In this paper, a modified rigid body spring model (RBSM) is proposed and used to analyze the damage and failure process of reinforced concrete (RC) structures. In the proposed model, the concrete is represented by an assembly of rigid blocks connected with a uniform distribution of normal and tangential springs to simulate the macroscopic mechanical behavior of concrete. Steel bars are evenly dispersed into rigid blocks as a kind of homogeneous axial material, and an additional uniform distribution of axial and dowel springs is defined to consider the axial stiffness and dowel action of steel bars. Perfect bond between the concrete and steel bars is assumed, and tension stiffening effect of steel bars is modeled by adjusting the constitutive relationship for the tensile reinforcement. Adjacent blocks are allowed to separate at the contact interface, which makes it convenient and easy to simulate the cracking process of concrete. The failure of the springs is determined by the Mohr-Coulomb type criterion with the tension and compression caps. The effectiveness of the proposed method is confirmed by elastic analyses of a cantilever beam under different loading conditions and failure analyses of a RC beam under two-point loading.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.2
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pp.115-123
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1989
A computer program evaluating the pile downdrag is developed using the conventional elastic solid method. Modification of the conventional method has been performed by introducing the concept of critical relative displacement. A simple transfer function method which employes the critical relative displacement as a pile-soil slip criterion and calculates downdrag by Mohr-Coulomb equation, has also been developed. The results of three methods are all found to be in good agreement with field observations. When they are applied to a centrifuge modeling problem of pile downdrag to predict its result, however, diverse answers are obtained. Overall, the simple transfer function method developed in this study seems to be the most effective in the evaluation of pile downdrag, considering the quality of its result and its efficiency in computation.
Zheng, De-Feng;Nian, Ting-Kai;Liu, Bo;Yin, Ping;Song, Lei
Geomechanics and Engineering
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v.8
no.3
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pp.461-476
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2015
Rankine's theory of earth pressure cannot be directly employed to c-${\phi}$ soils backfill with a sloping ground subjected to complex loadings. In this paper, an analytical solution for active earth pressures on retaining structures of cohesive backfill with an inclined surface subjected to surcharge, pore water pressure and seismic loadings, are derived on the basis of the lower-bound theorem of limit analysis combined with Rankine's earth pressure theory and the Mohr-Coulomb yield criterion. The generalized active earth pressure coefficients (dimensionless total active thrusts) are presented for use in comprehensive design charts which eliminate the need for tedious and cumbersome graphical diagram process. Charts are developed for rigid earth retaining structures under complex environmental loadings such as the surcharge, pore water pressure and seismic inertia force. An example is presented to illustrate the practical application for the proposed coefficient charts.
In this study, we propose a three-dimensional simplified slope stability analysis using a hybrid-type penalty method (HPM). In this method, a solid element obtained by the HPM is applied to a column that divides the slope into a lattice. Therefore, it can obtain a safety factor in the same way as simplified methods on the slip surface. Furthermore, it can obtain results (displacement and strain) that cannot be obtained by conventional limit equilibrium methods such as the Hovland method. The continuity condition of displacement between adjacent columns and between elements for each depth is considered to incorporate a penalty function and the relative displacement. For a slip surface between the bottom surface and the boundary condition to express the slip of slope, we introduce a penalty function based on the Mohr-Coulomb failure criterion. To compute the state of the slip surface, an r-min method is used in the load incremental method. Using the result of the simple three-dimensional slope stability analysis, we obtain a safety factor that is the same as the conventional method. Furthermore, the movement of the slope was calculated quantitatively and qualitatively because the displacement and strain of each element are obtained.
A series of direct shear tests were conducted to investigate the frictional properties of the interface between structures and the filling soil of Chongqing airport fourth stage expansion project. Two types of structures are investigated, one is low carbon steel and the other is the bedrock sampled from the site. The influence of soil water content, surface roughness and material types of structure were analyzed. The tests show that the interface friction and shear displacement curve has no softening stage and the curve shape is close to the Clough-Duncan hyperbola, while the soil is mainly shear contraction during testing. The interface frictional resistance and normal stress curve meets the Mohr-Coulomb criterion and the derived friction angle and frictional resistance of interface increase as surface roughness increases but is always lower than the internal friction angle and shear strength of soil respectively. When surface roughness is much larger than soil grain size, soil-structure interface is nearly shear surface in soil. In addition to the geometry of structural surface, the material types of structure also affects the performance of soil-structure interface. The wet interface frictional resistance will become lower than the natural one under specific conditions.
