In this study, effect of horizontal in situ stress on failure mechanism around underground openings excavated in isotropic, elastic rock zones is investigated. For estimating the plastic zone occurrence, an induced stress influence area approach (Bray Equations) was modified to define critical stress ratio according to the Mohr-Coulomb failure criterion. Results obtained from modified calculations were compared with results of some other analytical solutions for plastic zone thickness estimation and the numerical modelling (finite difference method software, FLAC2D) study. Plastic zone and its geometry around tunnels were analyzed for different in situ stress conditions. The modified equations gave similar results with those obtained from the other approaches. However, safer results were calculated using the modified equations for high in situ stress conditions and excessive ratio of horizontal to vertical in situ stresses. As the outcome of this study, the modified equations are suggested to use for estimating the plastic zone occurrence and its thickness around the tunnels with circular cross-section.
Rubber-modified epoxy resins have been employed as adhesive and matrix materials for glass and corbon-fiber composites. The behavior of fracture around a crack tip for rubber-modified epoxy resin is investigated through the acoustic emission (AE) analysis of compact tension specimens. Damage zone and rubber particles distributed around a crack tip were observed by a polarized optical microscope and an atomic force microscope (AFM). The damage zone in front of pre-crack tip in rubber-modified specimen $(15wt\%\; rubber)$ began to form at about $13\%$ level of the fracture load and grew in size until $57\%$ load level. After that, the crack propagated in a stick-slip manner. Based on time-frequency analysis of AE signals and microscopic observation of damage zone, it was thought that AE signals with frequency bands of 0.15-0.20 MHz and 0.200.30 MHz were generated from cavitation in the damage zone and crack propagation, respectively.
Using the modified Irwin model and the modified Dugdale model, the plastic zone size near the interface crack tip in a ductile layer bonding two dissimilar elastic substrates is predicted. Validity of the models is examined by finite element method. The effects of several factors such as the mode mixity, T-stress and material properties are explored. The plastic zone size significantly decreases with the Poisson's ratio of the ductile layer.
In this work, we investigate the toughening mechanism of the rubber-modified epoxy resin. The fracture toughness($K_{IC}$) is measured using CT specimens for three kinds of rubber-modified epoxy resin with different rubber content. The damage zone and rubber particles around a crack tip of a damaged specimen just before fracture are observed by a polarization microscope and an atomic force microscope(AFM). Both the fracture energy($G_{IC}$) and the size of damage zone increase with the rubber content below l5wt%. The size of the rubber particles can be qualitatively correlated with the $G_{IC}$ and the size of damage zone. The cavitation of the rubber particles inside the damage zone is observed, which is expected to be main toughening mechanism by rubber particles. the stress which causes the cavitation of rubber particles is estimated by the Dugdale model.
To circumvent the constraints of time-consuming experimental methods, numerical simulation can be one of the most effective approaches to investigating chloride diffusion behaviors in concrete. However, except for the effect of the external environments, the transport direction of the chloride cannot be neglected when the concrete is exposed to the marine tidal zone, especially in certain areas of concrete members. In this study, based on Fick's second law, considering the effects of timevarying, chloride binding capacity, concrete stress state, ambient temperature, and relative humidity on chloride diffusion coefficient, the modified one-dimensional, two-dimensional, and three-dimensional novel modified chloride diffusion theoretical models were established through defining the current boundary conditions. The simulated results based on the novel modified multi-dimensional model were compared with the experimental results obtained from some previous pieces of literature. The comparing results showed that the modified multi-dimensional model was well-fitted with experimental data, confirming the high accuracy of the novel modified model. The experimental results in literature showed that the chloride diffusion in the corner area of the concrete structure cannot be simulated by a simple one-dimensional diffusion model, where it is necessary to select a suitable multi-dimensional chloride diffusion model for simulation calculation. Therefore, the novel modified multi-dimensional model established in this study has a stronger applicability for practical engineering.
균열선단에 발생하는 손상역은 재료의 파괴인성 메카니즘을 알 수 있게 하는 중요한 영역이다. 본 연구에서는 고무변성 에폭시 수지의 균열선단 손상역의 생성 및 성장 과정을 음향방출법을 이용하여 조사하였다. 고무변성 에폭시 수지의 고무함량은 5 wt%와 15 wt%로 하였고, 3점 굽힘시험편을 사용하여 모드 I 파괴시험에 대한 각 시험편의 파괴인성값을 구하였다. 또한, 균열선단의 손상역과 그 내부의 고무입자 변형상태를 편광현미경과 원자력간 현미경을 사용하여 관찰하였다. 고무변성 에폭시 수지의 균열선단부의 손상역은 파괴하중의 약 13 % 하중에서 생성이 되어, 약 57 % 하중까지 균열개시 없이 성장하였다. 57 % 하중 근처에서 개시만 균열은 최대하중부근까지 고착-활강거동을 반복하면서 안정 / 불안정 파괴로 진전하였다 이 과정에서 발생한 음향방출신호의 시간-주파수 분석결과, 고투입자 내부에서의 케비테이션 생성단계에서 주파수대역은 0.15 ∼ 0.20 MHz 이었고, 그 후의 안정 및 불안정시의 주파수 대역은 0.20∼0.30MHz 이었다.
