Zhiyong Yang;Xiaokang Shao;Hao Han;Yusheng Jiang;Jili Feng;Wei Wang;Zhengyang Sun
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.1
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pp.73-84
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2024
Owing to the high strength and abrasive characteristics of cobble-boulders, cutters are easily worn and damaged during shield tunneling, making construction inefficient. In the present work, the stress on the ripper and scraper on the cutterhead was analyzed by the PFC3D-FLAC3D coupling model of shield tunneling to get insight into the performance of the cutterhead for cutting underground cobble and boulders. The numerical calculation results revealed that the increase in trajectory radius leads to a rising stress on the cutters, and the stress on the front cutting surface is greater than that on the back of the cutters. Moreover, the correlation between cutter wear and stress is revealed based on field measurement data. The distribution of the cutter stress is consistent with the cutter wear and breakage characteristics in actual construction, in which more extensive cutter stress is exhibited, extreme cutter wear appears, and more cutter breakage occurs. Finally, the relationship between the cutterhead opening area's layout and cutter wear distribution was investigated, indicating that the cutter wear extent is the most severe in the region where the radial opening ratio dropped sharply.
Park, Jung-Wook;Kim, Taehyun;Park, Eui-Seob;Lee, Changsoo
Tunnel and Underground Space
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v.28
no.6
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pp.670-691
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2018
This study presents the research results of the BMT(Benchmark Model Test) simulations of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named 'Fault slip modelling' is aiming at developing a numerical method to predict fault reactivation and the coupled hydro-mechanical behavior of fault. BMT scenario simulations of Task B were conducted to improve each numerical model of participating group by demonstrating the feasibility of reproducing the fault behavior induced by water injection. The BMT simulations consist of seven different conditions depending on injection pressure, fault properties and the hydro-mechanical coupling relations. TOUGH-FLAC simulator was used to reproduce the coupled hydro-mechanical process of fault slip. A coupling module to update the changes in hydrological properties and geometric features of the numerical mesh in the present study. We made modifications to the numerical model developed in Task B Step 1 to consider the changes in compressibility, Permeability and geometric features with hydraulic aperture of fault due to mechanical deformation. The effects of the storativity and transmissivity of the fault on the hydro-mechanical behavior such as the pressure distribution, injection rate, displacement and stress of the fault were examined, and the results of the previous step 1 simulation were updated using the modified numerical model. The simulation results indicate that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing interaction and collaboration with other research teams of DECOVALEX-2019 Task B and validated using the field experiment data in a further study.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.4
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pp.313-327
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2008
Thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure during a fire accident have not been fully understood yet. Moreover, when such a thermo-mechanical coupled behavior is not considered in numerical analyses based on conventional heat transfer theory, fire-induced damage zone in an underground structure can be considerably underestimated. This study aims to develop a FEM-based numerical technique to simulate the thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure in a fire accident. Especially, an element elimination model is newly proposed to simulate fire-induced structural loss together with a convective boundary condition. In the proposed model, an element where the maximum temperature calculated from heat transfer analysis is over a prescribed critical temperature is eliminated. Then, the proposed numerical technique is verified by comparing numerical results with experimental results from real fire model tests. From a series of parametric studies, the key parameters such as critical temperature, element size and temperature-dependent convection coefficients are optimized for the RABT and the RWS fire scenarios.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.6
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pp.617-627
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2011
This paper presents the results of analytical simulation of shake-table responses of a 1:5 scale 10-story reinforcement concrete(RC) residential building model by using the PERFORM-3D program. The following conclusion are drawn based on the observation of correlation between experiment and analysis; (1) The analytical model simulated fairly well the global elastic behavior under the excitations representative of the earthquake with the return period of 50 years. Under the design earthquake(DE) and maximum considered earthquake(MCE), this model shows the nonlinear behavior, but does not properly simulate the maximum responses, and stiffness and strength degradation in experiment. The main reason is considered to be the assumption of elastic slab. (2) Although the analytical model in the elastic behavior closely simulated the global behavior, there were considerable differences in the distribution of resistance from the wall portions. (3) Under the MCE, the shear deformation of wall was relatively well simulated with the flexural deformation being overestimated by 10 times that of experiment. This overestimation is presumed to be partially due to the neglection of coupling beams in modeling.
A recently developed three dimensional concrete law is used for the analysis of concrete specimens and reinforced concrete columns subjected to different load patterns. The hypoelastic, orthotropic concrete constitutive model includes coupling between the deviatoric and volumetric stresses, works with both proportional and non-proportional loads and is implemented as a strain driven module. The FE implementation is based on the smeared crack approach with rotating cracks parallel to the principal strain directions. The concrete model is validated through correlated studies with: (a) experimental tests on confined concrete cylinders; (b) experimental results on three reinforced concrete columns tested at the University of California, San Diego. The correlations are overall very good, and the FE responses capture all the main phenomena observed in the experimental tests.
