This study examined the magnitude and distribution of earth pressure on the excavation wall in jointed rock mass by considering different groundwater conditions under various rock types, joint inclination angles, and earth pressure coefficients. Based on a physical model test (Son and Park, 2014), extended studies were conducted considering rock-structure interactions based on the discrete element method, which can consider the joints characteristics of rock mass. The results showed that the earth pressure was highly influenced by the groundwater condition as well as the rock type, joint inclination angle, and earth pressure coefficient. The results were also compared with Peck's earth pressure for soil ground, and clearly showed that the earth pressure in jointed rock mass can be greatly different from that in soil ground.
The dynamic characterization is important in making accurate predictions of the seismic response of the hybrid structures dominated by different damping mechanisms. Different damping characteristics arise from the construction of hybrid structure with different materials: steel for the upper part; reinforced concrete for the lower main part and interaction with supporting soil. The process of modeling damping matrices and experimental verification is challenging because damping cannot be determined via static tests as can mass and stiffness. The assumption of classical damping is not appropriate if the system to be analyzed consists of two or more parts with significantly different levels of damping. The dynamic response of structures is critically determined by the damping mechanisms, and its value is very important for the design and analysis of vibrating structures. A numerical algorithm capable of evaluating the equivalent modal damping ratio from structural components is desirable for improving seismic design. Two approaches are considered to explore the dynamic response of hybrid tower of cable-stayed bridges: The first approach makes use of a simplified model of 2 coupled lumped masses to investigate the effects of subsystems different damping, mass ratio, frequency ratio on dynamic characteristics and equivalent modal damping; the second approach employs a detailed numerical step-by step integration procedure.
Great efforts have been conducted to investigate the seismic performances of the arch and rectangular underground structures, however, the differences between seismic responses of these two types of underground structures, especially the vault radian influencing the seismic responses of arch structures are not clarified. This paper presents a detailed numerical investigation on the seismic responses of arch underground structures with different vault radians, and aims to illustrate the rule that vault radian affects the seismic responses of underground structures. Five arch underground structures are built for nonlinear soil-structure interaction analysis. The internal forces of the structural components of the underground structures only under gravity are discussed detailedly, and an optimum vault radian for perfect load-carrying functionality of arch underground structures is suggested. Then the structures are analyzed under seven scaled ground motions, amounting to a total of 35 dynamic calculations. The numerical results show that the vault radian can have beneficial effects on the seismic response of the arch structure, compared to the rectangular underground structures, causing the central columns to suffer smaller axial force and horizontal deformation. The conclusions provide some directive suggestions for the seismic design of the arch underground structures.
Yu, Hong;Zhu, Hong P.;Weng, Shun;Gao, Fei;Luo, Hui;Ai, De M.
Structural Monitoring and Maintenance
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v.5
no.2
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pp.231-242
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2018
Subway tunnel structure has been rapidly developed in many cities for its strong transport capacity. The model-based damage detection of subway tunnel structure is usually difficult due to the complex modeling of soil-structure interaction, the indetermination of boundary and so on. This paper proposes a new data-based method for the damage detection of subway tunnel structure. The root mean square acceleration and cross correlation function are used to derive a statistical pattern recognition algorithm for damage detection. A damage sensitive feature is proposed based on the root mean square deviations of the cross correlation functions. X-bar control charts are utilized to monitor the variation of the damage sensitive features before and after damage. The proposed algorithm is validated by the experiment of a full-scale two-rings subway tunnel lining, and damages are simulated by loosening the connection bolts of the rings. The results verify that root mean square deviation is sensitive to bolt loosening in the tunnel lining and X-bar control charts are feasible to be used in damage detection. The proposed data-based damage detection method is applicable to the online structural health monitoring system of subway tunnel lining.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.2
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pp.505-513
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2014
This paper investigated the effect of joint on the earth pressure against an excavation wall in rockmass with the consideration of various rock and joint conditions. For this purpose, this study briefly reviewed of the previous earth pressure studies, and then numerical parametric studies were conducted based on the Discrete Element Method (DEM) to overcome the limitations of the previous studies. The numerical tests were carried out with the controlled parameters including rock types and joint conditions (joint shear strength, joint inclination angle, and joint set), and the magnitude and distribution characteristics of the induced earth pressure were investigated considering the interactions between the ground and the excavation wall. In addition, the earth pressures induced in rock stratum were compared with Peck's earth pressure for soil ground. The results showed that the earth pressure against an excavation wall in jointed rockmass were highly affected by different rock and joint conditions and thus different from Peck's empirical earth pressure for soil ground.
In a reinforced soil structure, the interaction between soil and an reinforcement occurs due to the frictional resistance on the contact surface between them or the pullout resistance of the reinforcement. Generally, a pullout test is conducted to measure pullout parameters of extensible geogrids. The factors affecting the pullout parameters in a pullout test include a density of backfill, shape of reinforcements, overburden pressure, length of spread reinforcements, and so on. The purpose of this study is to suggest a length of the spreading of an extensible reinforcement that can be used in estimating suitable pullout parameters of a pullout test. To this end, a pullout test was carried out. For the test, the length of spreading of an extensible reinforcement was set as 32 cm, 52 cm, 72 cm, and 100 cm, and effects of the lengths on pullout parameters were analyzed. As a result of the pullout test, it was confirmed that the frictional resistance between the soil and the reinforcement increases with the increase of the length of the reinforcement.
