Three-dimensional(3D) numerical analyses have been conducted to study the behaviour of a single pile to adjacent tunnelling conducted in the lateral direction of the pile. In the numerical analyses, the interaction between the tunnel, the pile and the soil next to the pile has been analysed. The study includes the pile settlement, the relative shear displacement between the pile and the soil, the shear stresses at the soil next to the pile and the axial force on the pile. In particular, the shear stress transfer mechanism along the pile related to the tunnel advancement has been rigorously analysed. Due to changes in the relative shear displacement between the pile and the soil next to the pile during the tunnel advancement, the shear stress and the axial force distributions along the pile have been changed. Downward shear stress developed above the tunnel springline (Z/L=0.0-0.7~0.8), while upward shear stress is mobilised below the tunnel springline (Z/L=0.7~0.8-1.0) resulting in compressive force on the pile, where Z is the pile location and L is the pile length. Maximum compressive force of about $0.475P_a$ was developed on the pile after completion of tunnel advancement, where $P_a$ is the allowable pile capacity. Some insights into the pile behaviour to tunnelling obtained from the numerical analyses will be reported and discussed.
Jang, Gi-Soo;Park, Min-Chul;Shin, Hyo-Hee;Lee, Song
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.30-37
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2013
A soft rock fracture zone is an important element for rock slope or earth retaining, however stability studies of earth retaining wall have been lack. Therefore, this study is analyzed for a behavior of earth retaining wall with condition of fracture zone or no fracture zone and then a numerical analysis (Finite Element Method) was performed considering interaction with field monitoring data between ground and structures. As a result, applied horizontal displacement on retaining wall is correspond between result of numerical analysis and field monitoring data and displacement point stress distribution with fracture zone condition analyzed to be stable side but no fracture zone condition is expressed to be unstable side. The results of this study is purpose for applying safety construction as a top priority at field when designing for future.
Kim, Hong-Taek;Kang, In-Kyu;Kwon, Young-Ho;Park, Si-Sam;Cho, Yong-Hoon
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.18
no.3
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pp.87-94
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2002
Recently, there have been numerous attempts to expand the traditional temporary soil nailing system into a permanent wall. Two reasons for this include the soil nailed system's advantage of efficient and economic use of subgrade space and its ability to decrease the total construction cost. However, the systematic and logical design approach has not been proposed yet. The permanent soil nailing wall system, which utilizes precast concrete from soil nailing system, is already used in many countries, but the study of cast-in-place concrete lacing or rigid walls in bottom-up construction of traditional soil nailing walls is imperfect and insufficient. In this paper, various laboratory model tests have been carried out to investigate the influence of parameters, including stiffness of the rigid wall to the soil nailing structure with respect to failure mode, displacement patterns and tensile forces at the nail head in several levels of load. Then, the variation of earth pressure distribution on the soil nailing wall, built with a rigid front plate, is sought through different levels of surcharge load and tensile forces at the nail head.
Drilled shafts are used increasingly as the foundations for many types of structures. However, very little knowledge of drilled shaft behavior under inclined load is available. In this study, a systematic experimental testing program was conducted to understand the undrained behavior of drilled shaft foundations under inclined loads. A semi-theoretical method of predicting the inclined capacity was developed through a parametric study of the variables such as shaft geometry and load inclination. Test parameters were chosen to be representative of those most frequently used in the electric utility industry. Short, rigid shafts with varying depth/diameter(D/B) ratios were addressed, and loading modes were investigated that includes exial uplift, inclined uplift, and inclined compression loads. Capacities were evaluated using the structural interaction formula and an equation developed from this experimental study. This new equation models the laboratory data well and is applicable for the limites field data.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.4
no.4
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pp.319-332
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2002
Domestic masonry railroad tunnel lining consists of red bricks or granite stone blocks and mortar. It is necessary to evaluate the behaviour of the masonry tunnel lining during an earthquake because the lining was constructed without the consideration of seismic loads. In this study, a methodology to evaluate the seismic resistant capacity of masonry tunnel linings was proposed, i.e. material property evaluation and seismic analysis technique. The red brick masonry tunnel lining is arrayed with multi-layers composed of 3 to 5 bricks depending on ground conditions and each brick is attached with mortar. Equivalent property concept was adopted to consider the stiffness difference among the red brick material itself and joints between bricks. Response spectrum analysis was performed by considering ground-structure interactions. A parametric study was performed to figure out the effect of relative stiffness between the lining and rock mass on the seismic behavior. A resonable countermeasure to minimize the earthquake-induced damage was also proposed.
