KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.5D
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pp.505-512
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2010
Generally, the repeated traffic loading condition should be considered to predict the long-term deformation on road foundations or foundation systems. However, it is not easy to estimate long-term deformation on multi-layered system like roads and railways. For more quantitative analysis, mechanistic-empirical approach requires proper analytical tool, material's model, and material properties of foundation geomaterials under both traffic and environmental loadings. In this study, therefore, laboratory data from the long-term repeated load triaxial tests were used to predict accumulated deformation on pavement foundations and the results were analyzed based on the nonlinear models and stress state considered. All these results are presented and verified on laboratory based scale using the finite element analysis with the deformation characteristics of foundation geomaterials at various stress states.
Antonio Viana da Fonseca;Fausto Molina-Gomez;Cristiana Ferreira;Julieth Quintero
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.3
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pp.317-328
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2023
The soil behaviour can be represented by numerical modelling of element testing using diverse constitutive models. However, not all constitutive models allow the simulation of the stress-strain response at the critical state in granular soils with both contractive and dilative behaviour. Moreover, the accuracy of these models depends highly on the quality of the experimental data used for their calibration. This study addresses the modelling of the critical state behaviour of an alluvial natural soil from the Lower Tagus Valley (south of Portugal), known as TP-Lisbon sand, using the NorSand constitutive law. For this purpose, a series of numerical simulations of element testing was carried out using two algorithms performed in Visual Basic (VB) and Fast Lagrangian Analysis of Continua (FLAC). Moreover, this study presents the characterisation of of NorSand parameters from an accurate experimental programme based on triaxial and bender element testing. This experimental program allowed defining: (i) the critical state locus, (ii) the stress-dilatancy, and (iii) the soil elasticity of TP-Lisbon sand -all fundamental to calibrate the contractive and dilative behaviour of such alluvial soil. The results revealed a good agreement between experimental data and NorSand simulations using VB and FLAC. Therefore, this study showed that the quality of laboratory testing procedures and its good interpretation enables NorSand constitutive law to capture representatively the non-associated plastic strains, often expressed by the state parameter, allowing a representation of soil behaviour of alluvial soils within the critical state soil mechanics framework for different state parameters.
Rocks undergoing repeated loading and unloading over an extended period, such as due to earthquakes, human excavation, and blasting, may result in the gradual accumulation of stress and deformation within the rock mass, eventually reaching an unstable state. In this study, a CNN-CCM is proposed to address the mechanical behavior. The structure and hyperparameters of CNN-CCM include Conv2D layers × 5; Max pooling2D layers × 4; Dense layers × 4; learning rate=0.001; Epoch=50; Batch size=64; Dropout=0.5. Training and validation data for deep learning include 71 rock samples and 122,152 data points. The AI Rock Constitutive Model learned by CNN-CCM can predict strain values(ε1) using Mass (M), Axial stress (σ1), Density (ρ), Cyclic number (N), Confining pressure (σ3), and Young's modulus (E). Five evaluation indicators R2, MAPE, RMSE, MSE, and MAE yield respective values of 0.929, 16.44%, 0.954, 0.913, and 0.542, illustrating good predictive performance and generalization ability of model. Finally, interpreting the AI Rock Constitutive Model using the SHAP explaining method reveals that feature importance follows the order N > M > σ1 > E > ρ > σ3.Positive SHAP values indicate positive effects on predicting strain ε1 for N, M, σ1, and σ3, while negative SHAP values have negative effects. For E, a positive value has a negative effect on predicting strain ε1, consistent with the influence patterns of conventional physical rock constitutive equations. The present study offers a novel approach to the investigation of the mechanical constitutive model of rocks under cyclic loading and unloading conditions.
