The numerical simulation of Brazilian fracture toughness test is carried out using PFC code and the influence parameters are analyzed such as shape of loading plane, size of Brazilian disc and unit particle of model, loading angle and loading rate. The flattened Brazilian disc is adopted for applying uniform load. The range of loading angle(2$\alpha$) necessary to induce the tensile crack at disc center and to obtain the load-displacement curve giving the critical load for the stable crack propagation is shown as 20°∼40°. In condition that the loading angle is 20°, the mode-I fracture toughness is evaluated almost constant in the range of particle size less than 1 mm and loading rate less than 0.01㎜/s. This range of influence parameters seems appropriate condition for the tensile crack initiation at disc center and the control of stable crack propagation, which can give the reliance in evaluation of fracture toughness by Brazilian test.
The excessive wind-induced motion of tall buildings most frequently result from vortex-shedding-induced across-wind oscillations. This form of excitation is most pronounced for relatively flexible, lightweight, and lightly damped high-rise buildings with constant cross-sections. This paper discusses the aerodynamic means ofmitigating the across-wind vortex shedding induced in such situations. Openings are added in both the drag and lift directions in the buildings to provide pressure equalization. Theytend to reduce the effectiveness of across-wind forces by reducing their magnitudes and disrupting their spatial correlation. The effects of buildings with several geometries of openings on aerodynamic excitations and displacement responses have been studied for high-rise buildings with square cross-sections and an aspect ratio of 8:1 in a wind tunnel. High-frequency force balance testshave been carried out at the Kumoh National University of Technology using rigid models with 24 kinds of opening shapes. The measured model's aerodynamic excitations and displacement were compared withthose of a square cylinder with no openings to estimate the effectiveness of openings for wind-induced oscillations. From these results, theopening shape, size, and location of buildings to reduce wind-induced vortex shedding and responses were pointed out.
Ha, Junbeom;Ku, Garam;Cheong, Cheolung;Seol, Hanshin;Jeong, Hongseok;Jung, Minseok
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.41
no.3
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pp.268-277
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2022
In this study, each component of flow noise source of underwater propeller installed to the scale model of the KVLCC2 is investigated and the effect of each noise source on underwater-radiated noise is quantitatively analyzed. The computation domain is set to be the same as the test section of the large cavitation tunnel in the Korea Research Institute of Ship and Ocean Engineering. First, for the high-resolution computation of flow field which is noise source region, the incompressible multiphase Delayed Detached Eddy Simulation is performed. Based on flow simulation results, the Ffowcs Williams and Hawkings integral equation is used to predict underwater-radiated noise and its validity is confirmed through the comparison with the tunnel experiment result. For the quantitative comparison on the contribution of each noise source, the spectral levels of sound pressure and power levels predicted using propeller tip-vortex cavitation, blade surface and rudder surface as the integral region of noise sources are investigated. It is confirmed that the cavitation which is monopole noise source significantly contributed to the underwater-radiated noise than propeller blades and rudder which is dipole noise source, and the rudder have more contribution than propeller blades due to the influence of the propeller wake.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.4
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pp.295-306
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2010
Contrary to an intact rock, the jointed rock mass shows strain-dependent deformation characteristics (elastic modulus and damping ratio). The maximum elastic modulus of a rock mass can be obtained from an elastic wave-based exploration in a small strain level and applied to seismic analyses. However, the assessment and application of the non-linear characteristics of rock masses in a small to medium strain level ($10^{-4}{\sim}0.5%$) have not been carried out yet. A non-linear dynamic analysis module is newly developed for FLAC3D to simulate strain-dependent shear modulus degradation and damping ratio amplification characteristics. The developed module is verified by analyzing the change of the Ricker wave propagation. Strain-dependent non-linear characteristics are obtained from disks of cored samples using a rock mass dynamic testing apparatus which can evaluate wave propagation characteristics in a jointed rock column. Using the experimental results and the developed non-linear dynamic module, seismic analyses are performed for the intersection of a shaft and an inclined tunnel. The numerical results show that vertical and horizontal displacements of non-linear analyses are larger than those of linear analyses. Also, non-linear analyses induce bigger bending compressive stresses acting on the lining. The bending compressive stress concentrates at the intersection part. The fundamental understanding of a strain-dependent jointed rock mass behavior is achieved in this study and the analytical procedure suggested can be effectively applied to field designs and analyses.
Kim, Jungjoo;Kim, Kyoungyul;Ryu, Heehwan;Hwan, Jung Ju;Hong, Sungyun;Jo, Seonah;Bae, Dusan
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.6
no.3
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pp.305-313
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2020
The use of cable tunnels for electric power transmission as well as their construction in difficult conditions such as in subsea terrains and large overburden areas has increased. So, in order to efficiently operate the small diameter shield TBM (Tunnel Boring Machine), the estimation of advance rate and development of a design model is necessary. However, due to limited scope of survey and face mapping, it is very difficult to match the rock mass characteristics and TBM operational data in order to achieve their mutual relationships and to develop an advance rate model. Also, the working mechanism of previously utilized linear cutting machine is slightly different than the real excavation mechanism owing to the penetration of a number of disc cutters taking place at the same time in the rock mass in conjunction with rotation of the cutterhead. So, in order to suggest the advance rate and machine design models for small diameter TBMs, an EPB (Earth Pressure Balance) shield TBM having 3.54 m diameter cutterhead was manufactured and 19 cases of full-scale tunneling tests were performed each in 87.5 ㎥ volume of artificial rock mass. The relationships between advance rate and machine data were effectively analyzed by performing the tests in homogeneous rock mass with 70 MPa uniaxial compressive strength according to the TBM operational parameters such as thrust force and RPM of cutterhead. The utilization of the recorded penetration depth and torque values in the development of models is more accurate and realistic since they were derived through real excavation mechanism. The relationships between normal force on single disc cutter and penetration depth as well as between normal force and rolling force were suggested in this study. The prediction of advance rate and design of TBM can be performed in rock mass having 70 MPa strength using these relationships. An effort was made to improve the application of the developed model by applying the FPI (Field Penetration Index) concept which can overcome the limitation of 100% RQD (Rock Quality Designation) in artificial rock mass.