Rammed Aggregate Pier (RAP) method is intermediate foundation between deep and shallow foundation, and it has been built in world wide. RAP represents a relatively new method that has grown steadily over 19 years since Geopier of USA developed this revolutionary method in 1989. The investigation and research in domestic is not accomplished. In this paper, the examined details of different spacing of piles, bearing capacities, respectively, conclude with recommendations on how RAP can be used in future needs. This documentation further provides comparisons of the laboratory test results which were obtained from changing the spacing of piles, namely installed rammed aggregate pier. Laboratory model test was administered in a sand box. Strain control test was conducted to determine the bearing capacities of the piers; 20 mm, 30 mm and 40 mm RAP in diameter using drilling equipment to make holes were installed in sand at initial relative densities of 40%. By comparing different spacing of piles, in this experiment, piles are spaced structually span, form a ring shape, narrowing the distance of each other, to the center. the result shows that as diameter of pier is bigger in diameter, bearing capacity also dramatically increased due to raised stiffness. Also, as the space between each piers was closed, the settlement rate of soil was decreased significantly. From the test results, as the space between each piles were getting closer, it allows greater chances to have more resistance to deformation, and shows more improved stability of structures. After from the verification work which is continuous leads the accumulation of the site measuring data which is various, and bearing capacity and the settlement is a plan where the research will be advanced for optimum installed RAP.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5C
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pp.199-210
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2012
The effects of tunnelling in weak weathered rock on the behaviour of a pre-existing single pile and pile groups ($3{\times}3$ and $5{\times}5$ pile groups) above a tunnel have been studied by carrying out three-dimensional (3D) elasto-plastic numerical analyses. Numerical modelling of such effects considers the response of the single pile and pile groups in terms of tunnelling-induced ground and pile settlement as well as changes of the shear transfer mechanism at the pile-soil interface due to tunnelling. Due to changes in the relative shear displacement between the pile and the soil at the pile-soil interface with tunnel advancement, the shear stresses and axial pile force distributions along the pile change drastically. Based on the computed results, upward shear stresses are induced up to about Z/L=0.775 from the pile top, while downward shear stresses are mobilised below Z/L=0.775, resulting in a reduction in the axial pile force distribution with depth equivalent to a net increase in the tensile force on the pile. A maximum tensile force of about $0.36P_a$ developed on the single pile solely due to tunnelling, where $P_a$ is the service axial pile loading prior to tunnelling. The degree of interface shear strength mobilisation at the pile-soil interface was found to be a key factor governing pile-soil-tunnelling interaction. Overall it has been found that the larger the number of piles, the greater is the effect of tunnelling on the piles in terms of pile settlement, while changes of the axial pile forces for the piles in the groups are smaller than for a single pile due to the shielding effect. The reduction of apparent allowable pile capacity due to tunnelling-induced pile head settlement was significant, in particular for piles inside the groups.
Park, Duhee;Lee, Tae-Hyung;Kim, Hansup;Park, Jeong-Seon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.2
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pp.119-128
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2016
In a performance-based design, the structural safety is estimated from pre-defined damage states and corresponding damage indices. Both damage states and damage indices are well defined for above-ground structures, but very limited studies have been performed on underground structures. In this study, we define the damage states and damage indices of a cut-and-cover box tunnel which is one of typical structures used in metro systems, under a seismic excitation from a series of inelastic frame analyses. Three damage states are defined in terms of the number of plastic hinges that develop within the structure. The damage index is defined as the ratio of the elastic moment to the yield moment. Through use of the proposed index, the inelastic behavior and failure mechanism of box tunnels can be simulated and predicted through elastic analysis. In addition, the damage indices are linked to free-field shear strains. Because the free-field shear strain can be easily calculated from a 1D site response analysis, the proposed method can be readily used in practice. Further studies are needed to determine the range of shear strains and associated uncertainties for various types of tunnels and site profiles. However, the inter-linked platform of damage state - damage index - shear wave velocity - shear strain provides a novel approach for estimating the inelastic response of tunnels, and can be widely used in practice for seismic designs.
Recently, foundations of heavy structures such as bridge abutments have been built on slopes or near the crest of slopes at an increasing rate. Because the bearing capacity of such foundations is considerably lower than the bearing capacity of the same soil on a level ground, deep footings such as piles and caissons are often used. However, the costs of such methods are generally very high. One of the new techniques to overcome the problem is to place reinforcing members such as geosynthetics or metal strips horizontally at some depths beneath the footings. Rational methods of analysis to predict the bearing capacity of footings in reinforced slopes are therefore needed. This paper proposes an analytical method for estimating the increase in bearing capacity gained from the included horizontal strips or ties of tensile reinforcing in the foundation soil below the footing built near the crest of a slope. A failure mechanism, including the concept of'wide slab effect', adopted in the present study for analyzing the bearing capacity of foundations in reinforced slopes, is established through the observed model test behaviors described by Binquet SE Lee and Huang et al, and the Boussinesq solutions. The analytical results are then compared with the experimental data described in the paper by Huang et al. Also in order to properly evaluate the soil reinforcement interaction, typical pullout test values of the apparent friction coefficient, which usually vary with depths owing to both the increase of the shearing volume and the increase in local stress caused by soil dilatancy, are analyzed and related functionally. Furthermore, analytical parametric studies are carried out to investigate the effect and significance of various pertinent parameters associated with design of reinforced slope foundations. Keywords : Bearing capacity, Reinforced slope, Slab effect, Friction coefficient.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.14-19
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2008
This paper presents dynamic infinite element formulations which have been developed for soil-structure interaction analysis both in frequency and in time domains by the present authors during the past twenty years. Axisymmetric, 2D and 3D layered half-space soil media were considered in the developments. The displacement shape functions of the infinite elements were established using approximate expressions of analytical solutions in frequency domain to represent the characteristics of multiple waves propagating into the unbounded outer domain of the media. The proposed infinite elements were verified using benchmark examples, which showed that the present formulations are very effective for the soil-structure interaction analysis either in frequency or in time domain. Example applications to actual interaction problems are also given to demonstrate the capability and versatility of the present methodology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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