Kim, Bumjoo;Kim, Khiwoong;Lee, Seungho;Hwang, Youngcheol;Park, Dongsoon
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.9
no.1
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pp.47-54
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2008
In this study, the effect of water content condition was investigated on the Mohr-Coulomb shear strength parameters which are commonly used as the input data in the soil slope analysis. For the purpose, a series of direct shear test was conducted in different water content conditions on the two types of weathered soils and a dam core material, obtained from the domestic slope construction sites and the dam construction site, respectively. The comparisons between the values of the Mohr-Coulomb ${\phi}_{peak}$ and $c_{peak}$, estimated from the relationships between the normal stress and the peak shear stress for the samples in the four different water content conditions (i.e., dry side, optimum, wet side, and saturated), showed that overall, the values of $c_{peak}$ decreased gradually while those of ${\phi}_{peak}$ did not vary much with increasing the water content. A rough estimate for the varying ratio of the values of ${\phi}_{peak}$ and $c_{peak}$ indicated that the values of $c_{peak}$ decreased by every 25% of the $c_{peak}$ values in dry side, while those of ${\phi}_{peak}$ were constant, as the water content condition changed from dry, optimum, and wet to saturated, respectively.
There were many ground excavation projects from past to present to make effective use of the limited land. And it is very important to predict the ground behavior depending on construction stage for ground excavation. Excavation of the ground involves changes in the stress and displacement of the ground around the excavated surface. Thus it affects the stability of the adjacent structure as well as the excavated surface. Therefore, it is very important to predict the ground behavior and stability of adjacent structure. And nowadays, numerical analysis methods are most often used to predict the effects of ground excavation. Recent, improvements of numerical analysis programs, along with improved computer performance, have helped solve complicated ground problems. However, except some specialized numerical analysis, most numerical analysis often predicts larger excavation floor displacement than field data due to adopt the Mohr-Coulomb analysis model. As a result, it raise the problem that increasing the amount of support on ground and structure. In this study, ground behavior analysis depending on analysis model (Mohr-Coulomb, Duncan-Chang, Modified Mohr-Coulomb and Hardening Soil model) has been carried out through the numerical analysis. When numerical analysis is carried out, this study is expected to be used as a basic data for adopting a suitable analysis model in various ground excavation project.
The Mohr-Coulomb model is mainly used in evaluating the behavior of the ground in numerical analyses of domestic ground excavation. This study analyzes its limitations and compares its numerical results with the hyperbolic model, a model that closely follows actual ground behavior during excavation. Recent applications of the Mohr-Coulomb model in Korea have tended to impose arbitrary special boundary conditions to control the problem of excessive heaving of the ground excavation surface. This adjustment only controls the size of the heaving of the excavation surface, implying that the ground behavior is distorted from the actual behavior. This study compares results from the hyperbolic model (hardening soil model) and the Mohr-Coulomb model, and confirms that the hyperbolic model provides both a more-suitable solution to the problem of heaving during excavation and the actual stress-strain behavior. In numerical analyses of ground excavation, the hyperbolic model is expected to give results consistent with the actual ground behavior.
We analyzed the Coulomb stress transfer near a small-scale reverse fault. For the modeling we used the geometry of a Quaternary fault in Gyeongju area, Eupcheon fault. For an assumed reverse faulting slip of 10cm, the resulting values of the Coulomb stress change are relatively higher (>2 bar) near the edges (both downward and lateral) of the fault, and diminish slightly upward and downward. The equivalents are negative in the zone immediately below and above the fault, exhibiting a "T" shape of low stress zone in the vertical profile of the fault. This study demonstrates the possible ranges and directions the aftershock energy would propagates after a reverse faulting.