We applied electrical resistivity survey using modified pole-pole array and small-loop electromagnetic survey to delineate the zone of seawater inflow through a tide embankment. The tide embankment is generally affected by tidal variation and has low resistivity characteristic due to the high saturation of seawater. For this reason, the electrical resistivity survey using modified pole-pole array, which is relatively more effective to the conductive media, was carried out to detect the inflow zone of seawater and small-loop electromagnetic survey using multi-frequency with 300 to 20,010 Hz was conducted. As a result of both electrical resistivity survey using modified pole-pole array and small -loop electromagnetic survey, these survey methods are found to be quite effective for investigation of seawater inflow zone in the sea dike.
The surface of AC8A Ah alloy was modified by adding the Cu powder using a Plasma Transferred Arc (PTA) welding process. Under the optimum fabricating conditions, the modified surface of AC8A Ah alloy was observed to possess the sound microstructure with a minimum porosity. Hardness and wear resistance properties of the as-fabricated alloy were compared with those of the 76 heat-treated one. In case of the as-fabricated alloy, the hardness of the modified layer was twice that of the matrix region. Although significant increase in the hardness of the matrix region was observed after T6 heat treatment, the hardness of the modified layer was not observed to change. The wear resistance of the modified layer was significantly increased compared to that of the matrix region. The microstructure of a weld zone and the matrix region were investigated using the optical microscope, scanning electron microscope (SEM), electron probe microanalysis (EPMA), and transmission electron microscope (TEM). The primary and eutectic silicon in the weld zone were finer and more curved than in the matrix region, while some precipitates has had been found therein. According to the TEM observation, the predominant precipitate present in the weld zone was the $\theta$'phase, which is precipitated during cooling by rapid solidification in PTA welding process. Improvement of hardness and wear properties in the weld zone in the as-fabricated condition can be explained based on the presence of $\theta$’precipitates and fine primary and eutectic silicon distribution.
High strength concretes utilizing EVA with micro particles were prepared by varying polymer/binder mass ratio and curing conditions with a constant water/binder mass ratio of 0.3. The EVA modified concretes on the compressive and flexural strength, microstructure, ultrapulse modulus in curing condition(dry and water curing) were studied. Also, scanning electron microscope analysis(SEM) was performed to reveal the presence of polymer film and cement hydrates in the concrete. The compressive strength of the EVA modified concretes cured at water conditions ere higher than that of the EVA modified concretes cured at dry conditions. But, the flexural strength of the specimens cured at dry conditions were higher than that of the specimens cured at water conditions. Due to the interaction of the cement hydrates and polymer film, an interpenetrating network originated in which the aggregates were embedded. The curing of the polymer modified concrete involves two step of cement hydrates and polymer modification, and cement hydrates was promoted in water conditions and polymer film formation take place when water evaporates and was thereby was favored in dry conditions. By SEM analysis, influences of polymer modification was strengthening of the transition zone between the aggregate and the paste, and the porosity of transition zone decreases. By spring analysis, it could known that polymer film affects in porosity decrease and strengthening of transition zone.
Hyeong-Joo, Kim;James Vincent, Reyes;Peter Rey, Dinoy;Tae-Woong, Park;Hyeong-Soo, Kim;Jun-Young, Kim
Geomechanics and Engineering
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제31권5호
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pp.505-518
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2022
This study introduces soil resistance multipliers at locations encompassed by the zone of influence of the helix plate to consider the added lateral resistance provided to the helical pile. The zone of influence of a helix plate is a function of its diameter and serves as a boundary condition for the modified soil resistance springs. The concept is based on implementing p-multipliers as a reduction factor for piles in group action. The application of modified p-y springs in the analysis of helical piles allows for better characterization and understanding of the lateral behavior of helical piles, which will help further the development of design methods. To execute the proposed method, a finite difference program, HPCap (Helical Pile Capacity), was developed by the authors using Matlab. The program computes the deflection, shear force, bending moment, and soil resistance of the helical pile and allows the user to freely input the value of the zone of influence and Ω (a coefficient that affects the value of the p-multiplier). Results from ten full-scale lateral load tests on helical piles embedded at depths of 3.0 m with varying shaft diameters, shaft thicknesses, and helix configurations were analyzed to determine the zone of influence and the magnitude of the p-multipliers. The analysis determined that the value of the p-multipliers is influenced by the ratio between the pile embedment length and the shaft diameter (Dp), the effective helix diameter (Dh-Dp), and the zone of influence. Furthermore, the zone of influence is recommended to be 1.75 times the helix diameter (Dh). Using the numerical analysis method presented in this study, the predicted deflections of the various helical pile cases showed good agreement with the observed field test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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