Soils are usually weak in tension therefore different materials such as geosynthetics are used to address this inadequacy. Worldwide annual consumption of geosynthetics is close to $1000million\;m^2$, and the value of these materials is probably close to US$1500 million. Since the total cost of the construction is at least four or five times the cost of the geosynthetic itself, the impact of these materials on civil engineering construction is very large indeed. Nevertheless, there are several significant problems associated with geosynthetics, such as creep, low modulus of elasticity, and susceptibility to aggressive environment. Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) was introduced over two decades ago in the field of structural engineering that can also be used in geotechnical engineering. CFRP has all the benefits associated with geosynthetics and it boasts higher strength, higher modulus, no significant creep and reliability in aggressive environments. In this paper, the performance of a CFRP reinforced retaining wall is investigated using the finite element method. Since the characterization of behavior of soils and interfaces are vital for reliable prediction from the numerical model, soil and interface properties are obtained from comprehensive laboratory tests. Based on the laboratory results for CFRP, backfill soil, and interface data, the finite element model is used to study the behavior of a CFRP reinforced wall. The finite element model was verified based on the results of filed measurements for a reference wall. Then the reference wall simulated by CFRP reinforcements and the results. The results of this investigations showed that the safety factor of CFRP reinforced wall is more and its deformations is less than those for a retaining wall reinforced with ordinary geosynthetics while their construction costs are in similar range.
The Disturbed State Concept (DSC) model, with simplified unloading/reloading formulation, is implemented in a nonlinear dynamic finite element program fur porous media named DSC_DYN2D. In this research, the DSC constitutive model is utilized using the HiSS model for relative intact (RI) part and the critical state model for the fully adjusted (FA) part in the material. The general formulation for implementation is developed. The cyclic loading tests from the field load test data on a pile segment were numerically simulated using the finite element program DSC_DYN2D and compared with field measurements and those from the previous analysis with the HiSS model. The DSC predictions show improved agreement with the field behavior of the pile compared to those from the HiSS model. Overall, the computer procedure with the DSC model allows improved and realistic simulation of the complex dynamic soil-structure interaction problems.
The collapse behavior of ground subsidence caused by continuous loss of particles depends on the saturated condition and density of the ground. In this study, types of ground subsidence were classified based on the saturated condition and each type was performed on the different relative density to analyze the influence factors on the collapse behavior by distinct element method. According to analysis results, the relatively small amount of settlement occurred on the dense ground and a cavity was created under dense-unsaturated ground. In contrast, loose ground showed the large amount of settlement and collapsed immediately without cavity formation even if the unsaturated ground was simulated. The results demonstrated that because the relative density has influence on the mechanical interlocking and saturated condition has influence on the inter-particle force, these are important factors to change the collapse behavior.
Fattah, Mohammed Y.;Al-Mosawi, Mosa J.;Al-Zayadi, Abbas A.O.
Geomechanics and Engineering
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v.5
no.1
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pp.17-36
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2013
Settlement of the piled raft can be estimated even after years of completing the construction of any structure over the foundation. This study is devoted to carry out numerical analysis by the finite element method of the consolidation settlement of piled rafts over clayey soils and detecting the dissipation of excess pore water pressure and its effect on bearing capacity of piled raft foundations. The ABAQUS computer program is used as a finite element tool and the soil is represented by the modified Drucker-Prager/cap model. Five different configurations of pile groups are simulated in the finite element analysis. It was found that the settlement beneath the piled raft foundation resulted from the dissipation of excess pore water pressure considerably affects the final settlement of the foundation, and enough attention should be paid to settlement variation with time. The settlement behavior of unpiled raft shows bowl shaped settlement profile with maximum at the center. The degree of curvature of the raft under vertical load increases with the decrease of the raft thickness. For the same vertical load, the differential settlement of raft of ($10{\times}10m$) size decreases by more than 90% when the raft thickness increased from 0.75 m to 1.5 m. The average load carried by piles depends on the number of piles in the group. The groups of ($2{\times}1$, $3{\times}1$, $2{\times}2$, $3{\times}2$, and $3{\times}3$) piles were found to carry about 24%, 32%, 42%, 58%, and 79% of the total vertical load. The distribution of load between piles becomes more uniform with the increase of raft thickness.
Kim, Jeongsoo;Kim, Youngseok;Lee, Kicheol;Kim, Dongwook
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.17
no.4
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pp.81-92
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2018
Recently, the use of natural gas has steadily increased due to its economical advantage and increased demand of clean energy uses. Accordingly, construction of LNG storage tanks is also increased. Secure of the stability of LNG tanks storage requires high technology as natural gas is stored in a liquid state for efficiency of storage. When a cryogenic LNG fluid leaks on ground due to a defect in LNG tank, damage is expected to be significant. Many researchers evaluated the critical and negative effects of LNG leakage, but there is limited research on the effect of cryogenic fluid leakage on the ground supporting LNG tanks. Therefore, in this study, the freezing expansion of the ground during cryogenic LNG fluid leakage was evaluated considering various outflow situations and ground conditions. The LNG leakage scenarios were simulated based on numerical analyses results varying the surcharge load, temperature boundary conditions, and soil types including freeze-sensitive soil. Consequently, short and long term ground temperature variations after LNG leakage were evaluated and the resulting ground behavior including vertical displacement behavior and porosity were analyzed.
