Offshore pile foundations are prone to lateral soil pressures resulting from embankment construction for the reclamation on deepwater soft clay. Since the 1990s, offshore reclamation has actively progressed in Korea, connecting with the development of Songdo newtown, Incheon newport, and Busan newport representatively. Special attention has been given to lateral soil-structure interaction problems related to passively-loaded offshore pile foundations. Based on a plane strain large deformation finite element (LDFE) approach, this paper presents the results of investigation into undrained (short-term) and drained (long-term) behavior of passively-loaded offshore pile foundations. This study examines the effects of major factors, such as soil profile, pile head boundary condition, magnitude of embankment load, and average degree of consolidation. The results allowed quantification of differences in the magnitude of lateral soil pressure acting on the piles between undrained and drained phases.
This study investigated the effect of relative density on the thickness of shear zone. Digital image processing was used to measure the thickness of shear zone under plane strain conditions. A suitable epoxy resin was injected into the sample and the thickness of the shear zone was investigated. Four independent condition samples were prepared and the thickness of the shear zone was measured. The results indicated that the thickness of shear zone increases as the initial density of sample increases, and during the shear, the void ratios of the shear zone were changed, but the thickness of shear zone was not changed. In addition, the result of measurement of the thickness showed that the thickness of shear zone was almost fixed before critical state, but beyond critical state, the thickness of shear zone sharply increases as relative density increases.
Kim, Dong-Joon;Youn, Jun-Ung;Jee, Sung-Hyun;Choi, Jaehyung;Lee, Jin-Sun;Kim, Dong-Soo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.30
no.1
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pp.49-63
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2014
Bearing capacity factor $N_{\gamma}$ and shape factor were studied for rigid strip and circular footings with a rough base on sand by numerical modelling considering the effect of dilation angle. The numerical model was developed with an explicit finite difference code. Loading procedures and interpretation methods were devised in order to shorten the running time while eliminating the exaggeration of the reaction caused by the explicit scheme. Using the Mohr-Coulomb plasticity model with associated (${\psi}={\phi}$) and nonassociated (${\psi}$ < ${\phi}$) flow-rules, the bearing capacity factor $N_{\gamma}$ was evaluated for various combinations of internal friction angles and dilation angles. Bearing capacity factor decreased as the dilation angle was reduced from the associated condition. An equation applicable to typical sands was proposed to evaluate the relative bearing capacity for the nonassociated condition compared to the associated condition on which most bearing capacity factor equations are based. The shape factor for the circular footing varied substantially when the plane-strain effect was taken into account for the strip footing. The numerical results of this study showed closer trends with the previous experimental results when the internal friction angle was increased for the strip footing. Discussions are made on the reason that previous equations for the shape factor give different results and recommendations are made for the appropriate design shape factor.
Under the groundwater level, the tunnel face is affected by the seepage force and the groundwater flow may cause a trouble to the tunnel support systems. The appropriate methods of analysis and design in the tunnel face and the lining, considering groundwater flow according to tunnel drainage condition are presented in this thesis. First, the effect of seepage on the stability of tunnel face was studied. Seepage force was estimated by the 3-D finite element analysis and the stability of tunnel face was checked by analytical method. Furthermore, using the finite difference method the stress and displacement on the face were computed for either case, where the seepage force is or is not considered, and the effect of seepage on the tunnel face stability was evaluated. Second, the effect of seepage force on the tunnel lining when construction is finished and steady state seepage flow occurs was studied and a design methodology considering seepage effect was made. Consequently, in case where the groundwater level remains almost unchanged and the steady state groundwater flow occurs, the proper countermeasures for face staility are required according to the condition of groundwater flow. Moreover, the tunnel lining should be designed and constructed considering the seepage force occuring by the groundwater flow toward the tunnel linings.
