Kim, Jin-Man;Ryu, Jeong-Ho;Son, Su-Won;Na, Ho-Young;Son, Jeong-Woong
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.27
no.12
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pp.107-116
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2011
Rigid soil containers (or rigid boxes) are often used for 1g shaking table tests. The rigid boxes, however, do not accurately simulate the amplification of ground acceleration and phase difference of seismic motion in the model ground due to the confinement of shear deformation and the reflection of seismic wave at the box walls. Laminar soil containers (or laminar shear boxes) can simulate the free field motion at convincingly superior accuracy than the rigid ones. In this study, the soft ground is modeled for both types of boxes and is subjected to seismic loading using a 1g shaking table. The comparison of the results using the two types of soil containers illustrates that, in case of the rigid box, the ground acceleration shows non uniform distribution and the phase synchronization of input motion. Whereas, the dynamic behavior of the laminar shear box shows good agreement with the free field behaviors such as the amplification of ground acceleration and the occurrence of phase difference.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.25
no.3
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pp.111-119
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2021
A shear wall is a structural member designed to effectively resist in-plane lateral forces, such as strong winds and earthquakes. Due to its efficiency and stability, shear walls are often installed in residential buildings and essential facilities such as nuclear power plants. In this research, to predict the results of the shaking table test of the three-story shear wall RC structure hosted by the Korea Atomic Energy Research Institute, three types of numerical modeling techniques are proposed: Preliminary, Calibrated 1, and Calibrated 2 models, in order of improvement. For the proposed models, an earthquake of the 2016 Gyeongju, South Korea (peak ground acceleration of 0.28 g) and its amplified earthquake (peak ground acceleration of 0.50 g) are input. The response spectra of the measuring points are obtained by numerical analysis. Good agreement is observed in the comparisons between the experiment results and the simulation conducted on the finally adopted numerical model, Calibrated 2. In the process of improving the model, this paper investigates the influences of the mode shape, material properties, and boundary conditions on the structure's seismic behavior.
During earthquake, force components acting on quay walls consist of inertia force, earth pressure and water pressure. The earth pressure is largely influenced by the backfill condition such as soil density and the installation of gravel backfill. Therefore, shaking table tests were performed by using four different model sections, which were designed by varying the soil density and the backfill materials. The magnitude and the phase of force components acting on quay wall were analyzed. Test results showed that the gravel backfill and the soil compaction were effective to reduce the excess pore pressure in backfill and the magnitude and phase of backfill thrust were much influenced by the excess pore pressure in backfill. When the input acceleration was 0.10g, the average ratios of the inertia force, the front dynamic water force and the thrust to the total force were $64\%,\;21\%\;and\;16\%$, respectively. As the excess pore pressure increased, the ratio of the thrust to the total force increased.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.6
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pp.1061-1071
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2018
A subsea tunnel, being a super-sized underground structure must ensure safety at the time of earthquake, as well as at ordinary times. At the time of earthquake, in particular, of a subsea tunnel, a variety of response behaviors are induced owing to relative rigidity to the surrounding ground, or difference of displacement, so that the behavior characteristics can be hardly anticipated. The investigation aims to understand the behavior characteristics switched by earthquake of an imaginary subsea tunnel which passes through a fault zone having different physical properties from those of the surrounding ground. In order to achieve the aim, dynamic response behaviors of a subsea tunnel which passes through a fault zone were observed by means of indoor experiments. For the sake of improved earthquake resistance, a shape of subsea tunnel to which flexible segments have been applied was considered. Afterward, it is believed that a D/B can be established through 3-dimensional earthquake resistance interpretation of various grounds, on the basis of verified results from the experiments and interpretations under various conditions. The present investigation performed 1 g shaking table test in order to verify the result of 3-dimensional earthquake resistance interpretation. A model considering the similitude (1:100) of a scale-down model test was manufactured, and tests for three (3) Cases were carried out. Incident seismic wave was introduced by artificial seismic wave having both long-period and short-period earthquake properties in the horizontal direction which is rectangular to the processing direction of the tunnel, so that a fault zone was modeled. For numerical analysis, elastic modulus of the fault zone was assumed 1/5 value of the modulus of individual grounds surround the tunnel, in order to simulate a fault zone. Resultantly, reduced acceleration was confirmed with increase of physical properties of the fault zone, and the result from the shaking table test showed the same tendency as the result from 3-dimensional interpretation.
