Monopile foundations of offshore wind turbines embedded in soft clay are subjected to the long-term cyclic lateral loads induced by winds, currents, and waves, the vibration of monopile leads to the accumulation of pore pressure and cyclic strains in the soil in its vicinity, which poses a threat to the safety operation of monopile. The researchers mainly focused on the hysteretic stress-strain relationship of soft clay and kinds of stiffness degradation models have been adopted, which may consume considerable computing resources and is not applicable for the long-term bearing performance analysis of monopile. In this study, a modified cyclic stiffness degradation model considering the effect of plastic strain and pore pressure change has been proposed and validated by comparing with the triaxial test results. Subsequently, the effects of cyclic load ratio, pile aspect ratio, number of load cycles, and length to embedded depth ratio on the accumulated rotation angle and pore pressure are presented. The results indicate the number of load cycles can significantly affect the accumulated rotation angle of monopile, whereas the accumulated pore pressure distribution along the pile merely changes with pile diameter, embedded length, and the number of load cycles, the stiffness of monopile can be significantly weakened by decreasing the embedded depth ratio L/H of monopile. The stiffness degradation of soil is more significant in the passive earth pressure zone, in which soil liquefaction is likely to occur. Furthermore, the suitability of the "accumulated rotation angle" and "accumulated pore pressure" design criteria for determining the required cyclic load ratio are discussed.
Liquefaction may be caused by sudden decrease in the soil strength under undrained conditions. This loss of soil strength is related to the development of excess pore pressures. During this study, fines content affects the maximum and minimum void ratios are investigated. The results of static and cyclic triaxial test on silty saturated sands are presented. These tests are performed to evaluate liquefaction strength and static and cyclic behavior characteristics. The samples are obtained from Saemangeum and drying on air. The main results are summarized as follows : 1) The maximum and minimum void ratio lines follow similar trends. 2) Maximum and minimum void ratios are established at 20~30% fines content. 3) As confining pressures and overconsolidation ratio are increased, the resistance to liquefaction are increased. 4) Instability friction angles are increased with increasing initial relative density. 5) The resistance to liquefaction are decreased with increasing effective stress ratio.
Seo Kyung-Bum;Choi Mun-Gyu;Kim Soo-Il;Park Inn-Joon
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.21
no.7
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pp.13-20
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2005
For experimental study on the effect of particle size distribution on the liquefaction resistance strength, particle size distribution curves of the dredged soil were investigated. In this process, four mean particle sizes and three uniformity coefficients were defined representatively and twelve representative particle size distribution curves which have different mean particle size and uniformity coefficient, were defined and manufactured by using the real dredged river soil. Cyclic triaxial tests and resonant column tests were carried out to analyze the effect of mean particle size and uniformity coefficient on the liquefaction resistance strength and dynamic characteristics.
In the element test for coarse granular materials, the grain size distributions of the materials are often adjusted, in case the grain size of coarse material in the field is larger than the available maximum grain size of the laboratory test equipment. In this study, we carried out the large cyclic triaxial test to evaluate the effect of the grain size distribution adjustment on Young's modulus in small to intermediate strain level. The test results showed that the coarse granular materials with the adjusted grain size distribution underestimated Young's modulus of the original materials. The difference of Young's modulus was larger in small strain level than in intermediate strain level.
This paper presents a hypoplastic model for three-dimensional analysis of concrete structures under monotonic, cyclic, proportional and non-proportional loading. The constitutive model is based on the concept of equivalent uniaxial strains that allows the assumed orthotropic model to be described via three equivalent uniaxial stress-strain curves. The characteristics of these curves are obtained from the ultimate strength surface in the principal stress space based on the Willam-Warnke curve. A cap model is added to consider loading along or near the hydrostatic axis. The equivalent uniaxial curve is based on the Popovics and Saenz models. The post-peak behavior is adjusted to account for the effects of confinement and to describe the change in response from brittle to ductile as the lateral confinement increases. Correlation studies with available experimental tests are presented to demonstrate the model performance. Tests with monotonic loading on specimens under constant lateral confinement are considered first, followed by biaxial and triaxial tests with cyclic loads. The triaxial test example considers non-proportional loading.