This paper deals with numerical analysis of behavior of curved mechanically stabilized earth(MSE) walls with geosynthetics reinforcement. Unlike typical concrete retaining walls, MSE wall enables securing stability of higher walls without being constrained by backfill height and is currently and widely used to create spaces for industrial and residential complexes. The design of MSE walls is carried out by checking external stability, similarly to the external checks of conventional retaining wall. In addition, internal stability check is mandatory. Typical stability check based on numerical analysis is done assuming 2-dimensional condition (plane strain condition). However, according to the former studies of 3-dimensional MSE wall, the most weakest part of a curved geosynthetic MSE wall is reported as the convex location, which is also identified from the studies of the laboratory model tests and field monitoring. In order to understand the behaviour of the convex location of the MSE wall, 2-dimensional analysis clearly reveals its limitation. Furthermore, laboratory model tests and field monitoring also have restriction in recognizing their behaviour and failure mechanism. In this study, 3-dimensional numerical analysis was performed to figure out the behaviour of the curved part of the geosynthetic reinforced wall, and the results of the straight-line and curved part in the numerical analysis were compared and analysed. In addition, the behaviour characteristics at each condition were compared by considering the overburden load and relative density of backfill.
Kim, Song-Hui;Yun, Yeo-Beom;Hwang, Yeong-Hwa;Choe, Chang-U;Hong, Jun-Pyo;Lee, Eung-Jo
Korean Journal of Materials Research
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v.3
no.3
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pp.253-260
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1993
High strength and fracture toughness of Al-Li-Cu alloy(2090 Al alloy) have been achieved by the improvement of melting and casting, extrusion and heat treatment techniques. To establish the sucessful process for semi-industrial scale ingot(20Kg) the following areas have been investigated: (1) Improvement of melting and casting techniques for ingot by introducing atmospheric modifications, vacuum and rotary degassing, and deslagging. (2) The effect of heat treatment on mechanical properties (3) Mechanical characterization by tensile test, fracture toughness test and fatigue crack propagation test. High mechanical properties were found to be intimately related with ingot soundness. Tensile strength of final products varied from 534MPa to 566MPa in peak aged condition while elongation/ductility ranged from 9.0% to 11.9%. From the fracture toughness test with using compact tensile specimen, plane strain fracture toughness($K_{Ic}$) appeared to be 39MPa${\surd}$m in peak aged condition and 23MPa${\surd}$ m in underaged condition. When load ratios of 0.1, 0.3 and 0.5 were given ${\Delta}K_{th}$ was 6.0MPa${\surd}$ m, 5.3MPa${\surd}$ m and 4.3MPa${\surd}$ m respectively.
Kim, Dae-Young;Lee, Hong-Sung;Chun, Byung-Sik;Jung, Jong-Ju
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.1
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pp.57-70
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2009
Considerable advance has been made on research on effect of steel pipe Umbrella Arch Method (UAM) and mechanical reinforcement mechanism through numerical analyses and experiments. Due to long analysis time of three-dimensional analysis and its complexity, un-quantitative two-dimensional analysis is dominantly used in the design and application, where equivalent material properties of UAM reinforced area and ground are used, For this reason, development of reasonable, theoretical, quantitative and easy to use design and analysis method is required. In this study, both field UAM tests and laboratory tests were performed in the residual soil to highly weathered rock; field tests to observe the range of reinforcement, and laboratory tests to investigate the change of material properties between prior to and after UAM reinforcement. It has been observed that the increase in material property of neighboring ground is negligible, and that only stiffness of steel pipe and cement column formed inside the steel pipe and the gap between steel pipe and borehole contributes to ground reinforcement. Based on these results and concept of Convergence Confinement Method (CCM), two dimensional axisymmetric analyses have been performed to obtain the longitudinal displacement profile (LDP) corresponding to arching effect of tunnel face, UAM effect and effect of supports. In addition, modified load distribution method in two dimensional plane-strain analysis has been suggested, in which effect of UAM is transformed to internal pressure and modified load distribution ratios are suggested. Comparison between the modified method and conventional method shows that larger displacement occur in the conventional method than that in the modified method although it may be different depending on ground condition, depth and size of tunnel, types of steel pipe and initial stress state. Consequently, it can be concluded that the effect of UAM as a beam in a longitudinal direction is not considered properly in the conventional method.
