The railway is widely used to transport passengers and freight due to its punctuality and large transport capacity. The recent remarkable development in construction technology enables various subsea railway tunnels for continent-continent or continent-island connectivity. In Korea, design and construction experience is primarily based on the successful completion of the Boryeong subsea tunnel (2021) and the Gadeok subsea tunnel (2010). However, frequent earthquakes with diverse magnitudes, globally induced and continuously increased the awareness of seismic risks and the frequency of domestic earthquakes. The effect of an earthquake on the subsea tunnel is very complicated. However, ground conditions and seismic waves are considered the main factors. This study simulated four ground types of 3-dimensional numerical models, such as soil, rock, composite, and fractured zone, to analyze the effect of ground type and seismic wave. A virtual subsea railway shield tunnel considering external water pressure was modeled. Further, three different seismic waves with long-term, short-term, and both periods were studied. The dynamic analyses by finite difference method were performed to investigate the displacement and stress characteristics. Consequently, the long-term period wave exhibited a predominant lateral displacement response in soil and the short-term period wave in rock. The artificial wave, which had both periodic characteristics, demonstrated predominant in the fractured zone. The effect of an earthquake is more noticeable in the stress of the tunnel segment than in displacement because of confining effect of ground and structural elements in the shield tunnel.
Jung, In Kyun;Shin, Hyung Jin;Park, Jin Hyeog;Kim, Seong Joon
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.6B
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pp.709-721
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2008
This paper is to test the applicability of ModKIMSTORM (Modified KIneMatic Wave STOrm Runoff Model) by applying it to Namgangdam watershed of $2,293km^2$. Model inputs (DEM, land use, soil related information) were prepared in 500 m spatial resolution. Using five typhoon events (Saomi in 2000, Rusa in 2002, Maemi in 2003, Megi in 2004 and Ewiniar in 2006) and two storm events (May of 2003 and July of 2004), the model was calibrated and verified by comparing the simulated streamflow with the observed one at the outlet of the watershed. The Pearson's coefficient of determination $R^2$, Nash and Sutcliffe model efficiency E, the deviation of runoff volumes $D_v$, relative error of the peak runoff rate $EQ_p$, and absolute error of the time to peak runoff $ET_p$ showed the average value of 0.984, 0.981, 3.63%, 0.003, and 0.48 hr for 4 storms calibration and 0.937, 0.895, 8.08%, 0.138, and 0.73 hr for 3 storms verification respectively. Among the model parameters, the stream Manning's roughness coefficient was the most sensitive for peak runoff and the initial soil moisture content was highly sensitive for runoff volume fitting. We could look into the behavior of hyrologic components from the spatial results during the storm periods and get some clue for the watershed management by storms.
The in-situ consolidation behavior of drainage system-installed deposits has three dimensional characteristics. Therefore, for an approximate 2-D plane strain consolidation analysis, it is necessary to convert the 3-D spatial flow of actual cases into the laminar flow simulated by the 2-D plane strain model. . In this paper, in order to properly model the effect of three dimensional characteristics, an equivalent and efficient model has been applied in a finite element technique for the analysis of the drainage system-installed soil deposits. The equivalent two dimensional model involves equivalent permeabilities and drainage widths. To validate the equivalent two dimensional model, three dimensional analyses were per formed by using the ABAQUS program and the results of 3-D analyses were compared with those of the 2-D analyses. By using the proposed equivalent model, one may be able to appropriately predict the consolidation behavior of drainage system-installed soft deposits.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.2
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pp.147-155
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2013
In this paper structural analysis of underground electrical power cable structures which is excavated below the surface of the earth in the downtown area is carried out considering the effect of construction sequence. There are many various life-line facilities below the surface of the earth in the downtown area. MPDAP was used for finite element analysis of underground electrical power cable structures. Three typical sections are simulated by finite element models. Unbalanced equilibrium problems may be occurred when conventional finite element procedures were used for simulation of tunnel excavation. Therefore equilibrium perturbation concept was applied to solve these problems. The effects of time-dependent deformations in advancing tunnel excavation are considered in the stages of construction sequences as using the load distribution factor. It is shown that values of maximum displacement of both soil and rock surrounding underground electrical power cable structures obtained by our numerical studies are less than allowable values.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.58
no.3
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pp.1-12
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2016
The objective of this study is to analyze the relationship between stream water quality of TN (total nitrogen), TP (total phosphorus), and BOD (Biochemical Oxygen Demand) and TDI (Trophic Diatom Index) score determined by physico-chemical factors, biomass, and standing crops of epilithic diatoms, and to estimate the required amount of ecological streamflow for good water environment of Trophic Diatom. For the main stream of Chungju dam watershed of South Korea, total 100 field data of 3 years (2008~2010) measured in May and September were used to derive the relationship between water quality and TDI. Trophic Diatom had high correlation (0.55 determination coefficient) with TN. Using the relationship, the required streamflow was evaluated by using the Soil Water Assessment Tool (SWAT) for good Trophic Diatom water environment through T-N water quality maintenance. The SWAT simulated 8 years (2003~2010) stream discharges and T-N water quality along the main stream. From present garde C (score range: 30.0~45.0) to grade A (score above 60.0) of TDI, the May needs additional streamflow of $63.1m^3/sec$ (+36.7 % comparing with the present streamflow of $172.0m^3/sec$) at the watershed outlet.
