Determination of mobilized shear strength parameters (that identify stresses on the failure plane) is required for analyzing the stability by limit equilibrium method. Generalized Hoek-Brown (GHB) and Mohr-Coulomb (MC) failure criteria are usually used for obtaining stresses on the plane of failure. In the present paper, the applicability of these criteria for determining the stresses on failure plane is investigated. The comparison is based on stresses on the real failure plane which are obtained from the Mohr stress circle. To do so, 18 sets of data (consist of principal stresses and angle of failure plane) presented in the literature are used. In addition, the values account for (VAF) and the root mean square error (RMSE) indices were calculated to check the determination performance of the obtained results. Values of VAF and RMSE for the normal stresses on the failure plane evaluated from MC are 49% and 31.5 where for GHB are 55% and 30.5, respectively. Also, for the shear stresses on failure plane, they are 74% and 36 for MC, 76% and 34.5 for GHB. Results show that the obtained stresses and angles of failure plane for each criterion differ from real ones, but GHB results are closer to the empirical results. Also, it is inferred that results are affected by the failure envelope not real failure plane. Therefore, obtained shear strength parameters are not mobilized. Finally, a multivariable regressed relation is presented for determining the stresses on the failure plane.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.2
s.173
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pp.489-495
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2000
Stress and strain in continuum mechanics have a mathematical form of the second order tensor. it is well-known that the usefulness of tensor components could be explained in a relation with coordin ates system transformation and Mohr's circle could be easily used to make a coordinate system transformation of tensors. However, Mohr's circle is applied mainly to plane problems and its use to three dimensional cases is limitedly employed. In this paper, we propose a matrix and dyadic representation of stress and strain tensors which could equivalently replace the graphical representation of second order tensors. The use of the proposed representation might provide a valuable means for the educational respects as well as research view point.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2010.05a
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pp.53-54
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2010
This study investigates stress analysis in nodal zone by using Complementary Pole Method (CPM). The CPM is convenient tools for the stress or strain analysis since it enables to express parallel directions of the normal stress or strain on the Mohr Circle. In this study, it is suggested to use of CPM to analysis stress or strain in the field of Concrete Plasticity.
The factor of safety (FOS) is commonly used as an index to quantitatively state the degree of safety of various rock structures. Therefore it is important to understand the definition and characteristics of the adopted FOS because the calculated FOS may be different according to the definition of FOS even if it is estimated under the same stress condition. In this study, four local factors of safety based on maximum shear stress, maximum shear strength, stress invariants, and maximum principal stress were defined using the Mohr-Coulomb and Hoek-Brown failure criteria. Then, the variation characteristics of each FOS along five stress paths were investigated. It is shown that the local FOS based on the shear strength, which is widely used in the stability analysis of rock structures, results in a higher FOS value than those based on the maximum principal stress and the stress invariants. This result implies that the local FOS based on the maximum shear stress or the stress invariants is more necessary than the local FOS based on the shear strength when the conservative rock mechanics design is required. In addition, it is shown that the maximum principal stresses at failure may reveal a large difference depending on the stress path.
In this study, a series of triaxial tests to Jeju basalt were carried out and then shear strength parameters of rock were estimated by the Lade's three-dimensional failure criterion. Also, the characteristics of shear strength parameters and failure plane which were estimated by the three-dimensional failure criterion were analyzed and this failure criterion was compared with the Mohr-Coulomb failure criterion. The variables of ${\eta}_1$ and m are derived from the relationship between ($I_1^3/I_3-27$) and ($P_a/I_1$) during the failure period using the Lade's three-dimensional failure criterion. The failure plane size of Tracy-basalt has the largest plane and that of Scoria has the smallest plane among other octahedral planes which is the three-dimensional failure plane. Also, the failure plane of Tracy-basalt is formed as a triangle and that of Scoria is formed as a circle among other octahedral planes. As the result of comparison with the triaxial test results and the Lade's failure envelope and the Mohr-Coulomb failure envelope, the Lade's failure envelope matched up under higher stress, while the Mohr-Coulomb failure envelope matched up under lower stress. Also, the Lade's three-dimensional failure plane is larger than the Mohr-Coulomb three-dimensional failure plane. It means that the shear strength parameters estimated by the Lade's failure criterion is larger than that of the Mohr-Coulomb failure criterion.
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.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.5
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pp.487-499
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2009
The postprocessing technology has been advanced diversely to accommodate the tendency of increasingly refined and complicated practices of finite element modeling in pace with enhanced capabilities of computers and improved algorithm of equation solvers. As a result of such progresses in both hardware and software, it became practically meaningful to inspect and analyze the elasto-plastic behavior using the intermediate results from the increasing number of incremental and iterative processes. This paper is concerned about the new methods of postprocessing with computer graphic visualization of elasto-plastic behavior on the basis of the theoretically reorganized analysis results. This paper proposes a new method of rendering the plastic zone, and new approaches of analyzing and interpreting the elasto-plastic behavior using the graphical information visualized in the form of the yield surface and the stress path, or in the form of the Mohr circles and the failure envelope.
This paper presents a method for the nonlinear analysis of beam elements subjected to the cyclical combined actions of torsion, biaxial flexure and axial forces based on an extension of the disturbed compression field (DSFM). The theoretical model is based on a hybrid formulation between the full rotation of the cracks model and the fixed direction of the cracking model. The described formulation, which treats cracked concrete as an orthotropic material, includes a new approach for the evaluation of the re-orientation of both the compression field and the deformation field by removing the restriction of their coincidence. A new equation of congruence permits evaluating the deformation of the middle line. The problem consists in the solution of coupled nonlinear simultaneous equations expressing equilibrium, congruence and the constitutive laws. The proposed method makes it possible to determine the deformations of the beam element according to the external stresses applied.
An internal friction angle, which is one of strength parameters of granular soils, can be obtained from direct shear tests or triaxial tests. The result of traixial tests can be influenced by various experimental conditions such as confining pressure, shearing rate, specimen diameter and height, and end constraint. In this study, undrained and drained shearing behaviors of Nakdong River sand were investigated for loose (Dr = 40%) and dense (Dr = 80%) specimens with 5, 7, and 10 cm in diameter. Friction angles such as undrained total stress friction angle, undrained effective stress friction angle, and drained friction angle obtained from Mohr's stress circle slightly increased and then decreased as a diameter of a specimen increased from 5, 7 to 10 cm, regardless of relative densities. The difference between friction angles caused by different specimen size was at maximum 4.5 degrees for undrained total stress friction angle of dense specimen. In most cases, there was little difference between friction angles of large and small specimens, which was less than 2 degrees. The difference between an effective friction angle from undrained tests and a drained friction angle from drained tests was at maximum 7 degrees for loose samples but negligible for dense samples.
For a successful accomplishment of Carbon Capture Sequestration (CCS) projects, appropriate injection conditions should be designed and optimized for site specific geological conditions. In this study, we evaluated the effect of injection conditions such as injection temperature and injection rate on the geomechanical stability of CCS system in terms of TOUGH-FLAC simulator, which is one of the well-known T-H-M coupled analysis methods. The stability of the storage system was assessed by a shear slip potential of the pre-existing fractures both in a reservoir and caprock, expressed by mobilized friction angle and Mohr stress circle. We demonstrated that no tensile fracturing was induced even in the cold CO2 injection, where the injected CO2 temperature is much lower than that of the reservoir and tensile thermal stress is generated, but shear slip of the fractures in the reservoir may occur. We also conducted a scenario analysis by varying injected CO2 volume per unit time, and found out that it was when the injection rate was decreasing in a step-wise that showed the least potential of a shear slip.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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