This study presents the prediction of the California bearing ratio (CBR) of coarse- and fine-grained soils using artificial intelligence technology. The group method of data handling (GMDH) algorithm, an artificial neural network-based model, was used in the prediction of the CBR values. In the design of the prediction models, various combinations of independent input variables for both coarse- and fine-grained soils have been used. The results obtained from the designed GMDH-type neural networks (GMDH-type NN) were compared with other regression models, such as linear, support vector, and multilayer perception regression methods. The performance of models was evaluated with a regression coefficient (R2), root-mean-square error (RMSE), and mean absolute error (MAE). The results showed that GMDH-type NN algorithm had higher performance than other regression methods in the prediction of CBR value for coarse- and fine-grained soils. The GMDH model had an R2 of 0.938, RMSE of 1.87, and MAE of 1.48 for the input variables {G, S, and MDD} in coarse-grained soils. For fine-grained soils, it had an R2 of 0.829, RMSE of 3.02, and MAE of 2.40, when using the input variables {LL, PI, MDD, and OMC}. The performance evaluations revealed that the GMDH-type NN models were effective in predicting CBR values of both coarse- and fine-grained soils.
Park, Geun-Woo;Hong, Won-Taek;Hong, Young-Ho;Jeong, Sueng-Won;Lee, Jong-Sub
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.33
no.12
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pp.7-20
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2017
In this study, effects of grain size distribution on the shear strength and rheological properties are investigated for coarse- and fine-grained soils by using direct shear apparatus. Shear strengths are estimated for fine-grained soils with the maximum particle size of 0.075 mm and coarse-grained soils with the maximum particle size of 0.425 mm and fine contents of 17% prepared at dry and liquid limit states. The direct shear tests are conducted under the relatively slow shear velocity, which corresponds to the reactivated landslide or debris flow after collapse according to the landslide classification. In addition, for the evaluation of rheological properties, residual shear strengths for both fine- and coarsegrained soils prepared under liquid limit states are obtained by multiple reversal shear tests under three shear velocities. From the relationship between residual shear strengths and shear rates, Bingham plastic viscosity and yield stress are estimated. The direct shear tests show that cohesions of fine-grained soil are greater than those of coarse-grained soil at both dry and liquid limit states. However, internal friction angles of fine-grained soil are smaller than those of coarse-grained soil. In case of rheological parameters, the plastic viscosity and yield stress of fine-grained soils are greater than those of coarse-grained soils. This study may be effectively used for the prediction of the reactivated landslide or debris flow after collapse.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.4
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pp.89-98
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1996
This study was conducted to evaluate the relationships between the geotechnical properties and the CBR values of the subgrade materials used in the rural roal construction. A total of 77 Soil samples was investigated and tested from 45 agricultural and industrial sites in Kyungpook Province. The results obtained are as follows : 1. The maximum dry densities of the coarse grained soils are larger than those of the fine grained soils. The optimum moisture contents of the coarse grained soils are smaller than those of the fine grained scils. 2. The mean values of the medified CBR values of the soils classified by the USCS, are decreased in the order of GP-GM, SW-SM, GM, SC, SP-SM, ML, CL-ML. And, those classified by the AASHTO are decreased in the order of A-i-a, A-i-b, A-2-4, A-3, A-4, A-6, A-7-6. 3. As passing percentage of No.200 sieve is increased, the CBR Value of soils is decreased gradually. 4. As the optimum moisture contents of the soil is increased, the CBR values is decresed the maximum dry density of the soils increased, the CBR values increased. 5. The CBR values are decreased as Group-lndex(GI) are increased. And Activity(A) is showed no relation with the CBR values. 6. The relation ships between the modified CBR value and standand proctor compaction CBR value at 95% compaction ratio can he expressed as the following equation : Y(CERmod)= 2.3638 + 0.8922X(CBR25).