A three-dimensional box model has been developed to study the MHD wave coupling in the magnetosphere. In this model, the effects of the ring current are included by assuming the pressure gradients in the MHD equations. It is found that the axisymmetric ring current may play an important role in producing spectral noises in compressional waves, while field line resonances have no such disturbances. These results may explain the current observational characteristics that compressional cavity modes hardly appear in the satellite experiment, while field line resonances often occur. Our numerical resluts also suggest that any discrete spectral peaks such as the global cavity modes can hardly occur where the pressure distribution of the ring current becomes important. The continuous band of transverse waves is found to be unperturbed until the ring current becomes significantly asymmetric with respect to the dipole axis. In addition, our results in the absence of the pressure gradient are found to be consistent with the previous results from the box-like and dipole models.
Recently, growing interests in frozen ground have stimulated us to advance fundamental theories and systematic researches on soil behavior under freezing conditions. Unlike the well-established soil mechanics theory, temperature variation and phase change of pore-water cause water migration to cold side, ground heaving, sharp increase in earth pressure, etc., which bring about serious problems in frozen geotechnical structures. Elasto-plastic mechanical constitutive model for frozen/unfrozen soil subjected to fully coupled THM phenomena is formulated based on a new stress variable that is continuous in frozen-unfrozen transitional regions. Numerical simulations are conducted to discuss numerical reliability and applicability of the developed constitutive model: one-dimensional heaving pressure, tri-axial compression test, and one-side freezing tests. The numerical results show that developed model can efficiently describe complex THM phenomena of frozen soil, and they can be utilized to analyze and design the geotechnical structures under freezing conditions, and predict their long-term behavior.
Districting is a spatial decision making process to make a new regional framework for affecting human activities. Natural barriers such as rivers and mountains located within a reorganized district may reduce the efficiency of reorganized human activities. This implies that it is necessary to consider boundary characteristics in a districting process. The purpose of this research is to develop a new spatial optimization model based on boundary characteristics for districting problems. The boundary characteristics are evaluated as continuous value expressing the possibility of combining adjacent two basic spatial units rather than a dichotomous value with 1 or 0 and are defined as an objective function in the model. In addition, the model has explicitly formulated contiguity constraints as well as constraints enforcing demand balance among districts such as population and area. The boundary attributes are categorized into physical and relational characteristics. Suitability analysis is used to combine various variables related to each boundary characteristic and to evaluate the coupling possibility between two neighboring basic units. The model is applied to an administrative redistricting problem. The analytical results demonstrate that various boundary characteristics could be modeled in terms of mixed integer programming (MIP).
In the previous study, direct inelastic strut-and-tie model (DISTM) was developed to perform inelastic design of reinforced concrete members by using linear analysis for their secant stiffness. In the present study, for convenience in design practice, the DISTM was further simplified so that inelastic design of reinforced concrete members can be performed by a run of linear analysis, without using iterative calculations. In the simplified direct inelastic strut-and-tie model (S-DISTM), a reinforced concrete member is idealized with compression strut of concrete and tension tie of reinforcing bars. For the strut and tie elements, elastic stiffness or secant stiffness is used according to the design strategy intended by engineer. To define the failure criteria of the strut and tie elements, concrete crushing and reinforcing bar fracture were considered. The proposed method was applied to inelastic design of various reinforced concrete members including deep beam, coupling beam, and shear wall. The design results were compared with the properties and the deformation capacities of the test specimens.
Noh, Hee Jin;Kim, Jung Min;Kim, Young Do;Kang, Boo Sik
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.3
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pp.975-985
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2013
In this research, the integrated modeling system by coupling of a watershed model, a reservoir model, and a river model has been constructed in Doam reservoir watershed. Because of domestic climate characteristics, it is inevitable to construct the dam for control of flood, water use, and power production due to the heavy rain in the summer. Especially, when the dam is constructed on the stream for these kinds of purpose, it is necessary to consider this region as one watershed and also to make the integrated system for simulation and management. In this study, SWAT model was constructed for watershed modeling and EFDC-WASP model was constructed for simulating the hydrodynamic and water quality of the reservoir and the downstream in Doam dam watershed. Also, the water quality improvement equipment for demonstration was applied in the upstream part of Doam reservoir, which shows the applicability of the developed integrated modeling system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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