Since behaviors of loose, dense, silty sands vary under seismic loading, understanding the liquefaction mechanism of sandy soils continues to be an important challenges of geotechnical earthquake engineering. In this study, 36 deformation controlled cyclic simple shear tests were performed and the liquefaction potential of the sands was investigated using three different relative densities (40, 55, 70%), four different effective stresses (25, 50, 100, 150 kPa) and three different shear strain amplitudes (2, 3.5, 5%) by using energy based approach. Experiments revealed the relationship between per unit volume dissipated energy with effective stress, relative density and shear strain. The dissipate energy per unit volume was much less affected by shear strain than effective stress and relative density. In other words, the dissipated energy is strongly dependent on relative density and effective stress. These results show that the dissipated energy per unit volume is very useful and may contain the non-uniform loading conditions of the earthquake spectrum. When multiple regression analysis is performed on experiment results, a relationship is proposed that gives liquefaction energy of sandy soils depending on relative density and effective stress parameters.
This study presents a practical application of topology optimization (TO) technique to seek the best form of perforated steel plate shear walls (PSPSW) in simple frames. For the numerical investigation, a finite element model is proposed based on the recent particular form of PSPSW that is called the ring-shaped steel plate shear wall. The TO is applied based on the sensitivity analysis to maximize the reaction forces as the objective function considering the fracture tendency. For this purpose, TO is conducted under a monotonic and cyclic loading considering the nonlinear behavior (material and geometry) and buckling. Also, the effect of plate thickness is studied on the TO results. The final material volume of the optimized plate is limited to the material volume of the ring-shaped plate. Finally, an optimized plate is introduced and its nonlinear behavior is investigated under a cyclic and monotonic loading. For a more comprehensive view, the results are compared to the ring-shaped and four usual forms of SPSWs. The material volume of the plate for all the models is the same. The results indicate the strength, load-carrying, and energy dissipation in the optimized plate are increased while the fracture tendency is reduced without changing the material volume.
Unlike structures installed on land, the structures installed on the offshore ground must consider long-term cyclic loads such as wave loads, wind loads and tidal loads at sea. Therefore, it is important to analyze the behavior of the ground subjected to long-term cyclic loads in order to design a structure installed on the ocean ground. In this paper, cyclic simple shear tests were performed to analyze the ground behavior for long-term cyclic loads according to the confining pressure, and a three-dimensional design failure curve was prepared that can easily check the failure characteristics according to the confining pressure. As a result of the analysis, it was confirmed that the position of the design failure curve is different depending on the confining pressure even under the same conditions of the cyclic shear stress ratio and the average shear stress ratio, and the number of cyclic loads reaching failure is affected by the confining pressure. From the created 3-D design failure curve under different confining pressure, the tendency and approximate value of the design failure curve according to the confining pressure can be estimated.
Kim, Sung-Jin;Ryu, Jeong-Ho;Park, Yo-Hwan;Kim, Jin-Man
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.1422-1430
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2008
Cyclic simple shear test apparatus was used to investigate the dynamic response of liquefiable soils as reclamation material. The specimen were reclamation using simple air-pluviation method. The confining stress was applied the range of 100 kpa to 200 kpa. The resulted strain was in the range of $10^{-3}$ ~ 5 %. Based on these test results modulus reduction curve, damping curve and cyclic strength curve were developed. The developed curves were compared to those already available in literature. The obtained curves can be applied to FEM or equivalent linear analysis such as SHAKE for ground response analysis.
Oscar H. Moreno-Torres;Cristhian Mendoza-Bolanos;Andres Salas-Montoya
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.4
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pp.449-464
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2023
Advanced nonlinear effective stress constitutive models are started to be frequently used in one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) site response analysis for assessment of porewater generation and liquefaction potential in soft soil deposits. The emphasis of this research is on the assessment of the implementation of this category of models at the element stage. Initially, the performance of a coupled porewater pressure (PWP) and constitutive models were evaluated employing a catalogue of 40 unidirectional cyclic simple shear tests with a variety of relative densities between 35% and 80% and effective vertical stresses between 40 and 80 kPa. The authors evaluated three coupled constitutive models (PDMY02, PM4SAND and PDMY03) using cyclic direct simple shear tests and for decide input parameters used in the model, procedures are recommended. The ability of the coupled model to capture dilation as strength is valuable because the studied models reasonably capture the cyclic performance noted in the experiments and should be utilized to conduct effective stress-based 1D and 2D site response analysis. Sandy soils may become softer and liquefy during earthquakes as a result of pore-water pressure (PWP) development, which may have an impact on seismic design and site response. The tested constitutive models are mathematically coupled with a cyclic strain-based PWP generation model and can capture small-strain stiffness and large-strain shear strength. Results show that there are minor discrepancies between measured and computed excess PWP ratios, indicating that the tested constitutive models provide reasonable estimations of PWP increase during cyclic shear (ru) and the banana shape is reproduced in a proper way indicating that dilation and shear- strain behavior is well captured by the models.