In this paper, the three dimensional Parallel Realistic Failure Process Analysis ($RFPA^{3D}$-Parallel) code based on micromechanical model is employed to investigate the bonding behavior in FRP sheet bonded to concrete in single shear test. In the model, the heterogeneity of brittle disordered material at a meso-scale was taken into consideration in order to realistically demonstrate the mechanical characteristics of FRP-to-concrete. Modified Mohr-coulomb strength criterion with tension cut-off, where a stressed element can damage in shear or in tension, was adopted and a stiffness degradation approach was used to simulate the initiation, propagation and growth of microcracks in the model. In addition, a Master-Slave parallel operation control technique was adopted to implement the parallel computation of a large numerical model. Parallel computational results of debonding of FRP-concrete visually reproduce the spatial and temporal debonding failure progression of microcracks in FRP sheet bonded to concrete, which agrees well with the existing testing results in laboratory. The numerical approach in this study provides a useful tool for enhancing our understanding of cracking and debonding failure process and mechanism of FRP-concrete and our ability to predict mechanical performance and reliability of these FRP sheet bonded to concrete structures.
Charts are used extensively in slope practical application to meet the need of quick assessment of rock slope design. However, Charts for estimating the shear strength of the rock mass of a slope are considerably limited. In this paper, based on the Hoek-Brown (HB) criterion which is widely used in rock slope engineering, we present charts which can be used to estimate the Mohr-Coulomb (MC) parameters angle of friction ${\phi}$ and cohesion c for given slopes. In order to present the proposed charts, we firstly present the derivation of the theoretical relationships between the MC parameters and ${\sigma}_{ci}/({\gamma}H)$ which is termed the strength ratio (SR). It is found that the values of $c/{\sigma}_{ci}$ and ${\phi}$ of a slope depend only on the magnitude of SR, regardless of the magnitude of the individual parameters ${\sigma}_{ci}$(uniaxial compressive strength), ${\gamma}$(unit weight) and H (slope height). Based on the relationships between the MC parameters and SR, charts are plotted to show the relations between the MC parameters and HB parameters. Using the proposed charts can make a rapid estimation of shear strength of rock masses directly from the HB parameters, slope geometry and rock mass properties for a given slope.
Kim, Jun-Mo;Lee, Sungho;Park, Jai-Yong;Kihm, Jung-Hwi;Park, Sangho
Geomechanics and Engineering
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v.20
no.3
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pp.175-189
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2020
A set of relatively simple five local shear and tension failure variables is presented and then implemented into a generalized poroelastic hydromechanical numerical model to analyze failure potential and stability of variably saturated geologic media. These five local shear and tension failure variables are formulated from geometrical relationships between the Mohr circle and the Mohr-Coulomb failure criterion superimposed with the tension cutoff, which approximate together the Mohr effective stress failure envelope. Finally, fully coupled groundwater flow and land deformation in two variably saturated geologic media, which are associated with a slope (Case 1) and a tunnel (Case 2), respectively, and their failure potential and stability are simulated using the resultant hydromechanical numerical model. The numerical simulation results of both cases show that shear and tension failure potential and stability of variably saturated geologic media can be analyzed numerically simply and efficiently and even better by using the five local shear and tension failure variables as a set than by using the conventional factors of safety against shear and tension failures only.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.4
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pp.720-738
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2015
This study examined the dynamic response of a subsea pipeline under an impact load to determine the effect of the seabed soil. A laboratory-scale soil-based pipeline impact test was carried out to investigate the pipeline deformation/strain as well as the interaction with the soil-pipeline. In addition, an impact test was simulated using the finite element technique, and the calculated strain was compared with the experimental results. During the simulation, the pipeline was described based on an elasto-plastic analysis, and the soil was modeled using the Mohr-Coulomb failure criterion. The results obtained were compared with ASME D31.8, and the differences between the analysis results and the rules were specifically investigated. Modified ASME formulae were proposed to calculate the precise structural behavior of a subsea pipeline under an impact load when considering sand- and clay-based seabed soils.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.321-328
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2002
Various geosynthetics used as liners or the Protection layers are installed in the solid waste landfill. The interface shear strength between geosynthetics installed at the slope of the landfill is a very important variable for the safe design of bottom and cover systems in the solid waste landfill. The interface shear strengths between (1) Geomembrane(GM)/Geotexile(GT) and (2) Geomembrane(GM)/Geosynthetic Clay Liner(GCL) were estimated by a large direct shear test in this study and were evaluated by the Mohr-Coulomb failure criterion. Especially, this research is focused on the effect of water which exists between geosynthetics because interfaces become easily wet or hydrated by rain, leachate and groundwater beneath liners. The strength reduction at large displacement and the effects of the magnitude of normal stresses and GCL hydration methods also investigated. The test results showed that the interface shear strength and shear behavior varied depending upon the magnitude of normal stresses, water at the interface, and hydration methods. Summary of secant friction angles, which could be used as reference values at a site where similar geosynthetics are installed, together with normal stress and hydration condition are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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