In this research, the effects of the gravel content on the liquefaction behavior for both of the isotropically and $K_0-anisotropically$ consolidated gravel-sand mixtures are investigated. for this purpose, the cyclic triaxial tests for the specimens with the same relative density (Dr=40%) and variations of gravel content were performed. On the other hand, a series of undrained cyclic triaxial tests were carried out on the isotropically consolidated gravel-sand mixtures with the same void ratio (e=0.7) and from 0% to 30% gravel contents. Void ratios of gravel-sand mixtures with the same relative density (Dr=40%) are found to decrease significantly with the increase of the gravel content from 0% to about 70% and increase thereafter. But the void ratio of the sand matrix among the gravel skeleton increases with the increase of the gravel contents. Test results are as follows : for the isotropically consolidated specimen with 40% of relative density and low gavel contents (GC=0%, 20%, 40%), pore water pressure development and axial strain behavior during undrained cyclic loading show similar behavior to those of the loose sand because of high void ratio, and the specimens with high gravel content (70%) both pore pressure and strata behaviors are similar to those of dense sand. And the isotropically consolidated specimens with the same void ratio (e=0.7) and higher gravel contents show the same behavior of pore water pressure and axial strain as that of the loose sand, but for the lower gravel content this behavior shows similar behavior to that of dense sand. The liquefaction strength of the isotropically consolidated specimens with the same relative density increases with gravel content up to 70%, and the strength decreases with the increase of the gravel content at the same void ratio. Thus, it is confirmed that the liquefaction strength of the gravel-sand mixtures depends both on relative density and void ratio of the whole mixture rather than the relative density of the sand matrix filled among gravels. On the other hand, the behavior of pore water pressure and axial strain for the $K_0-anisotropically$ consolidated gravel-sand mixtures shows almost the same cyclic behavior of the sand with no stress reversal even with some stress reversal of the cyclic loading. Namely, even the stress reversal of about 10% of cyclic stress amplitude, the permanent strain with small cyclic strain increases rapidly with the number of cycles, and the initial liquefaction does not occur always with less than maximum pore water pressure ratio of 1.0. The liquefaction resistance increases with the gravel contents between 0% and 40%, but tends to decrease beyond 40% of gravel content. In conclusion, the cyclic behavior of gravel-sand mixtures depends on factors such as gravel content, void ratio, relative density and consolidation condition.
In order to evaluate undrained shear strength of clayey soils using Piezocone Penetration Test (CPTu), piezoncone factor is utilized. Commonly, piezoncone factors determined by empirical basis were preferred, which were established by correlation between measurements of piezocone test and undrained strengths obtained from other shearing tests. However, previous studies on the empirical piezocone factors were site-specific and there have been no systematic investigations on the effect of both engineering characteristics of clayey soils and soil non-homogeneity on the piezocone factor. Accordingly, the direct application of the previous results to Korean clayey soils without verification may be inappropriate. In this study, empirical piezocone factors are evaluated by comparing 46 CPTu results of 10 test sites with undrained shear strength obtained from Field Vane Test (FVT) and laboratory triaxial tests. Their reliabilities are investigated by the comparison with the previous piezocone factors and the deviation of data distribution from the mean values. And the effects of referencing test methods and typical engineering characteristics of clayey soils such as overconsolidation ratio (OCR) and plastic Index (I$_{p}$) are examined. Because piezocone factors obtained for various soil conditions are widely distributed, it is not appropriate to use the mean value as a representative. Instead, it is recommended to apply the piezocone factors with OCR, which is found to be a major factor in deriving piezocone factor. The necessitated piezocone factors are presented.d.
Recently, the more potential waste sites are being required as increasing the demand of better human life. But the construction of waste disposals has many restrictions because of lack of good quality clay and high cost of liners. So, in this study, we studied the liner materials to develop more cheaper soil liner that can be satisfied the environmental criterion for the coefficient of permeability and shear strength. A series of compaction test and triaxial (consolidation, permeability, and shear) tests were performed to obtain the optimized weight ratio of Bentonite-Soil mixture (B/S) including the least amount of bentonite. A series of soil tests were performed to acquire the appropriate weathered granite soil-bentonite mixture that is satisfied the environmental criterion of soil liner($k=1{\times}10^{-7}cm/sec$). At first, weathered granite soils were classified with four different particle-size soils, and B/S ratio was increased as 5% step for each particle-size. The test results showed that in case of weathered granite soil passing through No. 100 sieve, B/S=15% satisfied the soil liner criterion. The measured coefficient of permeability and the Chapuis's two equations were also compared. And a predicting equation for the coefficient of permeability was suggested, which is suitable for the mixture soil with the B/S ratio used in this study. The optimal weight ratio for the mixture soils used in this study was 15% in the both cases of permeability and shear strength.
