundamental understanding of the mechanisms governing its behavior and accurately estimation of the interface strength is essential. In this paper, PFC, a numerical analysis program of discrete element method was used to investigate the effects of the surface roughness on interface strength. The surface roughness was characterized by smooth, intermediate, and rough surface, respectively. In order to investigate the effects of particle shape and crushing on particle/surface interface behavior, one ball, clump, and cluster models were created and their results were compared. The shape of particle was characterized by circle, triangle, square, and rectangle, respectively. The results showed that as the surface roughness increases, interface strength and friction angle increase and the void ratio increases. The one ball model with smooth surface shows lower interface strength and friction angle than the clump model with irregular surface. In addition, a cluster model has less interface strength and friction angle than the clump model. The failure envelope of the cluster model shows non-linear characteristic. From these findings, it is verified that the surface roughness and particle shape effect on the particle/surface interface shear behavior.
Although a number of constitutive models have been proposed to define the behavior of geotechnical materials including elastic, plastic, and dynamic response, flew numerical models have been developed for the cyclic shear behavior of rock joints or interfaces. Such realistic constitutive models play an important role in analyzing and predicting the response of joints under dynamic loads. The purpose of this research is to verify the constitutive model modified for rough granite joints based on Disturbed State Concept(DSC) model, which has been successfully verified with respect to other materials such as dry sand-steel interface and wet sand-concrete interface. Furthermore, DSC model is compared and verified with respect to cyclic shear tests and numerical analysis results based on Plesha model. Based on the results of this research, it can be stated that DSC model is capable of characterizing the cyclic shear behavior of rough granite joints under dynamic loads.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.1C
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pp.53-62
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2008
A constitutive model, which can simulate the effect of principal stress rotation associated with direct simple shear test, is proposed in this study. The model is based on two mobilized planes. The plastic strains occur from the two mobilized planes, and depend on stress state, and they are added. The first plane is a plane of maximum shear stress, which rotates about the horizontal axis, and the second plane is a horizontal plane which is spatially fixed. The second plane is used to consider the effect of principal stress rotation on simple shear tests under different stress states. The soil skeleton behavior observed in drained simple shear tests is captured in the model. This constitutive model is incorporated into the dynamic coupled stress-flow finite difference program FLAC. The model is first calibrated with drained simple shear tests on loose Fraser River sand. The measured shear stress and volume change are partially induced by principal stress rotation and compared with model calculations. The model is verified by comparing predicted and measured settlements due to rigid footing resting on loose sands. Settlements predicted by the proposed model were very similar to measured settlements. Mohr-Coulomb model can not consider the effect of principal stress rotation and its prediction was only 20% of measured settlements.
This study investigates the existing models for estimating the shear strength of rock joints, presents related problems, and introduces a newly proposed model to overcome the problems. The results of many experimental tests show that the shear strength of a rock joint depends on many complex factors, including asperity angle, compressive strength, applied normal stress, friction angle, asperity cohesive strength, and progressive damage of asperities. However, the existing models do not account for these factors enough. To overcome these problems, Son (2020) developed a new model to estimate the shear strength of rock joints and confirmed its reliability by comparing with experimental results and existing models. In this paper, the developed model was used to investigate the various factors that affect the joint shear strength, and the results were compared and analyzed. Through this study, the factors that affect the shear strength of the rock joint could be identified in more detail.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.4
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pp.321-336
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2012
The shear behavior at the particle/surface interface such as rock joint can determine the mechanical behavior of whole structure. Therefore, a fundamental understanding of the mechanisms governing its behavior and accurately estimation of the interface strength is essential. In this paper, PFC, a numerical analysis program of discrete element method was used to investigate the effects of the surface roughness crushing on interface strength. The surface roughness was characterized by smooth, intermediate, and rough surface, respectively. Particle shape was classified into one ball model of circular shape and 3 ball model of triangular shape. The surface shape was modelled by wall model of non-crushing surface and ball model of crushing surface. The results showed that as the bonding strength of ball model decreases, lower interface strength is induced. After the surface roughness crushing was occurred, the interface strength tended to converge and higher bonding strength induced lower surface roughness crushing. Higher friction angle was induced in wall model and higher surface roughness induced the higher friction angle. From these findings, it is verified that the surface roughness and surface roughness crushing effect on the particle/surface interface shear behavior.
