This study established the standard recommended values and expansion fracture threshold values for the content of steel slag in controlled low-strength materials (CLSM) to ensure the appropriate use of steel slag aggregates and the prevention of abnormal expansion. The steel slags used in this study included basic oxygen furnace (BOF) slag and desulfurization slag (DS), which replaced 5-50% of natural river sand by weight in cement mixtures. The steel slag mortars were tested by high-temperature ($100^{\circ}C$) curing for 96 h and autoclave expansion. The results showed that the effects of the steel slag content varied based on the free lime (f-CaO) content. No more than 30% of the natural river sand should be replaced with steel slag to avoid fracture failure. The expansion fracture threshold value was 0.10%, above which there was a risk of potential failure. Based on the scanning electron microscopy (SEM) analysis, the high-temperature catalysis resulted in the immediate extrusion of peripheral hydration products from the calcium hydroxide crystals, leading to a local stress concentration and, eventually, deformation and cracking.
A numerical stepwise approach for cavity expansion problem in strain-softening rock or soil mass is investigated, which is compatible with Mohr-Coulomb and generalized Hoek-Brown failure criteria. Based on finite difference method, plastic region is divided into a finite number of concentric rings whose thicknesses are determined internally to satisfy the equilibrium and compatibility equations, the material parameters of the rock or soil mass are assumed to be the same in each ring. For the strain-softening behavior, the strength parameters are assumed to be a linear function of deviatoric plastic strain (${\gamma}p^*$) for each ring. Increments of stress and strain for each ring are calculated with the finite difference method. Assumptions of large-strain for soil mass and small-strain for rock mass are adopted, respectively. A new numerical stepwise approach for limited pressure and plastic radius are obtained. Comparisons are conducted to validate the correctness of the proposed approach with Vesic's solution (1972). The results show that the perfectly elasto-plastic model may underestimate the displacement and stresses in cavity expansion than strain-softening coefficient considered. The results of limit expansion pressure based on the generalised H-B failure criterion are less than those obtained based on the M-C failure criterion.
As the global large-scale infrastructure construction market expands, the construction of civil engineering structures in extreme environments such as cold or hot regions is being planned or constructed. Accordingly, the construction of the pile foundation is essential to secure the bearing capacity of the upper structure, but there is a concern about loss of stability and function of the pile foundation due to the possibility of ground deformation in extreme cold and hot regions. Therefore, in this study, a new type of pile foundation is developed to respond with the deformation of the ground, and the ground deformation that can occur in extreme cold and hot region is largely divided into heaving and settlement. The new type of pile foundation is a form in which a cylinder capable of shrinkage and expansion is inserted inside the steel pipe pile, and the effect of the cylinder during the heaving and settlement process was analyzed numerically. As a result of the numerical analysis, the ground heaving caused excessive tensile stress of the pile, and the expansion condition of the cylinder shared the tensile stress acting on the pile and reduced the axial stress acting on the pile. Ground settlement increased the compressive stress of the pile due to the occurrence of negative skin friction. The cylinder must be positioned below the neutral point and behave in shrinkage for optimum efficiency. However, the amount and location of shrinkage and expansion of cylinder must comply with the allowable displacement range of the upper structure. It is judged that the design needs to be considered.
Hyun-Bae Park;Seong-Woo Moon;Sejeong Ju;Jeungeum Lee;Yong-Seok Seo
The Journal of Engineering Geology
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v.34
no.3
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pp.381-401
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2024
To predict the ground subsidence caused by mines, various evaluation methods were applied to cases of ground subsidence in Korea, and the results were compared and analyzed. Continuous subsidence, which is relatively easily and accurately predicted, was excluded in this analysis. The stress arch - volumetric expansion method, limit equilibrium method, numerical analysis, probabilistic method, and evaluation method of the Korea Mine Rehabilitation and Mineral Resources Corporation (KO MIR) were applied to 36 subsidence cases, including subsidence location, width, and depth, and goaf width, depth, and incline data. The stress arch - volumetric expansion method was the most accurate with an accuracy of ~92%. In the case of the KOMIR method, the regression model is 86.1% accurate, but somewhat lower in accuracy using a triangular pyramidal volume. The stress arch - volumetric expansion and KOMIR methods have the disadvantage of evaluating whether subsidence occurs or not. In the case of the numerical analysis, the accuracy is 72.3% when estimating the subsidence depth, but is slightly lower (55.8%) when estimating the subsidence width. The probabilistic and limit equilibrium methods have similar accuracies of 50.8~63.7%. Given it is possible to determine whether subsidence occurs, and the subsidence location, width, and depth with each method, it is recommended to apply various methods when evaluating sinkhole-type subsidence.