Kim, Soo-Il;Park, Keun-Bo;Park, Seong-Yong;Seo, Kyung-Bum
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.125-134
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2006
Conventional methods for the assessment of liquefaction potential were primary for severe earthquake regions $(M{\geq}7.5)$ such as North America and Japan. In Korea, an earthquake related research has started in 1997, but most contents in the guidelines were still quoted from literature reviews of North America and Japan, which are located in strong earthquake region. Those are not proper in a moderate earthquake regions including Korea. Also the equivalent uniform stress concept (Seed & Idriss, 1971) using regular sinusoidal loading which is used, in a conventional method for the assessment of liquefaction potential, can't reflect correctly the dynamic characteristics of real irregular earthquake motions. In this study, cyclic triaxial tests using irregular earthquake motions are performed with different earthquake magnitudes, relative densities, and fines contents. Assessment of liquefaction potential in moderate earthquake regions is discussed based on various laboratory test results. From the results, screening limits in seismic design were re-investigated and proposed using normalized maximum stress ratios under real irregular earthquake motions. Also from the tests using constant wedge loading and incremental wedge loading, the characteristics of liquefaction resistance of saturated sand under irregular ground motions are investigated.
There are many technical problems, which can not be resolved by the concept of saturated soil mechanics. Unsaturated soils show an apparent cohesion due to negative pore pressure and relatively lower permeability due to entrapped air compared to saturated soils. The determination of engineering properties of soils with various moisture content is very important to evaluate shear strength and stability of natural and engineered soils. So various researches should be made on unsaturated soils. Especially, sandy soils are widely distributed near Nakdong river, one of the four rivers where Restoration Projects were carried out. Many structures such as dams, flood control facilities, detention facilities and reservoirs have been built in this area. In this study, unsaturated triaxial compressive tests were conducted on sands or silty sands at Nakdong river in order to provide their fundamental characteristics for design and construction of geotechnical structures. As a result of the tests, the maximum deviator stress increased as the confining stress and matric suction increased. The cohesion increased non-linearly as the matric suction increased, but the angle of internal friction was marginally changed.
In general typically granular soils contain a certain amount of fines. It is also widely recognized that foundation soils under working loads show highly non-linear behavior from very early stages of loading. In the present study, a series of laboratory tests with sands of different silt contents are conducted and methods to assess strength and stiffiness characteristics are proposed. Modified hyperbolic stress-strain model is used to analyze non-linearity of silty sands in terms of non-linear Degradation parameters f and g as a function of silt contents and Relative density Dr. Stress-strain curves were obtained from a series of triaxial tests on sands containing different amounts of silt. Initial shear modulus, which is used to normalize Degradation modulus of silty sands, was determined from resonant column test results. From the laboratory test results, it was observed that, as the Relative density increases, values of f decrease and those of g increase. In addition, it was found that values of f and g increase and decrease respectively as a Skeleton void ratio $(e_{sk})$ increases.
In this study, cyclic shear characterics of sand-clay mixtures were analyzed. In order to perform cyclic triaxial tests on sand clay mixtures, natural clays with activity and silica sand were mixed variously to reproduce soils with wide range of grain size compositions. Test specimens with various fines contents were prepared by the moisture compaction and pre-consolidation methods, while paying attention to the void ratio expressed in terms of the sand structure and clay structures, and undrained cyclic shear tests were performed. In the test results, cyclic shear strength decreased with increasing of sand granular void ratio below 20% of fine contents. When the granular void ratio of the test specimen exceeded the maximum void ratio of the silica sand, the clay matrix dominated the soil structure, and soil structures were not influenced by compaction energy. It was observed that, the matrix structure of the coarse particles has great effect on the undrained cyclic shear strength characteristics for sand-clay mixtures, and therefore, it is more appropriate to pay more attention to the density of the sand structure, rather than to the fines content.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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