Karira, Hemu;Kumar, Aneel;Ali, Tauha Hussain;Mangnejo, Dildar Ali;Yaun, Li
Geomechanics and Engineering
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제31권1호
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pp.53-69
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2022
In densely built areas, the development of underground transportation systems often involves twin excavations, which are sometimes unavoidably constructed adjacent to existing piled foundations. Because soil stiffness degrades with induced stress release and shear strain during excavation, it is vital to investigate the piled raft responses to subsequent excavation after the first tunnel in a twin-excavation system. The effects of deep excavations on existing piled foundations have been extensively investigated, but the influence of twin excavations on a piled raft is seldom reported in the literature. In this study, three-dimensional numerical analyses were carried out to investigate the influence of sand density on an existing piled raft (with a working load on top of the raft) due to twin excavations. A wide range of relative density (Dr) from loosest (30%), loose to medium (50% and 70%), and densest (90%) were selected to investigate the effects on settlement and load transfer mechanism of the piled raft during twin excavations. An advanced hypoplastic sand model (which can capture small-strain stiffness and stress-state dependent dilatancy of sand) was adopted. The model parameters are calibrated against centrifuge test results in sand reported in the literature. From the computed results, it is found that twin excavations in loose sand (Dr=30%) caused the most significant settlement. This is because of the higher stiffness of denser sand (Dr=90%) than that of loose sand. In contrast, a much larger tilting (maximum magnitude=0.18%) was computed in dense sand than in loose sand after the completion of the first excavation. As far as the load transfer mechanism along the piles is concerned, an upward load transfer to mobilize shaft resistance is observed in loose sand. On the contrary, a downward load transfer is observed in dense sand.
Hemu Karira;Dildar Ali Mangnejo;Aneel Kumar;Tauha Hussain Ali;Syed Naveed Raza Shah
Geomechanics and Engineering
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제32권4호
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pp.427-443
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2023
Across the globe, rapid urbanization demands the construction of basements for car parking and sub way station within the vicinity of high-rise buildings supported on piled raft foundations. As a consequence, ground movements caused by such excavations could interfere with the serviceability of the building and the piled raft as well. Hence, the prediction of the building responses to the adjacent excavations is of utmost importance. This study used three-dimensional numerical modelling to capture the effects of twin excavations (final depth of each excavation, He=24 m) on a 20-storey building resting on (4×4) piled raft. Because the considered structure, pile foundation, and soil deposit are three-dimensional in nature, the adopted three-dimensional numerical modelling can provide a more realistic simulation to capture responses of the system. The hypoplastic constitutive model was used to capture soil behaviour. The concrete damaged plasticity (CDP) model was used to capture the cracking behaviour in the concrete beams, columns and piles. The computed results revealed that the first excavation- induced substantial differential settlement (i.e., tilting) in the adjacent high-rise building while second excavation caused the building tilt back with smaller rate. As a result, the building remains tilted towards the first excavation with final value of tilting of 0.28%. Consequently, the most severe tensile cracking damage at the bottom of two middle columns. At the end of twin excavations, the building load resisted by the raft reduced to half of that the load before the excavations. The reduced load transferred to the piles resulting in increment of the axial load along the entire length of piles.
Mukhtiar Ali Soomro;Dildar Ali Mangnejo;Naeem Mangi
Geomechanics and Engineering
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제34권3호
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pp.251-265
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2023
In urban construction projects, it is crucial to evaluate the impacts of excavation-induced ground movements in order to protect surrounding structures. These ground movements resulting in damages to the neighboring structures and facilities (i.e., parking basement) are of main concern for the geotechnical engineers. Even more, the danger exists if the nearby structure is an ancient or masonry brick building. The formations of cracks are indicators of structural damage caused by excavation-induced ground disturbances, which pose issues for excavation-related projects. Although the effects of deep excavations on existing brick masonry walls have been thoroughly researched, the impact of twin excavations on a brick masonry wall is rarely described in the literature. This work presents a 3D parametric analysis using an advanced hypoplastic model to investigate the responses of an existing isolated brick masonry wall to twin perpendicular excavations in dry sand. One after the other, twin perpendicular excavations are simulated. This article also looks at how varying sand relative densities (Dr = 30%, 50%, 70%, and 90%) affect the masonry wall. The cracks at the top of the wall were caused by the hogging deformation profile caused by the twin excavations. By raising the relative density from 30% to 90%, excavation-induced footing settlement is greatly minimized. The crack width at the top of the wall reduces as a result of the second excavation in very loose to loose sand (Dr = 30% and 50%). While the crack width on the top of the wall increases owing to the second excavation in medium to very dense sand (Dr = 70% and 90%).
There are many battle paintings among wall paintings in Kokuryeo. Most warriors in paintings wore armours in full kit. Armours in Three-Kingdom Period were contrived for strategy. They have been checked that Pangab suitable for infantry action had been worn in Shilla while flexible Chalgab for cavalry battle had been worn in Kokuryeo. As cavalry strategy in Kokuryeo was brought to Kaya Kingdom via battles in fifth century, Chalgab became also worn in South area. Pangab, Shaejagab and Nubigabot as well as Chalgab had also been worn on view of wall paintings. There were many kinds of helmets such as Jongjang-panju, Mangokjongjang-panju, Kwanmonhyoungbok-balju, Chongkakju and Kwaehyoungju. Accesory-Armours are Sanggab, Kyounggab, Sangbakgab, Gwinggab, Daetwaegab and Kyounggab. Those helmets and Accesory-Armours are quite similiar to excavations from Shilla, Kaya Kingdom area. As Kokuryeo wall paintings are related to excavations from South area, armours and helmets in those wall paintings can be a good data to investigate the full shape of excavations and how to use, while excavations are very useful to the study on method of construction and manufacturing of armours and helmets.
