Kim, Kang-Hyun;Kim, Ho-Jong;Jeong, Jae-Ho;Shin, Jong-Ho
Geomechanics and Engineering
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v.21
no.2
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pp.103-109
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2020
The inflow rate is of interest in the design of underground structures such as tunnels and buried pipes below the groundwater table. Soil permeability governing the inflow rate significantly affects the hydro-geological behavior of soils but is difficult to estimate due to its wide range of distribution, nonlinearity and anisotropy. Volume changes induced by stress can cause nonlinear stress-strain behavior, resulting in corresponding permeability changes. In this paper, the nonlinearity and anisotropy of permeability are investigated by conducting Rowe cell tests, and a nonlinear permeability model considering anisotropy was proposed. Model modification and parameter evaluation for field application were also addressed. Significance of nonlinear permeability was illustrated by carrying out numerical analysis of a tunnel. It is highlighted that the effect of nonlinear permeability is significant in soils of which volume change is considerable, and particularly appears in the short-term flow behavior.
Kim, Tae-Hoon;Han, Tae-Gon;Yoo, Ki-Cheong;Lee, Song
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.20
no.6
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pp.61-73
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2004
The coefficient of permeability of natural clay shows a nonlinear property which is related to various stress level of soils, and this nonlinear property has effect on the period of consolidation and the property of deformation in clay soils under loading. Thus, in this paper the numerical analysis was conducted by FEM-using coupled theory which incorporated Biot's consolidation theory into modified Cam-clay model- to consider the effects of nonlinear permeability on the behavior of clay soils under loading. The result of this paper showed that nonlinear permeability had different effects on the deformation and excess pore water pressure in clay soils according to the change of ratios of coefficients of permeability which was presented a degree of nonlinear property, and average coefficients of permeability of soils. Therefore, it was concluded that nonlinear permeability should be considered according to both the change of ratios of coefficients of permeability and average coefficients of permeability to conduct more simultaneous analyses to field conditions.
In this article, we considered a class of nonlinear variational hemivariational inequality problems and investigated a gap function and regularized gap function for the problems. We discussed the global error bounds for such inequalities in terms of gap function and regularized gap functions by utilizing the Clarke generalized gradient, relaxed monotonicity, and relaxed Lipschitz continuous mappings. Finally, as applications, we addressed an application to non-stationary non-smooth semi-permeability problems.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.491-498
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2002
Dredged and reclaimed soft clays form slurry state which is very high water content and very low shear strength, experience large self-weight consolidation, nonlinear compressibility and permeability phenomenon would take place. In this case, a material functions which represent variety effective stress-void ratio-permeability relation (especially very low effective stress), are should be determined to predict nonlinear finite strain consolidation phenomenon forehand In this study, large slurry consolidometer with a 380mm diameter and a 1400mm height which is able to consolidation and permeability test, was developed to determine material function of very soft clay with a 500% initial water content clay, self-weight consolidation and low stress level consolidation (1Kpa, 3Kpa, 6Kpa, 12Kpa) was conducted and after each consolidation step permeability test also conducted. after final consolidation step, a constant rate of strain consolidation was conducted with undisturbed sample obtained from the large consolidometer. On the above result, material function was determined and laboratory test was modelled to evaluate its validity, numerical analysis on th field was compared to other method.
In this study, the application of conventional cubic law to a deep depth condition was experimentally evaluated. Moreover, a modified equation for estimating the rock permeability at a deep depth was suggested using precise hydraulic tests and an effect analysis according to the vertical stress, pore water pressure and fracture roughness. The experimental apparatus which enabled the generation of high pore water pressure (< 10 MPa) and vertical stress (< 20 MPa) was manufactured, and the surface roughness of a cylindrical rock sample was quantitatively analyzed by means of 3D (three-dimensional) laser scanning. Experimental data of the injected pore water pressure and outflow rate obtained through the hydraulic test were applied to the cubic law equation, which was used to estimate the permeability of rock fracture. The rock permeability was estimated under various pressure (vertical stress and pore water pressure) and geometry (roughness) conditions. Finally, an empirical formula was proposed by considering nonlinear flow behavior; the formula can be applied to evaluations of changes of rock permeability levels in deep underground facility such as nuclear waste disposal repository with high vertical stress and pore water pressure levels.
