In this study, a new analytical-numerical procedure is developed to give the stresses and strains around a circular tunnel in rock masses exhibiting different stress-strain behavior. The calculation starts from the tunnel wall and continues toward the unknown elastic-plastic boundary by a finite difference method in the annular discretized plastic zone. From the known stresses in the tunnel boundary, the strains are calculated using the elastic-plastic stiffness matrix in which three dimensional Hoek-Brown failure criterion (Jiang and Zhao 2015) and Mohr-Coulomb potential function with proper dilation angle (i.e., non-associated flow rule) are employed in terms of stress invariants. The illustrative examples give ground response curve and show correctness of the proposed approach. Finally, from the results of a great number of analyses, a simple relationship is presented to find out the closure of circular tunnel in terms of rock mass strength and tunnel depth. It can be valuable for the preliminary decision of tunnel support and for prediction of tunnel problems.
In this study, stress-deformation characteristics of buried pipe are studied. A numerical model, i.e., Egg-Cam Clay is introduced for the analysis of soft clay. Cam Clay model has a difficulty in analyzing soft clay that has two properties of shrinkage and swelling. Egg-Cam Clay model is modified format of Cam Clay model. In addition, Mohr-Coulomb model using finite element method is employed to verify effects of the geogrid, EPS geofoam. Stress deformation of several cases of pipe and other reinforcemnt material combinations are analyzed. Geofoam and geogrid have positive effects on the deformation characteristics.
본 연구는 모래사면의 언덕근처에 설치된 짧은 말뚝의 수평하중의 영향에 관한 것이다. 3차원 탄소성 유한요소법해석과 실내 모형실험의 결과를 비교하였다. 경사 30$^{\circ}$의 사면에 시공된 짧은 말뚝의 특성을 파악하기 위해, 사면언덕에서 모형말뚝까지의 거리를 3종류로 상이하게 하여, 모형실험을 실시하였다. 사용된 모래의 지반특성은 배수조건하의 삼축압축실험으로 결정하였다. 동시에 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석결과와 모형실험결과를 비교하였다. 본 유한요소법의 해석에 있어서 모래지반을 탄성완전소성모델(Elastic-perfectly plastic model)로 가정하여, 파괴기준으로 Mohr-Coulomb 식과 소성 포텐셜에 대해서는 Drucker-Prager 식을 적용한 MC-DP 모델로 하였다. 이러한 MC-DP 모델의 구성식은 유한요소법에서 있어 계산치의 수렴에 유익하다. 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석이 사질토 사면의 언덕 부근에 설치된 단하의 수평거동에 대한 파악에 유효하다는 것을 확인하였다.
Kim, Young-Su;Kwon, Sung-Mok;Kim, Yeun-Wook;Kim, Hyoung-Jun
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.232-239
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2005
Recently geosynthetics that can be constructed on soft ground have been used for reinforcement and separation in various ways. Through laboratory model tests and numerical analysis, in this study, estimated the suitability of cable elements and appropriate input factors considering loading effect in modeling of geosynthetics. First, in laboratory model tests, geosynthetics were constructed on the clay, and covered with the thickness, 7.5cm of sand mat. And then static and dynamic model tests were performed measuring loading, settlement, ground lateral displacement, and displacements of geosynthetics, but, for cyclic loading, bearing capacity increased linearly with stiff slop because cyclic loading with constant cyclic pressure compacted the ground. Numerical analysis were performed with FLAC 4.0 2D using Mohr-Coulomb and Modified Cam-Clay models, and they compared with the results of model tests. Cable elements of FLAC in modeling geosynthetics couldn't consider the characteristics of geosynthetics that increase shear strength between geosynthetics and clay according to the loading increase. Therefore, in this study, appropriate equation that can consider loading effects in Cable elements was proposed by Case Study.
Behavior of soil is usually described with continuum type of failure models such as Mohr-Coulomb or Drucker-Prager model. The main advantage of these models is in a relatively simple and efficient way of predicting the main tendencies and overall behavior of soil in failure analysis of interest for engineering practice. However, the main shortcoming of these models is that they are not able to capture post-peak behavior of soil nor the corresponding failure modes under extreme loading. In this paper we will significantly improve on this state-of-the-art. In particular, we propose the use of a discrete beam lattice model to provide a sharp prediction of inelastic response and failure mechanisms in coupled soil-foundation systems. In the discrete beam lattice model used in this paper, soil is meshed with one-dimensional Timoshenko beam finite elements with embedded strong discontinuities in axial and transverse direction capable of representing crack propagation in mode I and mode II. Mode I relates to crack opening, and mode II relates to crack sliding. To take into account material heterogeneities, we determine fracture limits for each Timoshenko beam with Gaussian random distribution. We compare the results obtained using the discrete beam lattice model against those obtained using the modified three-surface elasto-plastic cap model.