Yang, Yanmin;Tian, Xinru;Liu, Quanhai;Zhi, Jiabo;Wang, Bo
Earthquakes and Structures
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v.17
no.2
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pp.233-244
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2019
In this work, we have studied the effects of different soil thicknesses, haunch heights, reinforcement forms and construction technologies on the seismic performance of a composite precast fabricated utility tunnel by pseudo-static tests. Five concrete specimens were designed and fabricated for low-cycle reciprocating load tests. The hysteretic behavior of composite precast fabricated utility tunnel under simulated seismic waves and the strain law of steel bars were analyzed. Test results showed that composite precast fabricated utility tunnel met the requirements of current codes and had good anti-seismic performance. The use of a closed integral arrangement of steel bars inside utility tunnel structure as well as diagonal reinforcement bars at its haunches improved the integrity of the whole structure and increased the bearing capacity of the structure by about 1.5%. Increasing the thickness of covering soil within a certain range was beneficial to the earthquake resistance of the structure, and the energy consumption was increased by 10%. Increasing haunch height within a certain range increased the bearing capacity of the structure by up to about 19% and energy consumption by up to 30%. The specimen with the lowest haunch height showed strong structural deformation with ductility coefficient of 4.93. It was found that the interfaces of haunches, post-casting self-compacting concrete, and prefabricated parts were the weak points of utility tunnel structures. Combining the failure phenomena of test structures with their related codes, we proposed improvement measures for construction technology, which could provide a reference for the construction and design of practical projects.
To simulate two-dimensional plane-strain conditions in the laboratory model test, the side frictional resistance between the soil and thick glass or plastic sheet of the soil container should be reduced as much as possible. However, in fact this side friction cannot be removed completely. In this paper, the ground model simulated as a multi-sized aluminium rod mixture was introduced to get rid of the side frictional resistance and applied to the laboratory shear box test. In addition, an application of the close range photogrammetric technique to the shear box test was validated. As a result, it was found that a mean value of dilation angle from the close range photogrammetry was close to the dilation angle defined by the curve of shear strain vs. volumetric strain.
Digital close-range photogrammetric technique can measure and describe 3D geometric farm from 2D image. This technique is increasingly applied in the field of sciences. In the fields of civil and mechanical engineering, which need precise measurements for design, expensive measuring equipments are widely used. In occasions where visual inspection is required in addition to other forms of measurements, appropriate measuring equipments have not been yet available. This study utilizes digital close-range photogrammetric technique to quantitatively analyze behavior patterns before and after destruction from test model of reinforced-soil wall. Then the results are compared with the measurements obtained using digital theodolite to verify the reliability of the proposed method.
Various field setup and filtering criteria have been suggested to avoid the near field effects in surface wave methods. Unlike other surface wave methods HWAW method uses the near field component positively. It is possible by using maximum energy point based on time-frequency map and inversion method to consider receiver locations from the source point and body wave component. To verify the HWAW method in the near field numerical study was performed and the wave propagation in the stratified soil media was simulated due to a surface point load. All of five representative soil models were used. The experimental dispersion curves, determined by HWAW method at the various receiver distances in the region of near field, all coincided well with the theoretical dispersion curves determined by 3D forward modeling (Kausel's method). Consequently, it was considered that the HWAW method can provide reliable $V_s$ profiles effectively in the near field.
Tail-grouting is an effective measure in shield engineering for filling the gap at the shield tail to reduce ground deformation. However, the gap-filling ratio affects the value of the gap parameters, leading to different surface settlements. It is impossible to adjust the fill ratio indiscriminately to study its effect, because the allowable adjustment range of the grouting quantity is limited to ensure construction site safety. In this study, taking the shield tunnel section between Chaoyanggang Station and Shilihe Station of Beijing Metro Line 17 as an example, the correlation between the tail-grouting parameter and the surface settlement is investigated and the optimal grouting quantity is evaluated. This site is suitable for conducting field tests to reduce the tail-grouting quantity of shield tunneling over a large range. In addition, the shield tunneling under different grouting parameters was simulated. Furthermore, we analyzed the evolution law of the surface settlement under different grouting parameters and obtained the difference in the settlement parameters for each construction stage. The results obtained indicate that the characteristics of the grout affect the development of the surface settlement. Therefore, reducing the setting time or increasing the initial strength of the grout could effectively suppress the development of surface subsidence. As the fill ratio decreases, the loose zone of the soil above the tunnel expands, and the soil deformation is easily transmitted to the surface. Meanwhile, owing to insufficient grout support, the lateral pressure on the tunnel segments is significantly reduced, and the segment moves considerably after being removed from the shield tail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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