Underground utility tunnel, the most representative cut and cover structure, is subjected to seismic force by displacement of the surrounding soil. In 2020, Korea Infrastructure Safety Corporation has published "Seismic Performance Evaluation Guideline for Existing Utility Tunnel." This paper introduces two seismic evaluation methods, RDM (Response Displacement Method) and RHA (Response History Analysis) adopted in the guide and compares the methods for an example of an existing utility tunnel. The test tunnel had been constructed in 1988 and seismic design was not considered. RDM is performed by single and double cosine methods based on the velocity response spectrum at the base rock. RHA is performed by finite difference analysis that is able to consider nonlinear behavior of soil and structure together in two-dimensional plane strain condition. The utility tunnel shows elastic behavior for RDM, but shows plastic hinge for RHA under the collapse prevention level earthquake.
Owing to needs of biomechanical comprehension and analysis to obtain various medical treatment designs which are related with the spine in order to cure and diagnose LBP patients, the FE modeling and nonlinear analysis of lumbosacrum including a partial ilium and iliolumbar ligaments, were carried out. First, we investigated whether the geometrical configuration of vertebrae displayed by DICOM slice files is regular and normal condition. After constructing spinal vertebrae including a partial ilium, a sacrum and five lumbars (from L1 to L5)with anatomical shape reconstructed using softwares such as image modeler and CAD modeler, we added iliolumbar ligaments, lumbar ligaments, discs and facet joints, etc.. And also, we assigned material property and discretized the model using proper finite element types, thus it was completely modeled through the above procedure. For the verification of each segment, average sagittal ROM, average coronal ROM and average transversal ROM under various loading conditions(${\pm}10Nm$), average vertical displacement under compression(400N), ALL(Anterior Longitudinal Ligament) and PLL(Posterior Longitudinal Ligament) force at L12 level, strains of seven ligaments on sagittal plane at L45 level and maximal strain of disc fibers according to various loading conditions at L45 level, etc., they were compared with experimental results. For the verification of multilevel-lumbosacrum spine including partial ilium and iliolumbar ligaments, the cases with and without iliolumbar ligaments were compared with ROM of experiment. The results were obtained from analysis of the verified FE model as follows: I) Iliolumbar ligaments played a stabilizing role as mainly posterior iliolumbar ligaments under flexion and as both posterior and anterior iliolumbar ligaments of one side under lateral bending. 2) The iliolumbar ligaments decreased total ROM of 1-8% in total model according to various motion conditions, which changed facet contact forces of L5S level by approximately 0.8-1.4 times and disc forces of L5S level by approximately 0.8-1.5 times more than casewithout ilioligaments, under various loading conditions. 3) The force of lower discs such as L45 and L5S was bigger than upper discs under flexion, left and right bending and left and right twisting, except extension. 4) It was predicted that strains of posterior ligaments among iliolumbar ligaments would produce the maximum 16% under flexion and the maximum 10% under twisting. 5) It's expected that this present model applies to the development and design of artificial disc, since it was comparatively in agreement with the experimental datum.
Jo, Cheol-Hyeong;Choe, Jae-Bong;Choe, Gwi-Won;Yun, Gang-Seop;Gang, Seung-Baek
Journal of Biomedical Engineering Research
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v.20
no.1
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pp.37-44
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1999
Because of bone resorption, wear of ultra-high molecular weight polyethylene(UHMWPE) in total knee arthroplasty has been recognized as a major factor in long-term failure of knee implant. The surface damage and the following harmful wear debris of UHMWPE is largely related to contact stress. Most of the previous studies focused on the contact condition only at the articulating surface of UHMWPE. Recently, contact stress at the metal-backing interface has been implicated as one of major factors in UHMWPE wear. Therefore, the purpose of the is study is to investigate the effect of the contact stress for different thickness, conformity friction coefficient, and flexion degree of the UHMWPE component in total knee system, considering the contact conditions at both interfaces. In this study, a two-dimensional non-linear plane strain finite element model was developed. The results showed that the maximum value of von-Mises stress occurred below the articulating surface and the contact stress was lower for the more conforming models. All-polyethylene component showed lower stress distribution than the metal-backed component. With increased friction coefficient on the tibiofemoral contact surface, the maximum shear stress increased about twofold.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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