Bio-grouting based on microbial-induced calcite precipitation (MICP) is recently emerging as a novel and environmentally friendly technique for improvement of coarse-grained ground. To date, the mechanical behaviour of bio-grouted coarse-grained soil with different calcite contents and grain sizes still remains poorly understood. The primary objective of this study is to investigate the influence of calcite content on the mechanical properties of bio-grouted coarse-grained soil with different grain sizes. This is achieved through an integrated study of uniaxial loading experiments of bio-grouted coarse-grained soil, 3D digitization of the grains in conjunction with discrete element modelling (DEM). In the DEM model, aggregates were represented by clump logic based on the 3D morphology digitization of the typical coarse-grained aggregates while the CaCO3 was represented by small-sized bonded particle model. The computed stress-strain relations and failure patterns of the bio-grouted coarse-grained soil were validated against the measured results. Both experimental and numerical investigation suggest that aggregate sizes and calcite content significantly influence the mechanical behaviour of bio-cemented aggregates. The strength of the bio-grouted coarse-grained soil increases linearly with calcite content, but decreases non-linearly with the increasing particle size for all calcite contents. The experimental-based DEM approach developed in this study also offers an optional avenue for the exploring of micro-mechanisms contributing to the mechanical response of bio-grouted coarse-grained soils.
Coarse-grained soils are typical engineering materials commonly used in many civil engineering applications such as structural fills, subgrade and drainage fills for dam, railway and bridge. Various researches have been performed with related to constitutive laws for numerical analysis of such structures. This paper presents a parametric study for a constitutive model for coarse grained materials. The model is a kind of the bounding surface models based on critical state theory. A distinct feature of the model is to capture the response of coarse-grained materials with different void ratios and confining pressures using a single set of model parameters. The model behavior is defined with a set of elastic parameters, critical state parameters, and model-specific parameters. The parametric study was performed for the model-specific parameters. The result of parametric study shows that the model is capable to capture stress-dilatancy behavior and kinematic-hardening under non-associative plastic flow.
Horizontal drainage, which are representative dewatering method of domestic and foreign slope, are applied to reducing pore water pressure. Accordingly, several previous studies have been conducted, but horizontal drainage are standardized which is an unclean standard for a quantity calculation in filed. Therefore, this study presents field soil and laboratory model box to identify a drainage performance and influencing factors of various horizontal drainage. Furthermore, this study verifies the performance comparison of drainage shape or size according to different particle size distributions. In the outflow results for steady state, the study found that all samples are drained at a constant rate after a minimum of 3 minutes to maximum of 15 minutes. In the case of comparing the outflow per hour (Unit flux) in coarse grained soils, it found that drainage shape and size affect drainage performance. In the result, the future expected to be used basic data that experiment of drainage performance on fine grained soils and determine the quantity.
Park, Tae-Woong;Kim, Hyeong-Joo;Tanvir, Mohammad Taimur;Lee, Jang-Baek;Moon, Sung-Gil
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.1
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pp.99-105
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2018
Soils are generally classified as fine-grained or coarse-grained depending on the percentage content of the primary constituents. In reality, soils are actually made up of mixed and composite constituents. Soils primarily classified as fine-grained, still consists of a range of coarse particles as secondary constituents in between 0% to 50%. A laboratory scale model test was conducted to investigate the influence of coarse particles on the physical (e.g., density, water content, and void ratio) and mechanical (e.g., quick undrained shear strength) properties of primarily classified fine-grained cohesive soils. Pure kaolinite clay and sand-mixed kaolinite soil (e.g., sand content: 10%, 20%, and 30%) having various water contents (60%, 65%, and 70%) were preconsolidated at different stress levels (0, 13, 17.5, 22 kPa). The quick undrained shear strength properties were determined using the conventional Static Cone Penetration Test (SCPT) method and the new Fall Cone Test (FCT) method. The corresponding void ratios and densities with respect to the quick undrained shear strength were also observed. Correlations of the physical properties and quick undrained shear strengths derived from the SCPT and FCT were also established. Comparison of results showed a significant relationship between the two methods. From the results of FCT and SCPT, there is a decreasing trend of quick undrained shear strength, strength increase ratio ($S_u/P_o$), and void ratio (e) as the sand content is increased. The quick undrained shear strength generally decreases with increased water content. For the same water content, increasing the sand content resulted to a decrease in quick undrained shear strength due to reduced adhesion, and also, resulted to an increase in density. Similarly, it is observed that the change in density is distinctively noticeable at sand content greater than 20%. However, for sand content lower than 10%, there is minimal change in density with respect to water content. In general, the results showed a decrease in quick undrained shear strength for soils with higher amounts of sand content. Therefore, as the soil adhesion is reduced, the cone penetration resistances of the FCT and SCPT reflects internal friction and density of sand in the total shear strength.