Park, Keun-Bo;Choi, Jae-Soon;Park, Inn-Joon;Kim, Ki-Poong;Kim, Soo-Il
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.24
no.3
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pp.35-51
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2008
In this paper, the application of the DSC model to the analysis of liquefaction potential is examined through experimental and analytical investigations. For more realistic description of dynamic responses of saturated sands, the DSC model was modified based on the dynamic effective stress path and excess pore pressure development. Both static and cyclic undrained triaxial tests were performed for sands with different relative densities and confining stresses. Based on test results, a classification of liquefaction phases in terms of the dynamic effective stress path and the excess pore pressure development was proposed and adopted into the modified DSC model. The proposed methods using the original and modified DSC models were compared with examples with different relative densities and confining stresses. Based on the comparisons between the predicted results using the original and modified DSC models and experimental data, the parameters required to define the model were simplified. It was also found that modified model more accurately simulate initial liquefaction and dynamic responses of soil under cyclic undrained triaxial tests.
SCP is a construction method that maximizes the effects of ground improvement by creating sand piles, which are formed by the compaction within soft ground. SCP is mainly used for consolidation and drain effects in clayey soils, and as a liquefaction countermeasure through effects such as compaction in loose sandy soils. In the design of SCP, if the sand piles with high stiffness are not taken into account, it can become a design that overly considered safety, and increased construction costs are highly likely to cause economic disadvantages. The changes in stress conditions and compaction mechanisms in the subsurface have been identified to a certain extent by study findings to date. However, the studies that considered SCP and in-situ ground as composite ground are fairly limited, and therefore, those studies have not achieved enough results to fully explain the relevant topics. In this study, the ground improved by SCP was regarded as the composite ground that consists of SCP and in-situ ground. Moreover, employing a CID test, this study examined the changes in the stress conditions of in-situ ground according to the installation of SCP through the relations between $K_0$ and SCP replacement ratio. At the same, whether the SCP installation procedure can be recreated in a laboratory was examined using a cyclic triaxial test. According to the test results, the changes in the stress conditions of the original ground occurred most largely in an initial stage of SCP installation, and after a certain time point, the vibration for SCP installation did not have a great influence on the changes in the stress conditions of the ground. Moreover, in order to recreate the behaviors of in-suit ground according to SCP in a laboratory, cyclic loading, which corresponds to casing vibration, was concluded to be essentially required.
In this study, cyclic shear characterics of sand-clay mixtures were analyzed. In order to perform cyclic triaxial tests on sand clay mixtures, natural clays with activity and silica sand were mixed variously to reproduce soils with wide range of grain size compositions. Test specimens with various fines contents were prepared by the moisture compaction and pre-consolidation methods, while paying attention to the void ratio expressed in terms of the sand structure and clay structures, and undrained cyclic shear tests were performed. In the test results, cyclic shear strength decreased with increasing of sand granular void ratio below 20% of fine contents. When the granular void ratio of the test specimen exceeded the maximum void ratio of the silica sand, the clay matrix dominated the soil structure, and soil structures were not influenced by compaction energy. It was observed that, the matrix structure of the coarse particles has great effect on the undrained cyclic shear strength characteristics for sand-clay mixtures, and therefore, it is more appropriate to pay more attention to the density of the sand structure, rather than to the fines content.
Artificial neural networks are efficient computing techniques that are widely used to solve complex problems in many fields. In this paper a liquefaction potential was estimated by using a back propagation neural network model applicated to cyclic triaxial test data, soil parameters and site investigation data. Training and testing of the network were based on a database of 43 cyclic triaxial test data from 00 sites. The neural networks are trained by modifying the weights of the neurons in response to the errors between the actual output values and the target output value. Training was done iteratively until the average sum squared errors over all the training patterns were minimized. This generally occurred after about 15,000 cycles of training. The accuracy from 72% to 98% was shown for the model equipped with two hidden layers and ten input variables. Important effective input variables have been identified as the NOC,$D_10$ and (N$_1$)$_60$. The study showed that the neural network model predicted a CSR(Cyclic shear stress Ratio) of silty-sand reasonably well. Analyzed results indicate that the neural-network model is more reliable than simplified method using N value of SPT.
The analysis of long-term performance of pavement sections under wheel loads is normally conducted in two separated steps. First the resilient behavior of the pavement is calculated assuming the pavement is a layered or discrete elastic medium, and then the permanent deformation is evaluated based on empirical permanent displacement equations. Material properties required in both steps can be obtained from cyclic triaxial tests, in other words, resilient and permanent deformation tests. While this analytical approach is simple and convenient, it does not consider the modulus degradation caused by cyclic loads, and some types of reinforcements such as geosynthetic cannot be modeled in this type of analysis. A model for degraded secant modulus is proposed and suggested to be used for the analysis of permanent behavior of unpaved roadway sections. The parameter for suggested model can be obtained from cyclic triaxial tests, regular practice in pavement engineering. Examples to estimate the model parameters are presented based on both laboratory permanent deformation test and large-scale plate load test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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