Park, Hee Beom;Cho, Young Kyo;Lee, Young Hoon;Kim, Seong-Min
International Journal of Highway Engineering
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v.19
no.1
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pp.63-72
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2017
PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the fundamental behaviors such as stresses and deflections of the middle slab in a double-deck tunnel for the development of a middle slab design guide. METHODS : The middle slab has been divided into the following three different sections as according to its structural differences: the normal section, expansion joint section, and emergency passageway section. The normal section of middle slab represents the slab supported by brackets installed continuously along the longitudinal direction of tunnel lining. The expansion joint section refers to a discontinuity of middle slab due to the existence of a transverse expansion joint. The emergency passageway section has an empty rectangular space in the middle slab that acts as an exit in an emergency. The finite element analysis models of these three sections of middle slab have been developed to analyze their respective behaviors. RESULTS : The stresses and deflections of middle slab at the three different sections decrease as the slab thickness increases. The emergency passageway section yields the largest stresses and deflections, with the normal section yielding the smallest. CONCLUSIONS : The stress concentrations at the corners of the passageway rectangular space can be reduced by creating hunch areas at the corners. The stresses and deflections in the emergency passageway section can be significantly decreased by attaching beams under the middle slab in the passageway area.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.6
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pp.617-625
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2009
This study is devoted to the problems of thermal and autogenous expansion stresses in order to avoid cracking using chemically prestressing method. The chemical prestress can be induced by autogenous expansion characteristics of MgO concrete made in specific burning temperature. The volume change induced cracking has great influence on the long-term durability and serviceability. To evaluate risk of cracking, the computer programs for analysis of thermal and autogenous expansion stresses were developed. In these 3-D finite element procedures, long-term autogenous expansive deformation is modeled and its resultant stress is calculated and then verified by comparison with manual calculation results. In this study, the stress development is related to thermal and autogenous expansive deformation. Using the developed program, residual stresses of MgO concrete were compared and analysed in the example From the numerical results it is found that long-term, and temperature dependent expansive concrete with light-burnt MgO is most effective in controlling the risk of cracking of mass concrete because it has high temperature for long period. The developed analysis program can be efficiently utilized as a useful tool to evaluate the thermal and autogenous expansion stresses in mass concrete structures with lightly burnt MgO.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.38
no.3
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pp.70-81
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1996
Solutions of geotechnical engineering problems require predictions of deformation and stresses during various stages of loading. Powerful numerical methods are available to make such predictions even for complicated problems. To get accurate results, realistic stress-strain relationships of soils are dependent on a number of factors such as soil type, density, stress level and stress path. Attempts are continuously being made to develope analytical models for soils incorporating all such factors. Isotropic compression-expansion test and a series of drained conventional triaxial tests with several stress path for Baekma river sand were performed to investigate stress-strain and volume change characteristics of Lade's single work hardening model dependant on the stress path. In order to predicted of stress-strain and volumetric strain behavior were determined the values of parameters for the mode by the computer program based on the regression analysis. Predicted stress-strain behavior of triaxial compression tests and optional stress path tests for increasing confining pressure with parameters obtained conventional triaxial compression tests agreed with several test results but the prediction results for decreasing confining pressure reduced triaxial compression tests make a little difference with test results.
The effect of siloxane oligomer content on thermal stability and internal stress of DGEBA epoxy resin was investigated. Siloxane-epoxy polymers having terminal epoxy group were prepared by reaction of siloxane-DDM prepolymer with DGEBA epoxy resin. Thermal stability was studied in terms of the initial decomposition temperature(IDT), temperature of maximum rate of weight loss($T_{max}$), integral procedural decomposition temperature(IPDT), and decomposition activation energy($E_t$) using TGA data. The thermal stability increased with increasing the siloxane oligomer content and showed a maximum value in the case of 5 wt% siloxane oligomer content in the blend system. While, the coefficient of thermal expansion(${\alpha}_r$) and the flexural modulus($E_r$) allowed us to study internal stress of the blend system. As the content of siloxane oligomer increases, the internal stress systematically decreases as decreasing both ${\alpha}_r$ and $E_r$.
When a saturated clay is sampled from a borehole in an undisturbed manner, the exerted negative pore water pressure restricts the volume expansion. The vertical and horizontal stresses to which the clay was subjected in the ground are smaller and larger than this isotropically confining stress equivalent to the mean principal stress in the ground, respectively. Therefore the sample expands vertically and shrinks laterally under an undrained condition. In the ordinary consolidation test, the sample thus deformed is trimmed to fit the inside of the consolidometer ring. Thus, the specimen generates larger consolidation displacement due to confining larger horizontal stress when in-situ effective pressure is loaded. The specimen does not reproduce the in-situ consolidation behavior, In this paper, considering sample deformation, the test specimen is made to expand laterally to fit the inside of the ring in the undrained manner when the in-situ effective pressure is loaded. And applicability of this proposed test procedure was verified; results from the conventional consolidation test procedure are also discussed.
Cho, Youngbin;Gweon, Bomi;Ko, Ung Hyun;Shin, Jennifer H.
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.13
no.1
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pp.43-48
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2015
Collective cell migration is a fundamental phenomenon observed in various biological processes such as development, wound healing, and cancer metastasis. During the collective migration, cells undergo changes in their phenotypes from those of stable to the migratory state via the process called epithelial-mesenchymal transition (EMT). Recent findings in biology and biochemistry have shown that EMT is closely related to the cancer invasion or metastasis, but not much of the correlations in kinematics and physical forces between the neighboring cells are known yet. In this study, we aim to understand the cell migration and stress distribution within the expanding cell cluster. We constructed the in vitro cell cluster on the hydrogel, employed traction force microscopy (TFM) and monolayer stress microscopy (MSM) to visualize the physical forces within the expanding cell monolayer. During the expansion, cells at the cluster edge exhibited enhanced motility and developed focal adhesions that are the essential features of EMT while cells at the core of the cluster maintained the epithelial characteristics. In the aspect of mechanical stress, the cluster edge had the highest traction force of ~90 Pa directed toward the cluster core, which means that cells at the edge actively pull the substrate to make the cluster expansion. The cluster core of the tightly confined cells by neighboring cells had a lower traction force value (~60 Pa) but the highest intercellular normal stress of ~800 Pa because of the accumulation of traction from the edge of the monolayer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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