White rot fungi have been useful source of enzymes for the degradation of environmental pollutants including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and synthetic dyes. PAHs are widespread organic compounds present in fossil fuels and are routinely generated by incomplete fuel combustion. PAHs are some of the major toxic pollutants of water and soil environments. Synthetic dyes are major water-pollutants, which are toxic to organisms in water environments and interfere photosynthesis of water plants. Removal of PAHs and synthetic dyes has been of interests in the environmental science especially in the environmental microbiology. Mushrooms are fungal groups that function as primary degraders of wood polyphenolic lignin. The ligninolytic enzymes produced by mushroom, including manganese peroxidase, lignin peroxidase, and laccase, mediate the oxidative degradation of lignin. The catalytic power of these enzymes in the degradation of aromatic ring compounds has been sought for the degradation of various organic compounds. In this project, we have screened 60 wild mushroom strains for their degradation activity against two representative PAHs, naphthalene and anthracene, and five aromatic dyes, including alizarin red S, crystal violet, malachite green, methylene blue, rose bengal. The degradation of PAHs was measured by GC while the decolorization of dyes was measured by both UV spectrophotometer and HPLC. As results, 9 wild mushroom strains showed high activity in degradation of PAHs and textile dyes. We also describe the secretive enzyme activities, the transcription levels, and cloning of target genes. In conjunction with this, activities of degradative enzymes, including laccase, lignin peroxidase, and Mn peroxidase, were measured in the liquid medium in the presence of PAHs and dyes. Our results showed that the laccase activity was directed correlated with the degradation, indicating that the main enzyme acts on PAHs and dyes is the laccase. The laccase activity was further simulated by the addition of $Cu^{2+}$ ion. Detailed studies of the enzyme system should be sought for future applications.
This paper is the results of experimental and numerical works on the investigating design factors influencing the bearing capacity, the ratio of stress concentration, and the failure mechanism of the clay ground improved with sand compaction piles (SCP). In order to find the behavior of the clay ground improved with SCP, extensive centrifuge model experiments were carried out for each of the SCP replacement ratio of 20, 40, and $70\%$, the non-plastic fine contents in sand of 5, 10, and $15\%$, and the ratio of the improved width to the loaded area (W/B) of 1, 2, and 3. The commertially available software of FEM, CRISP, was used to analyze test results by performing numerical estimations. In these numerical analyses the sand compaction piles and the clay ground were simulated as a linear elastic and plastic constitutive model and the modified Cam-clay model, based on Critical State Soil Mechanics, respectively.
Ha, Jaechul;Lee, Jeong Hwan;Cheong, Jae-yeol;Jung, Haeryong
The Journal of Engineering Geology
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v.26
no.1
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pp.87-99
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2016
We present the results of two-dimensional numerical simulations predicting the flow of groundwater in a fractured unsaturated zone. We applied the k-field distribution of permeability derived from discrete fracture network (DFN) modeling as the hydraulic properties of a model domain. To model an unsaturated zone, we set the depth from the ground surface to the underground aquifer. The rate of water infiltration into the unsaturated zone was divided into two parts, an artificial structure surface and unsaturated soil zone. The movement of groundwater through the unsaturated zone was simulated with particular emphasis on contaminant transport. It was clearly observed that the contaminants dissolved in groundwater transported vertically from the ground surface to the saturated zone.
Woo, Won Hee;Ryu, Jichul;Moon, Jong Pill;Jang, Chun Hwa;Kum, Donghyuk;Kang, Hyunwoo;Kim, Ki-Sung;Lim, Kyoung Jae
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.28
no.4
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pp.495-504
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2012
In recent years, urbanization has been a hot issues in watershed management due to increased pollutant loads from impervious urban areas. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model has been widely used in hydrology and water quality studies at watershed scale. However, the SWAT has limitations in simulating water flows between HRUs and hydrological effects of LID practices. The Storm Water Management Model (SWMM) has LID capabilities, but it does not simulate non-urban areas, especially agricultural areas. In this study, a SWAT-SWMM coupled model was developed to evaluate effects of LID practices on hydrology and water quality at mixed-landuse watersheds. This coupled SWAT-SWMM was evaluated by comparing calibrated flow with and without coupled SWAT-SWMM. As a result of this study, the $R^2$ and NSE values with SWAT are 0.951 and 0.937 for calibration period, and 0.882 and 0.875 for validation period, respectively. the $R^2$ and NSE values with SWAT-SWMM are 0.877 and 0.880 for validation period. Out of four LID scenarios simulated by SWAT-SWMM model, the green roof scenario was found to be most effective which reduces about 25% of rainfall-runoff flows.
An automatic calibration tool of Hydrological Simulation Program-Fortran (HSPF), Parameter Estimation (PEST) program, was applied at the Imha lake watershed to get optimal hydrological parameters of HSPF. Calibration of HSPF parameters was performed during 2004 ~ 2008 by PEST and validation was carried out to examine the model's ability by using another data set of 1999 ~ 2003. The calibrated HSPF parameters had tendencies to minimize water loss to soil layer by infiltration and deep percolation and to atmosphere by evapotranspiration and maximize runoff rate. The results of calibration indicated that the PEST program could calibrate the hydrological parameters of HSPF with showing 0.83 and 0.97 Nash-Sutcliffe coefficient (NS) for daily and monthly stream flow and -3% of relative error for yearly stream flow. The validation results also represented high model efficiency with showing 0.88 and 0.95, -10% relative error for daily, monthly, and yearly stream flow. These statistical values of daily, monthly, and yearly stream flow for calibration and validation show a 'very good' agreement between observed and simulated values. Overall, the PEST program was useful for automatic calibration of HSPF, and reduced numerous time and effort for model calibration, and improved model setup.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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