This research investigated the nonlinear compressibility, permeability, the yielding due to structural degradation and their effects on consolidation behavior of structured soft soils. Based on oedometer and hydraulic conductivity test results of natural and reconstituted soft clays, linear log (1+e) ~ $log\;{\sigma}^{\prime}$ and log (1+e) ~ $log\;k_v$ relationships were developed to capture the variations in compressibility and permeability, and the yield stress ratio (YSR) was introduced to characterize the soil structure of natural soft clay. Semi-analytical solutions for one-dimensional consolidation of soft clay under time-dependent loading incorporating the effects of soil nonlinearity and soil structure were proposed. The semi-analytical solutions were verified against field measurements of a well-documented test embankment and they can give better accuracy in prediction of excess pore pressure compared to the predictions using the existing analytical solutions. Additionally, parametric studies were conducted to analyze the effects of YSR, compression index (${\lambda}_r$ and ${\lambda}_c$), and permeability index (${\eta}_k$) on the consolidation behavior of structured soft clays. The magnitude of the difference between degree of consolidation based on excess pore pressure ($U_p$) and that based on strain ($U_s$) depends on YSR. The parameter ${\lambda}_c/{\eta}_k$ plays a significant role in predicting consolidation behavior.
In this paper, utilizing void ratio-effective stress and void ratio-permeability relationships, a system of two nonlinear partial differential equations is derived to predict the consolidation characteristics of normally consolidated (NC) and overconsolidated (OC) soft clays subjected to cyclic loading. A developed feature of the coefficient of consolidation containing two key parameters is emerged from the differential equations. Effect of these parameters on the consolidation characteristics of soft clays is analytically discussed. It is shown that the ratios between the slopes of e-$log{\sigma}^{\prime}$ and e-log k lines in the NC and OC states play a major role in the consolidation process. In the companion paper, the critical assumptions made in the analytical discussion are experimentally verified and a numerical study is carried out in order to examine the proposed theory.
This research presents the effect of various ground pozzolanic materials in blended cement concrete on the strength and chloride penetration resistance. An experimental investigation dealing with concrete incorporating ground fly ash (GFA), ground bottom ash (GBA) and ground rice husk ash (GRHA). The concretes were mixed by replacing each pozzolan to Ordinary Portland cement at levels of 0%, 10%, 20% and 40% by weight of binder. Three different water to cement ratios (0.35, 0.48 and 0.62) were used and type F superplasticizer was added to keep the required slump. Compressive strength and chloride permeability were determined at the ages of 28, 60, and 90 days. Furthermore, using this experimental database, linear and nonlinear multiple regression techniques were developed to construct a mathematical model of chloride permeability in concretes. Experimental results indicated that the incorporation of GFA, GBA and GRHA as a partial cement replacement significantly improved compressive strength and chloride penetration resistance. The chloride penetration of blended concrete continuously decreases with an increase in pozzolan content up to 40% of cement replacement and yields the highest reduction in the chloride permeability. Compressive strength of concretes incorporating with these pozzolans was obviously higher than those of the control concretes at all ages. In addition, the nonlinear technique gives a higher degree of accuracy than the linear regression based on statistical parameters and provides fairly reasonable absolute fraction of variance ($R^2$) of 0.974 and 0.960 for the charge passed and chloride penetration depth, respectively.
The paper presents a comparison between a semi-implicit time integration linear finite element implementation and fully-implicit nonlinear Newton-Raphson finite element implementation of a triphasic small strain mixture formulation of an elastic partially saturated porous medium. The pore air phase pressure pa is assumed atmospheric, i.e., $p_a$ = 0, although the formulation and implementation are general to handle increase in pore air pressure as a result of loading, if needed. The solid skeleton phase is assumed linear isotropic elastic and partially saturated 'consolidation' in the presence of surface infiltration and traction is simulated. The verification of the implementation against an analytical solution for partially saturated pore water flow (no deformation) and comparison between the two implementations is presented and the important of the porosity-dependent nature of the partially saturated permeability is assessed on comparison with a commercial code for the partially saturated flow with deformation. As a result, the response of partially saturated permeability subjected to the porosity influences on the saturation of a soil, and the different behaviors of the partially saturated soil between staggered and monolithic coupled programs is worth of attention because the negative pore water pressure in the partially saturated soil depends on the difference.
The interface layer having different consolidation properties and nonlinear material function with permeability needs to be considered to predict consolidation behavior. In this study, interface equation between different layers has been derived and then applied to existing finite difference scheme for conducting consolidation analysis. These results have been compared with those by conventional method in which different layers are converted to single layer having conversion value of properties. Also, although the conventional consoilidation analysis is used to consider non-linearity of the permeability with effective stress, an approximated nonlinear method as a function of consoilidation coefficient with effective stress have been developed and applied to the consoilidation analysis for various cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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