Natural rock mass contains defects of different shapes, usually filled with inclusions such as clay or gravel. The presence of inclusions affects the failure characteristics and mechanical properties of rock mass. In this study, the strength and failure characteristics of rock with inclusions were studied using the particle flow code under uniaxial compression. The results show that the presence of inclusions not only improves the mechanical properties of rock with defects but also increases the bearing capacity of rock. Circular inclusion has the most obvious effect on improving model strength. The inclusions affect the stress distribution, development of initial crack, change in crack propagation characteristics, and failure mode of rock. In defect models, concentration area of the maximum tensile stress is generated at the top and bottom of defect, and the maximum compressive stress is distributed on the left and right sides of defect. In filled models, the tensile stress and compressive stress are uniformly distributed. Failing mode of defect models is mainly tensile failure, while that of filled models is mainly shear failure.
Geotechnical materials such as silt, fine sand, or coarse granular soils may be unstable under undrained shearing or during rainfall infiltration starting an unsaturated state. Some researches are available describing the instability of coarse granular soils in drained or undrained conditions. However, there is a need to investigate the instability mechanism of unsaturated silty soil considering the effect of degree of compaction and net confining stress under partially and fully drained conditions. The specimens in the current study are compacted at 65%, 75%, & 85% degree of compaction, confined at pressures of 60, 80 & 120 kPa, and tested in partially and fully drained conditions. The tests have been performed in two steps. In Step-I, the specimens were sheared in constant water content conditions (a type of partially drained test) to the maximum shear stress. In Step-II, shearing was carried in constant suction conditions (a type of fully undrained test) by keeping shear stress constant. At the start of Step-II, PWP was increased in steps to decrease matric suction (which was then kept constant) and start water infiltration. The test results showed that soil instability is affected much by variation in the degree of compaction and confining stresses. It is also observed that loose and medium dense soils are vulnerable to pre-failure instability i.e., instability occurs before reaching the failure state, whereas, instability in dense soils instigates together with the failure i.e., failure line (FL) and instability line (IL) are found to be unique.
This paper investigates the development of failure surfaces induced by an embankment on soft marine clay deposits and the characteristics of such surfaces through numerical simulations and its comparative study with monitoring results. It is well known that the factor of safety of embankment slopes is closely related to the vertical loading, including the height of the embankment. That is, an increase in the embankment height reduces the factor of safety. However, few studies have examined the relationship between the lateral movement of soft soil beneath the embankment and the factor of safety. In addition, no study has investigated the distribution of the pore pressure coefficient B value along the failure surface. This paper conducts a continuum analysis using finite difference methods to characterize the development of failure surfaces during embankment construction on soft marine clay deposits. The results of the continuum analysis for failure surfaces, stress, displacement, and the factor of safety can be used for the management of embankment construction. In failure mechanism, it has been validated that a large shear displacement causes change of stress and pore pressure along the failure surface. In addition, the pore pressure coefficient B value decreases along the failure surface as the embankment height increases. This means that the rate of change in stress is higher than that in pore pressure.
Bo Zhang;Jiancheng Zhang;Piaoyang Zhu;Jinglong Li;Biao Li;Haibo Li
Geomechanics and Engineering
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v.39
no.1
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pp.43-54
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2024
Cross-flaws are frequently encountered in practical rock engineering projects near horseshoe-shaped cavities, and their presence can significantly impact the failure mode of these cavities. This study utilizes a combination of laboratory experiments and numerical simulations to investigate the influence of cross-flaws on the failure mode of a horseshoe-shaped cavity. During the experimental tests, we varied the length of secondary flaw and the angle of the cross-flaws in the specimens, followed by subjecting them to biaxial compression. Our experimental results show that when the angle α between the primary and the secondary flaws is small (0° and 45°), only one crack is initiated at the vault of the cavity, resulting in a shear failure mode. Conversely, when the angle α is large (90° and 135°), two cracks are more likely to initiate at the vault of the cavity, leading to the failure mode of falling blocks in the surrounding rock. Furthermore, the circumferential stress at the cavity vault from numerical simulations results is consistent with this observed phenomenon. When the angle α is small, only one circumferential tensile stress concentration is observed at the cavity vault, resulting in the initiation of a single crack. In contrast, when the angle α is large, two stress concentrations appear at the vault of the cavity, leading to the initiation of two cracks from these locations.
Based on many experimental results on fine silica sands, the strength relation between triaxial and plane strain tests is expressed as a function of both density and mean effective principal stress at failure. Stress ratio of mean normal stress to deviatoric stress at failure is a well defined function of shear angle of friction, This ratio decreases with increasing shear angle of friction. Intermediate principal stress is also expressed in terms of major and minor principal stresses and a relatively good agreement between theoretical and observed angles of failure plane in plane strain test is confirmed.
P-PIE program is developed for evaluating failure probability of pipes in nuclear power plants based on the existing PRAISE program. In the program, crack growth due to fatigue loading and stress corrosion can be considered and the probability of fracture or leakage of pipes can be calculated. Crack growth simulation is performed based on stress intensity factor and a damage parameter and failure of a pipe is determined based on J integral or net section yielding. Using the developed program the failure probabilities of tubes in a domestic nuclear power is obtained and discussed.
An experimental study was conducted to develop an understanding of failure of ceramic coating when subjected to a thermal cycling. Number of cycles to failure were decreased as the coating thickness and the oxide of bond coat were increased. Using the finite element method, an analysis of stress distribution in ceramic coatings was performed. Radial compressive stress was increased in the top/bond coat interface with increasing coating thickness and oxide of bond coat.
In spite of being unable to take into the effect of intermediate principal stress, Mohr-Coulomb and Hoek-Brown criteria are very popular as rock failure criteria. The recent researches reveal that the influence of intermediate principal stress on the failure strength of rock is substantial, so that 3-D failure criteria in which the intermediate principal stress could be considered is necessary for the safe design of the important rock structures. In this study, the likely application of the 3-D failure criterion proposed by Jiang & Pietruszczak (1988) to the prediction of the true triaxial strength of rock materials is discussed. The failure condition is linear in the meridian plane of principal stress space and it is represented by the smooth surface contacting the corners of the Mohr-Coulomb surface. The performance of the Jiang & Pietruszczak's criterion is demonstrated by simulating the actual true triaxial tests on the rock samples of three different rock types.
Kim, Tae-Hyung;Lee, Yong-Su;Hwang, Woong-Ki;Kang, Ki-Min;Ahn, Yonug-Kyun
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.963-971
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2008
Unsaturated soil mechanics has been often used to find out a cause of failure (tensile failure) of retaining walls and hill slopes containing sandy soils. Checking shear strength is a popular method by considering suction stress developed form pore water menisci among the grains and saturated pockets of pore water under negative pressure. Linear Mohr-Coulomb failure criterion is generally adopted as a failure criterion. However, depending on relative density, stress history, and the magnitude of stress, the failure behavior of sand may not follow linear M-C frictional behavior. For stress in the large compressive ranges, say from tens to hundreds of kPa, the linear M-C criterion is an adequate representation for the shear strength behavior of sand. However, less than tens of kPa, the M-C criterion often can not be accurately represented. Depending on failure criterion, the uniaxial tensile strength is different over 100% relative error. For sand behavior under small compression regimes, therefore, such as under low or zero gravity, or under undergoing tensile failure in the crest area of hill slopes or behind retaining walls, it is important to consider the non-linear behavior.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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