In this study, a constitutive model called the disturbed state concept (DSC) was modified to be applied to the interface shear stress-displacement relationship between geosynthetics. The DSC model is comprised of two reference states, namely the relative intact (RI) and the fully adjusted (FA) state, and one function, namely the disturbance function. This model is a unified approach and can allow for various models as an RI state such as elastic-perfectly plastic model, hierarchical model, and so on. In addition, by using this model, the elastic and plastic displacements can be considered simultaneously. Comparisons between the measured data and predicted results through the parameters determined from four sets of large direct shear tests showed good agreements with each other, especially for the smooth geomembrane-involved interface. Although there are slight differences at peak shear strength for textured geomembrane-involved interface, this model can still be useful to predict the position of displacement at peak strength and the large displacement (or residual) shear strength.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.106-112
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2017
This paper presents a mathematical model derived from the upper-bound theorem of concrete plasticity to rationally evaluate the shear friction strength of concrete interfaces with a construction joint. The upper limit of the shear friction strength was formulated from the limit state of concrete crushing failure on the strut-and-tie action along the construction joints to avoid overestimating the shear transfer capacity of a transverse reinforcement with a high clamping force. The present model approach proposed that the cohesion and coefficient of friction of concrete can be set to be $0.27(f_{ck})^{0.65}$ and 0.95, respectively, for rough construction joints and $0.11(f_{ck})^{0.65}$ and 0.64, respectively, for smooth ones, where $f_{ck}$ is the compressive strength of concrete. From the comparisons with 155 data compiled from the available literature, the proposed model gave lower values of standard deviation and coefficient of variation of the ratios between predictions and experiments than AASHTO and fib 2010 equations, indicating that the proposed model has consistent trends with test results, unlike the significant underestimation results of such code equations in evaluating the shear friction strength.
This paper presents a new constitutive model for numerical modeling the shear behaviour of rough rock joints. The model incorporates the dilatancy of joints on the basis of elasto-plastic theory. Barton's empirical shear strength formular are adopted in the formulation process. The mobilized JRC concept is evoked to address the shear strength hardening and sofrening phenomena. The mobilized JRC in the pre- and post-peak range is approximated by assuming that the variation of JRC is a function of tangential plastic work. Discrete finite joint element is used to implement the proposed constitutive model. The model is validated by the numerical direct shear test on a single joint which is subjected to different boundary conditions. The test results are in good agreement with the experimental observations reported by other authors. The numerical tests also exhibit that the proposed model can simulate the salient features envisaged in the behaviour of rough rock joints.
This paper presents on the shear behavior prediction of reinforced concrete beams using Transformation Angle Truss Model (TATM). The TATM can evaluate the stress-strain relationships for cracked concrete by transforming stresses and strains for principal plane into those over the crack surfaces. This proposed analytical method simplifies the Fixed Angle Softened Truss Model (FA-STM) and removes the limitation of applicability of the FA-STM. The shear.strength and strain of reinforced concrete beams are predicted by using the TATM. For the verification of proposed method, experimental results of reinforced concrete beams were compared with theoretical results by the TATM, FA-STM and Rotating Angle Softened Truss Model (RA-STM).
A Two Mobilized-Plane Model is proposed for monotonic and cyclic soil response including liquefaction. This model is based on two mobilized planes: a plane of maximum shear stress, which rotates, and a horizontal plane which is spatially fixed. By controlling two mobilized planes, the model can simulate the principal stress rotation effect associated with simple shear from different $K_0$ states. The proposed model gives a similar skeleton behaviour for soils having the same mean stress, regardless of $K_0$ conditions as observed in laboratory tests. The soil skeleton behaviour observed in cyclic drained simple shear tests, including compaction during unloading and dilation at large strain is captured in the model. Undrained monotonic and cyclic response is predicted by imposing the volumetric constraint of the water on the drained or skeleton behaviour. This constitutive model is incorporated into the dynamic coupled stress-flow finite difference program of FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua). The model was first calibrated with drained simple shear tests on Fraser River sand, and verified by comparing predicted and measured undrained behaviour of Fraser River sand using the same input parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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