A Two Mobilized-Plane Model is proposed for monotonic and cyclic soil response including liquefaction. This model is based on two mobilized planes: a plane of maximum shear stress, which rotates, and a horizontal plane which is spatially fixed. By controlling two mobilized planes, the model can simulate the principal stress rotation effect associated with simple shear from different $K_0$ states. The proposed model gives a similar skeleton behaviour for soils having the same mean stress, regardless of $K_0$ conditions as observed in laboratory tests. The soil skeleton behaviour observed in cyclic drained simple shear tests, including compaction during unloading and dilation at large strain is captured in the model. Undrained monotonic and cyclic response is predicted by imposing the volumetric constraint of the water on the drained or skeleton behaviour. This constitutive model is incorporated into the dynamic coupled stress-flow finite difference program of FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua). The model was first calibrated with drained simple shear tests on Fraser River sand, and verified by comparing predicted and measured undrained behaviour of Fraser River sand using the same input parameters.
The sands which use for soil improvement of soft ground at coastal area contain more or less amount of shells. In this research the effects of shell contents on the liquefaction resistance of the shelly sand were studied. NGI cyclic simple shear tests were performed for the shell-sands with shell contents of 0%, 5%, 10%, 20%, 30% under the effective vertical stress of 50kPa, 100kPa and 150kPa for 40% and 55% of relative density, respectively. Cyclic simple shear test results showed that for the low effective vertical stress, the liquefaction resistance increased rapidly with increase of shell contents in both 40% and 55% relative density. On the other hand, for the high effective vertical stress, the liquefaction resistance increased slightly in 40% relative density and was almost same in 55% relative density. Liquefaction resistance decreased with increasing effective vertical stress for both 40% and 55% relative density. In the same effective vertical stress and shell contents, liquefaction resistance increased with the increase of relative density.
In the present, the liquefaction potential of fiber-reinforced sandy soils was investigated through the energy-based approach by conducting a series of strain-controlled cyclic simple shear tests. In the tests, the effects of the fiber properties, such as the fiber content, fiber length, relative density and effective stress, and the test parameters on sandy soil improvement were investigated. The results indicated that the fiber inclusion yields to higher cumulative liquefaction energy values compared to the unreinforced (plain) ground by increasing the number of cycles and shear strength needed for the liquefaction of the soil. This result reveals that the fiber inclusion increases the resistance of the soil to liquefaction. However, the increase in the fiber content was determined to be more effective on the test results compared to the fiber length. Furthermore, the increase in the relative density of the soil increases the efficiency of the fibers on soil strengthening.
The construction of waste landfill sites has been increased due to recent expansion of various waste. Geotextiles are widely used for the purpose of reinforcement and protection of waste inside the landfill. Geotextile affects the shear behavior of waste landfill which forms the contact surface with soil. In this study, the effect of acidic and alkaline components in leachate has been analyzed through the laboratory experiment on the shear stress reduction of the contact surface of ground-geotextile under the cyclic load. For this purpose, a dynamic contact surface shear tester has been manufactured, and cyclic simple shear tests have been performed using geotextile and soil specimen which were immersed in chemical solutions for 60 and 840 days, respectively. Based on the Disturbed State Concept, the characteristics of shear stress on the contact surface of ground-geotextile due to chemical factors have been identified by the disturbance function.
In this paper the behavior of saturated sand deposits where liquefaction occurred before is studied for successive earthquakes. The relationship between past pore pressure generation and reliquefaction resistance is examined by using cyclic direct simple shear tests. If the soil sample in direct simple shear produced nearly 90% of excess pore pressure during first time loading, its liquefaction resistance increased during following cyclic loading after consolidation. However, a fully liquefied soil during first time loading has a densely packed condition but shows less liquefaction resistance for the following cyclic loading. UBCSAND model that can account for pore pressure change and stiffness loss of soil during shaking is used to analyze the centrifuge test simulating reliquefaction. The pore pressure rise during first time cyclic loading controls liquefaction resistance. The measurements from reliquefaction centrifuge test are compared with numerical predictions. By considering frequent earthquakes having occurred at the Southern Korea near Japan, such effective stress approach is necessary for reliquefaction study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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