Numerical analysis using 3D finite element program (PLAXIS 3D) evaluated the interaction of soil - pile structure under dynamic surface loading. The dynamic p-y curve of the 1-g shaking table experiment by numerical analysis was calculated, and the parametric studies were presented by considering the pile-soil condition, the pile tip condition, and the loading condition. The frequency of 1.4 Hz is almost equal to the natural frequency of the pile - soil system. The p and y values of resonance phenomenon are significantly different from the results of other frequencies. The results can be summarized by a third order polynomial function representing the trend line in the p-y curve. In the case of a single pile, the shape of the dominant curve was found to be an ellipse by mathematical proof. The elliptic equation can be used for the dynamic design or analysis of soil-pile system.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.188-197
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2010
This paper presents experimental results of a series of 1-g shaking table model tests performed on end-bearing single piles and pile groups to investigate the effect of particle size on the dynamic behavior of soil-pile systems. Two soil-pile models consisting of a single-pile and a $4{\times}2$-pile group were tested twice; first using Jumoonjin sand, and second using Australian Fine sand, which has a smaller particle size. In the case of single-pile models, the lateral displacement was almost within 1% of pile diameter which corresponds to the elastic range of the pile. The back-calculated p-y curves show that the subgrade reaction of the Jumoonjin-sand-model ground was larger than that of the Australian Fine-sand-model ground at the same displacement. This phenomenon means that the stress-strain behavior of Jumoonjin sand was initially stiffer than that of Australian Fine sand. This difference was also confirmed by resonant column tests and compression triaxial tests. And the single pile p-y backbone curves of the Australian fine sand were constructed and compared with those of the Jumoonjin sand. As a result, the stiffness of the p-y backbone curves of Jumunjin sand was larger than those of Australian fine sand. Therefore, using the same p-y curves regardless of particle size can lead to inaccurate results when evaluating dynamic behavior of soil-pile system. In the case of the group-pile models, the lateral displacement was much larger than the elastic range of pile movement at the same test conditions in the single-pile models. The back-calculated p-y curves in the case of group pile models were very similar in both sands because the stiffness difference between the Jumoonjin-sand-model ground and the Australian Fine-sand-model ground was not significantly large at a large strain level, where both sands showed non-linear behavior. According to a series of single pile and group pile test results, the evaluation group pile effect using the p-multiplier can lead to inaccurate results on dynamic behavior of soil-pile system.
In this study, a series of 1 g shaking table model pile tests were carried out in saturated dense and loose sand to evaluate dynamic p-y curves for various conditions of flexural stiffness of a pile shaft, acceleration frequency and acceleration amplitude for input loads. Dynamic p-y backbone curve which can be applied to pseudo static analysis for saturated dense sand was proposed as a hyperbolic function by connecting the peak points of the experimental p-y curves, which corresponded to maximum soil resistances. In order to represent the backbone curve numerically, empirical equations were developed for the initial stiffness ($k_{ini}$) and the ultimate capacity ($p_u$) of soils as a function of a friction angle and a confining stress. The applicability of a p-y backbone curve was evaluated based on the centrifuge test results of other researchers cited in literature, and this suggested backbone curve was also compared with the currently available p-y curves. And also, the scaling factor ($S_F$) to account for the degradation of soil resistance according to the excess pore pressure was developed from the results of saturated loose sand.