The long-term performance of plates resting on viscoelastic foundations is a major concern in the analysis of soil-structure interaction. As a powerful mathematical tool, fractional calculus may address these plate-on-foundation problems. In this paper, a fractionalized Zener model is proposed to study the time-dependent behavior of a uniformly loaded rectangular thin foundation plate. By use of the viscoelastic-elastic correspondence principle and the Laplace transforms, the analytical solutions were obtained in terms of the Mittag-Leffler function. Through the analysis of a numerical example, the calculated plate deflection, bending moment and foundation reaction were compared to those from ideal elastic and standard viscoelastic models. It is found that the upper and lower bound solutions of the plate response estimated by the proposed model can be determined using the elastic model. Based on a parametric study, the impacts of model parameters on the long-term performance of a foundation plate were systematically investigated. The results show that the two spring stiffnesses govern the upper and lower bound solutions of the plate response. By varying the values of the fractional differential order and the coefficient of viscosity, the time-dependent behavior of a foundation plate can be accurately captured. The fractional differential order seems to be dependent on the mechanical properties of the ground soil. A sandy foundation will have a small fractional differential order while in order to simulate the creeping of clay foundation, a larger fractional differential order value is needed. The fractionalized Zener model is capable of accounting for the primary and secondary consolidation processes of the foundation soil and can be used to predict the plate performance over many decades of time.
In this study a series of centrifuge tests were carried out in dry sand to analyze the comparison of lateral pile behavior for static loading and dynamic loading condition. In case of static loading condition, the lateral displacement was applied up to 50% of pile diameter by deflection control method. And the input sine wave of 0.1 g~0.4 g amplitude and 1 Hz frequency was applied at the base of the soil box using shaking table for dynamic loading condition. From comparison of experimental static p-y curve obtained from static loading tests with API p-y curves, API p-y curves can predict well within 20% error the ultimate subgrade reaction force of static loading condition. The ultimate subgrade reaction force of experimental dynamic p-y curve is 5 times larger than that of API p-y curves and experimental static p-y curves. Therefore, pseudo-static analysis applied to existing p-y curve for seismic design could greatly underestimate the soil resistance at non-linear domain and cause overly conservative design.
Composite foundation treated with compaction piles can eliminate collapsibility and improve the bearing capacity of foundation in loess area. However, the large number of piles in the composite foundation leads to difficulties in the analysis of such type of engineering works. This paper proposes two simplified methods to quantify the stability of composite foundation treated with a large number of compaction piles. The first method is based on the principle of making the area replacement ratios of the simplified model as the same time as the practical engineering situation. Then, discrete piles arranged in a triangular shape can be simplified in the model where the annular piles and compacted soil are arranged alternately. The second method implements equivalent continuous treatment in the pile-soil area and makes the whole treated region equivalent to a type of composite material. Both methods have been verified using treated foundation of an oil storage tank. The results have shown that the differences in the settlement values obtained from the water filled test in the field and those calculated by the two simplified methods are negligible. Using stability analysis, the difference ratios of the static and dynamic safety factors of the composite foundation treated with compaction piles calculated by these two simplified methods are found to be 3.56% and 5.32%, respectively. At the same time, both static and dynamic safety factors are larger than the general safety factor, which should be greater than or equal to 2.0 according to the provisions in civil engineering. This indicates that after being treated with compaction piles, the bearing capacity of the composite foundation is effectively improved and the foundation has enough safety reserve.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.2
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pp.24-33
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2017
Domestic urban railway underground station structures, which were built in the 1970s ad 1980s, had been constructed as Cut-and-Cover construction system without seismic design. Because the trends of earthquake occurrence is constantly increasing all over the world as well as the Korean Peninsula, massive human casualties and severe properties and structures damage might be occurred in an non-retrofitted underground station during an earthquake above a certain scale. Therefore, to evaluate the retrofit effect and soil-structure interaction of seismic retrofitted underground station, a centrifugal shaking table test with enhanced stiffness on its structural main member are carried out on 1/60 scaled model using the Kobe and Northridge earthquakes. The seismic retrofitted members, which are columns, side walls, and slabs, are evaluated to comparing with existing non-retrofitted centrifuge test results Also, to simulate the scaled ground using variation of shear velocity according to site conditions such as ground depth and density, resonant column test is performed. From the test results, the relative displacement behavior between ground and structures shows comparatively similar in ground, but is increased on ground surface. The seismic retrofit effects were measured using relative displacements and moment behavior of column and side walls rather than slabs. Additionally, earthquake wave can be used to main design factor due to large structural deformation on Kobe earthquake wave than Norhridge earthquake wave.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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