A new failure criterion for concrete, which takes into account the effect of the intermediate principal stress, is proposed. The new criterion, which takes the advantages from both the Mohr-Coulomb and the Willam-Warnke criteria, is linear in the meridian section, while its octahedral section is always smooth and convex. Fitting the triaxial compression data with the proposed criterion shows the high performance of the new criterion. A new formula for the factor of safety of concrete is defined based on the new failure criterion and it is employed in the stability analysis of the concrete plugs installed in the pilot plant. The new formula for the factor of safety measures the degree of closeness of a stress state to the failure surface in the octahedral plane. Finally, 3-D finite element analyses of pilot plant were carried out to obtain the stress distributions in the plugs. Then, the stress distributions are converted to those of factor of safety by use of the proposed formula. Based on the distribution of factor of safety in the concrete plugs, the stability of the tapered and wedge-shaped plugs is evaluated.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.3
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pp.263-273
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2007
When a tunnel or an underground structure is excavated in deep geological environments, the failure process is affected and eventually dominated by stress-induced fractures growing preferentially parallel to the excavation boundary. This fracturing is generally referred to as brittle failure by spatting and slabbing. Continuum models with traditional failure criteria such as Hoek-Brown or Mohr-Coulomb criteria have not been successful in prediction of the extent and depth of brittle failure. Instead cohesion weakening and frictional strengthening (CWFS) model is known to predict brittle failure well. In this study, CWFS model was applied to predict the brittle failure around a circular opening observed in physical model experiments. To obtain the input parameters for CWFS model, damage-controlled tests were carried out. The predicted depth and extent of brittle failure using CWFS model were compared to the results of the physical model experiment and numerical simulation using traditional model.
The structure such as underground external walls of buildings, conduit and box culvert supports the surcharge loads (point, strip and line loads) . The vertical and horizontal stresses in a soil mass depend on the backfill width and wall friction, etc. The investigations described in this paper is designed to identify the magnitude and the distributions of the lateral and vertical pressure which is occurred by the narrowly backfilled soil in an open cut by the surcharge loads. For these purposes, model tests were performed for various width of backfill in a model test box by considering the wall friction using carbon rods. The results of test were compared with the theories of Weissenbach and VS Army Code and also with the results of the numerical analysis using finite difference method which introduces Mohr-Coulomb failure hypothesis.
Implementing the generalized Hoek-Brown failure criterion in the framework of the Mohr-Coulomb criterion requires the calculation of the equivalent friction angle and cohesion. In the conventional method based on the Balmer (1952)'s theory, the tangential instantaneous friction angle and cohesion are expressed in terms of the minimum principal stress ${\sigma}_3$, which does not provide the information about the dependency of the equivalent parameters on the hydrostatic pressure and the stress path. In this study, this defect of the conventional method has been overcome by representing the equivalent parameters in terms of stress invariants. Through the example implementation of the new method, the influence of the magnitude of the hydrostatic pressure and the Lode angle on the tangential instantaneous friction angle and cohesion is investigated. It turns out that the tangential instantaneous friction angle is maximum when the stress condition is triaxial extension, while the tangential cohesion is maximum when the stress condition is triaxial compression. The dependency of the equivalent Mohr-Coulomb strength parameters on the hydrostatic pressure and the Lode angle tends to be more substantial for the favorable rockmass of larger GSI value.
This paper performs laboratory experiments for borehole stability considering temperature and true triaxial stress condition, and observes a thermo-mechanical behavior of the rock under stress and temperature conditions of deep underground. China yellow sandstone and Hwangdeung granite specimens were used to perform a true triaxial compression test. Mechanical tests were carried out under nine confining pressure conditions, and thermo-mechanical tests using granite samples were carried out under six confining pressure conditions at 60-100℃. In the mechanical tests, maximum principal stress at borehole breakout was proportional to intermediate principal stress. In the thermo-mechanical tests, it was confirmed that thermal stress is added to the stress field of the borehole with the increase in temperature, resulting in additional breakout progress. To analyze the results of the laboratory experiment, Mogi-Coulomb failure criterion was used. The results of traditional triaxial compression test on cylindrical specimens and borehole breakout under true triaxial compressions matched well with Mogi-Coulomb failure criterion.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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