In this study, we propose a three-dimensional simplified slope stability analysis using a hybrid-type penalty method (HPM). In this method, a solid element obtained by the HPM is applied to a column that divides the slope into a lattice. Therefore, it can obtain a safety factor in the same way as simplified methods on the slip surface. Furthermore, it can obtain results (displacement and strain) that cannot be obtained by conventional limit equilibrium methods such as the Hovland method. The continuity condition of displacement between adjacent columns and between elements for each depth is considered to incorporate a penalty function and the relative displacement. For a slip surface between the bottom surface and the boundary condition to express the slip of slope, we introduce a penalty function based on the Mohr-Coulomb failure criterion. To compute the state of the slip surface, an r-min method is used in the load incremental method. Using the result of the simple three-dimensional slope stability analysis, we obtain a safety factor that is the same as the conventional method. Furthermore, the movement of the slope was calculated quantitatively and qualitatively because the displacement and strain of each element are obtained.
In 2006, Jeju Island in South Korea experienced a crisis, no electricity for three hours anywhere in the entire island. This incident was caused by a domino effect that occurred after one of the submarine power cables connecting the island to Haenam, a coastal city on the mainland, was damaged by an external load, probably from a ship anchor or a steel pile being used in marine farming. This study presents a collision analysis of a new submarine power cable protector called arch type reinforced concrete. For the analysis, a dynamic finite element program, ANSYS AUTODYN, was used to examine the displacement and stress of the submarine power cable protector using different material models (RHT concrete model, Mohr.Coulomb concrete model). In addition, two reinforcing bar spacings, 75 mm and 150 mm, were considered. From the analyses, the effects of the parameters (concrete model and spacing) on the results (displacement and stress) were analyzed, and the relations between the damage and parameters were found.
Zhu, Hai Y.;Deng, Jin G.;Zhao, Jun;Zhao, Hu;Liu, Hai L.;Wang, Teng
Computers and Concrete
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v.14
no.1
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pp.91-107
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2014
Using the principle of damage mechanics, zero-thickness pore pressure cohesive elements (PPCE) are used to simulate the casing-cement interface (CCI) and cement-rock interface (CRI). The traction-separation law describes the emergence and propagation of the PPCE. Mohr-coulomb criteria determines the elastic and plastic condition of cement sheath and rock. The finite element model (FEM) of delamination fractures emergence and propagation along the casing-cement-rock (CCR) interfaces during hydraulic fracturing is established, and the emergence and propagation of fractures along the wellbore axial and circumferential direction are simulated. Regadless of the perforation angle (the angle between the perforation and the max. horizontal principle stress), mirco-annulus will be produced alonge the wellbore circumferential direction when the cementation strength of the CCI and the CRI is less than the rock tensile strength; the delamination fractures are hard to propagate along the horizontal wellbore axial direction; emergence and propagation of delamination fractures are most likely produced on the shallow formation when the in-situ stresses are lower; the failure mode of cement sheath in the deep well is mainly interfaces seperation and body damange caused by cement expansion and contraction, or pressure testing and well shut-in operations.
A series of direct shear tests were conducted to investigate the frictional properties of the interface between structures and the filling soil of Chongqing airport fourth stage expansion project. Two types of structures are investigated, one is low carbon steel and the other is the bedrock sampled from the site. The influence of soil water content, surface roughness and material types of structure were analyzed. The tests show that the interface friction and shear displacement curve has no softening stage and the curve shape is close to the Clough-Duncan hyperbola, while the soil is mainly shear contraction during testing. The interface frictional resistance and normal stress curve meets the Mohr-Coulomb criterion and the derived friction angle and frictional resistance of interface increase as surface roughness increases but is always lower than the internal friction angle and shear strength of soil respectively. When surface roughness is much larger than soil grain size, soil-structure interface is nearly shear surface in soil. In addition to the geometry of structural surface, the material types of structure also affects the performance of soil-structure interface. The wet interface frictional resistance will become lower than the natural one under specific conditions.
One of the leading causes for the damage of various underground structures during an earthquake is soil liquefaction, and among this liquefaction-induced uplift of these structures is a major concern. In this study, finite-difference modelling is carried out to study the liquefaction-induced uplift of an underground structure of 5 m diameter (D) with and without the replacement of the in-situ fine sand around the structure with the coarse sand. Soil replacements are carried out by three methods: replacement of soil above the structure, around the structure, and below the structure. The soil behaviour is represented using the elastic-perfectly plastic Mohr-Coulomb model, where the pore pressures were computed using Finn-Byrne formulation. The predicted pore pressure and uplift of the structure due to sinusoidal input motion were validated with the centrifuge tests reported in the literature. Based on numerical studies, an empirical equation is developed for the determination of liquefaction-induced maximum uplift of the underground structure without replacement of the in-situ sand. It is found that the replacement of soil around the structure with 2D width and spacing of D can reduce the maximum uplift by 50%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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