The unloading effect from excavations can cause the deformation of adjacent tunnels, which may seriously influence the operation and safety of those tunnels. However, systematic studies of the deformation characteristics of tunnels located along side excavations are limited, and simplified methods to predict the influence of excavations on tunnels are also rare. In this study, the simulation capability of a finite element method (FEM) considering the small-strain characteristics of soil was verified using a case study. Then, a large number of FEM simulations examining the influence of excavations on adjacent tunnels were conducted. Based on the simulation results, the deformation characteristics of tunnels at different positions and under four deformation modes of the retaining structure were analyzed. The results indicate that the deformation mode of the retaining structure has a significant influence on the deformation of certain tunnels. When the deformation magnitudes of the retaining structures are the same, the influence degree of the excavation on the tunnel increased in this order: from cantilever type to convex type to composite type to kick-in type. In practical projects, the deformation mode of the retaining structure should be optimized according to the tunnel position, and kick-in deformation should be avoided. Furthermore, two methods to predict the influence of excavations on adjacent tunnels are proposed. Design charts, in terms of normalized tunnel deformation contours, can be used to quantitatively estimate the tunnel deformation. The design table of the excavation influence zones can be applied to determine which influence zone the tunnel is located in.
The cover plate and the building loads often make the semi-covered deep excavations with existing buildings bearing asymmetric load, presenting different deformation characteristics with normal excavations, which is not absolutely clear in current studies. Based on a typical engineering, the building storeys, the basement storeys, the pile length, the existence of the cover plate (CP) and the depth of the diaphragm walls (DW) were selected as variables, and 44 groups of simulation were designed to study the influence of existing buildings and the semi-covered supporting system on the deformation of the excavations. The results showed that the maximum lateral displacement of DW, δhm, and the depth of δhm, Hm, are affected seriously by the building storeys and the basement storeys. Asymmetric structures and loading lead to certain lateral displacement of DW at the beginning of excavation, resulting in different relationships between δhm and excavation depth, H. The maximum surface settlement outside the pit, δvm, increases significantly and the location, dm, moves away from the pit with the building storeys increases. δvm has a quadratic correlation with H due to the existing buildings. CP and building load will affect the style of the lateral displacement curve of DW seriously in different aspects.
Two real-time modeling prediction (RMP) schemes are presented in this paper for analyzing the behavior of deep excavations during construction. The first RMP scheme is developed from the traditional AR(p) model. The second is based on the simplified Elman-style recurrent neural networks. An on-line learning algorithm is introduced to describe the dynamic behavior of deep excavations. As a case study, in-situ measurements of an excavation were recorded and the measured data were used to verify the reliability of the two schemes. They proved to be both effective and convenient for predicting the behavior of deep excavations during construction. It is shown through the case study that the RMP scheme based on the neural network is more accurate than that based on the traditional AR(p) model.
This paper describes an adaptive management approach for predicting, monitoring, and controlling ground movements associated with excavations in urban areas. Successful use of monitoring data to update performance predictions of supported excavations depends equally on reasonable numerical simulations of performance, the type of monitoring data used as observations, and the optimization techniques used to minimize the difference between predictions and observed performance. This paper summarizes each of these factors and emphasizes their inter-dependence. Numerical considerations are described, including the initial stress and boundary conditions, the importance of reasonable representation of the construction process, and factors affecting the selection of the constitutive model. Monitoring data that can be used in conjunction with current numerical capabilities are discussed, including laser scanning and webcams for developing an accurate record of construction activities, and automated and remote instrumentations to measure movements. Self-updating numerical models that have been successfully used to compute anticipated ground movements, update predictions of field observations and to learn from field observations are summarized. Applications of these techniques from case studies are presented to illustrate the capabilities of this approach.
This paper presents a brief review of flexible retaining structure and the most significant methods developed to predict their behavior on underground excavations. Some observations are made about the future directions that the design of retaining systems may take , as there are still some problems where uncertainity exists, in soil-structure interaction and evaluation of strength parameters etc. And also reviewed papers presented in 2002 Fall National Conference of KGS.
도심지 근접 굴착시 과도한 굴착으로 인하여 지반 및 흙막이 구조물에 발생되는 과도한 변형을 억제하기 위해 굴착측에 어느 정도의 소단(berm)을 두어 시공하는 것은 매우 유용한 방법이 될 수 있다. 그러나 굴착 현장에서는 시공의 편의상 소단을 두지 않거나, 기존 연구 결과의 부족 등으로 인하여 현장 임의의 판단에 의해 소단의 크기와 형상을 설정하는 것이 일반적이다. 따라서 본 연구에서는 주로 사질토 지반을 대상으로 실내 모형 실험 및 수치해석적 방법을 활용하여, 굴착시 지반 및 흙막이 구조물의 과도한 변형을 억제하기 위한 효율적인 소단에 대해 분석하였다. 즉 자립식 및 버팀대식 굴착에 대한 모형 실험을 실시하여 소단의 형상과 크기에 따른 흙막이벽의 거동을 분석하였다. 또한 수치해석적 방법을 활용하여 국내 도심지 버팀 굴착공과 유사한 지반 조건 및 시공 조건에서 활용할 수 있는 효율적인 소단에 대하여 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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