Kim, Seong-Hwan;Na, Seon-Hong;Han, Jin-Tae;Kim, Sung-Ryul;Sun, Chang-Guk;Kim, Myoung-Mo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.27
no.5
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pp.85-92
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2011
The dynamic behavior of piles becomes very complex due to soil-pile dynamic interaction, soil non-linearity, resonance phenomena of soil-pile system and so on. Therefore, the proper numerical simulation of the pile behavior needs much effort and calculation time. In this research, a new modeling method, which can be applied to the conventional finite difference analysis program FLAC 3D, was developed to reduce the calculation time. The soil domain in this method is divided into a near-field region and a far-field region, which is not influenced by the soil-pile dynamic interaction. Then, the ground motion of the far-field is applied to the boundaries of the near-field instead of modeling the far-field region as finite meshes. In addition, the soil non-linearity behavior is modeled by using the hysteretic damping model, which determines the soil tangent modulus as a function of shear strain and the interface element was applied to simulate the separation and slip between the soil and pile. The proposed method reduced the calculation time by as much as one third compared with a usual modeling method and maintained the accuracy of the calculated results. The calculated results by the proposed method showed a good agreement with the prototype pile behavior, which was obtained by applying a similitude law to the 1-g shaking table test results.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.4
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pp.337-346
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2020
Traffic jam and congestion in urban areas has caused the need to improve the utility of underground space. In response, research on underground structures is increasingly being conducted. Notably, a double-deck tunnel is one of the most widely used of all those underground structures. This double-deck tunnel is separated by the middle slab into the upper and lower roadways. Both vehicle load and earthquake load cause the middle slab to exhibit dynamic behavior. Earthquake-related response characteristics, in particular, are highly complex and difficult to interpret in a theoretical context, and thus experimental research is required. The aim of the present study is to assess the stability of a double-deck tunnel's middle slab of the Collapse Prevention Level and Seismic Category 1 with regard to the presence of vibration-damping Rubber Bearings. In vibration table tests, the ratio of similitude was set to 1/4. Linings and vibrating platforms were fixed during scaled model tests to represent the integrated behavior of the ground and the applied models. In doing so, it was possible to minimize relative behavior. The standard TBM cross-section for the virtual double-deck tunnel was selected as a test subject. The level of ground motion exerted on the bedrock was set to 0.154 g (artificial seismic wave, Collapse Prevention Level and Seismic Category 1). A seismic wave with the maximum acceleration of 0.154 g was applied to the vibration table input (bedrock) to analyze resultant amplification in the models. As a result, the seismic stability of the middle slab was evaluated and analyzed with respect to the presence of vibration-damping rubber bearings. It was confirmed that the presence of vibration-damping rubber bearings improved its earthquake acceleration damping performance by up to 40%.
This paper presents experimental results of a series of 1-g shaking table model tests performed on end-bearing single piles and pile groups to investigate the effect of particle size on the dynamic behavior of soil-pile systems. Two soil-pile models were tested twice: first using Jumoonjin sand, and second using Australian Fine sand. In the case of single-pile models, the lateral displacement was almost within 1% of pile diameter which corresponds to the elastic range of the pile. The back-calculated p-y curves show that the subgrade reaction of the Jumoonjin-sand-model ground was larger than that of the Australian Fine-sand-model ground at the same displacement. This phenomenon means that the stress-strain behavior of Jumoonjin sand was initially stiffer than that of Australian Fine sand. This difference was also confirmed by resonant column tests and compression triaxial tests. And the single pile p-y backbone curves of the Australian fine sand were constructed and compared with those of the Jumoonjin sand. As a result, the stiffness of the p-y backbone curves of Jumunjin sand was larger than those of Australian fine sand. Therefore, using the same p-y curves regardless of particle size can lead to inaccurate results when evaluating dynamic behavior of soil-pile system. In the case of the group-pile models, the lateral displacement was much larger than the elastic range of pile movement at the same test conditions in the single-pile models. The back-calculated p-y curves in the case of group pile models were very similar in both sands because the stiffness difference between the Jumoonjin-sand-model ground and the Australian Fine-sand-model ground was not significantly large at a large strain level, where both sands showed non-linear behavior. According to a series of single pile and group pile test results, the evaluation group pile effect using the p-multiplier can lead to inaccurate results on dynamic behavior of soil-pile system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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