Park, Chul-Whan;Park, Chan;Jung, Yong-Bok;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.20
no.3
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pp.153-168
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2010
A fifth equation is required to determine the five independent elastic constants of a transversely isotropic rock from compression test of a single specimen. As an approximation proposed by Saint-Venant has been used for long time, it may cause an erroneous result in some cases, especially for specimen with low angle of anisotropy. Three equations were suggested replacing this traditional equation and proved to be applicable by the model analysis in the previous studies. As Saint-Venant's approximation is turned out the same as the first one of them, it has the characteristics that the apparent Young's modulus is monotonously increasing according to the anisotropic angle. The methodology to analyze the elastic constants from four independent strain measurements by uniaxial compressive test of a single standard specimen is concisely described, and the necessity and compatibility of new suggested equations are discussed. Saint-Venant's approximation can determine the elastic constants close to true values and other equations may be unnecessary in specimens with medium to large angle. Nevertheless, they may become applicable because they can produce the almost same amount. For the specimens of small angle of anisotropy, Saint-Venant's approximation may result in out of general ranges or thermodynamic constraints, but other suggested equations can produce the almost true value. Thus they can be applied before other alternative equation is known. The guide map constructed by model study may decide the most compatible one of the three equations.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.1
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pp.183-195
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2018
Recently, the need for research on vertical shaft excavation is increasing with the increase of the demands for the underground and utility tunnels. As a part of the R&D project of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, CUT (center for utility tunnel) has developed "Ring cut method". "Ring cut method" is a method to improve the stability of the ground against the basal heave by excavator wall pre-penetration during vertical shaft excavation. In this study, the basal heave was simulated by centrifugal model test. The basal heave, ground subsidence, and ground deformation of surrounding ground were analyzed by soil plug effect from wall pre-penetration. It was found that the soil plug could control the basal heaving and ground subsidence, and verified that the 'Ring cut method' could be a good countermeasure for the ground stability against the basal heave.
Most large cut slopes of open pit mines, roadways, and railways are steeply inclined and composed with rocks that do not contain soils. However, these rock slopes suffer both weathering and fragmentation. In the case of steep slopes, falling rock and collapse of a slope may often occur due to surface erosion. Cast-in place concrete and rubble work are the most widely used earth structure-based pressure supports that act as restraints against the collapse of the rock slope. In order to overcome the shortcomings of conventional retaining walls, a segmental grid retaining wall is being used with connects precasted segments to construct the wall. In this study, laboratory model test was conducted to estimate deformation behavior of segmental grid retaining wall with configuration of rear strecher, height and inclination of the wall. In order to examine the behavior characteristics of a segmental grid retaining wall, this research analyzes the aspects of spacial displacement through relative displacement according to change in the inclination of the wall. Also, the walls behavior according to the formation and status of the rear stretcher which serves the role of transferring the load from the header and the stretcher which make up the wall, the displacement of backfill materials in the wall, and the location of the maximum load were surveyed and the characteristics of displacement in the segmental grid retaining wall were observed. The test results of the segmental grid retaining wall showed that there was a sudden increase in failure load according to the decrease in the wall's height and the size of the in was greatly decreased. Furthermore, it revealed that with identical inclination and height, the structure of the rear stitcher did not greatly affect the starting point or size of maximum horizontal displacement, but rather had a stronger effect on the inclination of the wall.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.37
no.2
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pp.357-367
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2017
Bending and axial forces simultaneously occur at the cross-section of a shotcrete lining reinforced with steel supports due to the tunnel geometry. The shotcrete has changing flexural stiffness depending on the axial forces and, as a result, severely nonlinear behavior. The mechanical properties of a shotcrete-steel composite also depend on the type of steel support. This study presents a fiber section element model considering the effect of axial force to evaluate the nonlinear behavior of a shotcrete-steel composite. Additionally, the model was used to analyze the effects of different types of steel supports on the load capacity. Furthermore, a modified hyperbolic model for ground reaction, including strain-softening, is proposed to account for the ground-lining interaction. The model was validated by comparing the numerical results with results from previous load test performed on arched shotcrete specimens. The changes in mechanical responses of the lining were also investigated. Results show a lining with doubly reinforcement rebar has similar load capacity as a lining with H-shaped supports. The use of more materials for the steel support enhances the residual resistance. For all types of steel reinforcement, the contribution of steel supports during peak load decreases as the ground becomes stiffer.
Investigation of the time-dependent behavior of rock and the associated mechanisms are of key interest in long-term stability analysis of many engineering applications. In this study, creep tests were performed on Daejeon granite samples of 25.4mm diameter under uniaxial compression at varying stress levels. The effect of moisture was investigated by testing both air-dried and fully water-saturated samples. The creep behavior of Daejeon granite exhibited three distinctive stages of primary, secondary and tertiary creep. The ultimate strength of granite under a constant stress decreased considerably with time. Saturation and immersion of the test specimen in water markedly increased the total creep strain as well as the secondary creep rate. The experimental creep curves are fitted to Burger's model as well as two other empirical models suggested by previous researchers. A number of the parameters determined for each model are dependent on stress and influenced by the presence of water. Based on the experimental results, an empirical relation between the applied stress and the time-dependent strain is established separately for each air-dried and fully water-saturated Daejeon granite.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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