In the design of geotechnical structures, engineers choose either peak or critical state friction angles. Unfortunately, this selection is based on engineer's preference for economy or safety and lacks the assessment of the expected level of deformation. To fill this gap in the design process, this study proposes a strain based empirical method. Proposed method is founded on the experimentally supported assumption that higher dilatancy angles result in more brittle soil response. Using numerous triaxial test data on ten different soils, an empirical design chart is developed that allows the estimation of shear strain at failure based on soil's peak dilatancy angle and mean grain diameter. Developed empirical chart is verified by conducting a small scale retaining wall physical model test. Finally, a design methodology is proposed that makes the selection of design friction angle in structured way possible based on the serviceability limits of the proposed structure.
The seismic holding behaviors of plate anchor embedded into submerged coarse-grained soils were investigated considering different anchor inclinations. The limit equilibrium method and the Pseudo-Dynamic Approach (PDA) were employed to calculate the inertia force of the soils within the failure rupture. In addition, assuming the permeability of coarse-grained soils was sufficiently large, the coefficient of hydrodynamic force applied on the inclined plate anchor is obtained through adopting the exact potential flow theory. Therefore, the seismic holding resistance was calculated as the combination of the inertia force and the hydrodynamic force within the failure rupture. The failure rupture can be developed due to the uplift loads, which was assumed to be an arc of a circle perpendicular to the anchor and inclines at (π/4 - φ/2). Then, the derived analytical solutions were evaluated by comparing the static breakout factor Nγ to the published experimental and analytical results. The influences of soil and wave properties on the plate anchor holding behavior are reported. Finally, the dynamic anchor holding coefficients Nγd, were reported to illustrate the anchor holding behaviors. Results show that the soil accelerations in x and z directions were both nonlinear. The amplifications of soil accelerations were more severe at lower normalized frequencies (ωH/V) compared to higher normalized frequencies. The coefficient of hydrodynamic force, C, of the plate anchor was found to be almost constant with anchor inclinations. Finally, the seismic anchor holding coefficient oscillated with the oscillation of the inertia force on the plate anchor.
Plastic wastes, particularly polyethylene terephthalate (PET) generated from used bottled water constitute a worldwide environmental issue. Reusing the PET waste for geotechnical applications not only reduces environmental burdens of handling the waste, but also improves inherent engineering properties of soil. This paper investigated factors affecting shear strength improvement of PET-mixed residual soil. Four variables were considered: (i) plastic content; (ii) plastic slenderness ratio; (iii) plastic size; and (iv) soil particle size. A series of unconfined compression tests were performed to determine the optimum configurations for promoting the shear strength improvement. The results showed that the optimum slenderness ratio and PET content for shear strength improvement were 1:3 and 1.5%, respectively. Large PET pieces (i.e., $1.0cm^2$) were favorable for fine-grained residual soil, while small PET pieces (i.e., $0.5cm^2$) were favorable for coarse-grained residual soil. Higher shear strength improvement was obtained for PET-mixed coarse-grained residual soil (148%) than fine-grained residual soils (117%). The orientation of plastic pieces in soil and frictional resistance developed between soil particles and PET surface are two important factors affecting the shear strength performance of PET-mixed soil.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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