Artificial ground freezing (AGF) is a commonly used geotechnical support technique that can be applied in any soil type and has low environmental impact. Experimental and numerical investigations have been conducted to optimize AGF for application in diverse scenarios. Precise simulation of groundwater flow is crucial to improving the reliability these investigations' results. Previous experimental research has mostly considered horizontal seepage flow, which does not allow accurate calculation of the groundwater flow velocity due to spatial variation of the piezometric head. This study adopted vertical seepage flow-which can maintain a constant cross-sectional area-to eliminate the limitations of using horizontal seepage flow. The closure time is a measure of the time taken for an impermeable layer to begin to form, this being the time for a frozen soil-ice wall to start forming adjacent to the freeze pipes; this is of great importance to applied AGF. This study reports verification of the reliability of our experimental apparatus and measurement system using only water, because temperature data could be measured while freezing was observed visually. Subsequent experimental AFG tests with saturated sandy soil were also performed. From the experimental results, a method of estimating closure time is proposed using the inflection point in the thermal conductivity difference between pore water and pore ice. It is expected that this estimation method will be highly applicable in the field. A further parametric study assessed factors influencing the closure time using a two-dimensional coupled thermo-hydraulic numerical analysis model that can simulate the AGF of saturated sandy soil considering groundwater flow. It shows that the closure time is affected by factors such as hydraulic gradient, unfrozen permeability, particle thermal conductivity, and freezing temperature. Among these factors, changes in the unfrozen permeability and particle thermal conductivity have less effect on the formation of frozen soil-ice walls when the freezing temperature is sufficiently low.
A New pre-loading system, through which a large pre-load could be charged was developed and applied to the braced wall in order to stabilize the adjacent tunnel. A pre-load larger than the designated axial force of bracing was imposed to prevent the horizontal displacement of the braced wall during the ground excavation. For this purpose, real scale model tests (1/10) were conducted, without and with pre-load on braced wall. And numerical analyses were performed for both the cases without and with pre-load, which were half (50%) and full (100%) respectively, and larger scale of the design axial farce of bracing. FEM program called PLAXIS was used for numerical analysis. As a result, it was found that the stability of the existing tunnel adjacent to the braced wall could be greatly enhanced when the horizontal displacement of braced wall was reduced by applying a pre-load, which was larger than the designated axial force of bracing.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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제20권3호
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pp.640-655
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2018
Recently, the construction of the urban area has been rapidly increasing, and the excavation work of the ground has been frequently performed at the upper part of the existing underground structures. Especially, when the structure is constructed after the excavation of the ground, the loading and unloading process in the ground under the excavation basement can affect the existing underground structures. Therefore, in order to maintain the stability of the existing underground structure due to the excavation of the ground, it is necessary to accurately grasp the influence of the excavation and the structure load in the adjoining part. In this study, the effect of the excavation of the ground and the new structure load on the existing tunnel was experimentally implemented and the influence of the adjacent construction on the existing tunnel was investigated. For this purpose a large testing model with 1/5 scale of the actual size was manufactured. The influence of ground excavation, width of the load due to new structure, and distance between centers of tunnel and of excavation on the existing tunnel was investigated. In this study, it was confirmed that the influence on the existing tunnel gets larger, as the excavation depth get deeper. At the same distance, it was confirmed that the tunnel displacement increased up to three times according to the increase of the building load width. That is, the load width influences the existing tunnel larger than the excavation depth. As the impact of the distance between centers of tunnel and of excavation, it was confirmed that tunnel crown displacement decreased by 48%. The result showed that a tunnel is located in the range of 1D (D: tunnel diameter) from the center of excavation, the effect of excavation is the largest.
Purpose: The purpose is to establish a safe facility environment from abnormal voltages such as lightning by developing a smart land resistance measuring device that can acquire real-time land resistance data using Arduino. Method: This paper studied design models and application cases by developing a land resistance acquisition and analysis system with Arduino and a power line communication (PLC) system. Some sites in the wind power generation complex in Gyeongsangnam-do were selected as test beds, and real-time land resistance data applied with new technologies were obtained. The electrode arrangement adopted a smart electrode arrangement using a combination of a Wenner four electrode arrangement and a Schlumberger electrode arrangement. Result: First, the characteristic of this technology is that the depth of smart multi-electrodes is organized differently to reduce the error range of the acquired data even in the stratigraphic structure with specificity between floors. Second, IT convergence technology was applied to enable real-time transmission and reception of information on land resistance data acquired from smart ground electrodes through the Internet of Things. Finally, it is possible to establish a regular management system and analyze big data accumulated in the server to check the trend of changes in various elements, and to model the optimal ground algorithm and ground system design for the IT convergence environment. Conclusion: This technology will reduce surge damage caused by lightning on urban infrastructure underlying the 4th industrial era and design an optimized ground system model to protect the safety and life of users. It is also expected to secure intellectual property rights of pure domestic technology to create jobs and revitalize our industry, which has been stagnant as a pandemic in the post-COVID-19 era.
In this paper the method of estimating the bearing capacity of shallow foundation on a finite layer of sandy ground underlain by a rigid base was proposed by assessing results of the model test and the numerical analyses. For model experiments, the centrifuge tests under 1g and 20 g of gravitational levels were performed with sandy soils sampled from the field, changing the relative density of sandy soil and the ratio of thickness of sand layer (H) to the width of strip footing (B). As results of tests, bearing capacity tends to increase with the value of H/B while settlement for a given load intensity decreases. Bearing capacity also increases with relative density of the soil. In order to propose the method of estimating the bearing capacity of thin sandy layer underlain by a rigid base, values of bearing capacity factors from test results were compared with the values of modified bearing capacity factor by Mandel & Salencon (1972) considering the effect of H/B value on bearing capacity. The relation of bearing capacity factor ratio, normalizing friction angle of sandy soil, with the value of H/B was suggested so that this relation could be applied to design in the safe side. The results of numerical analyses obrained by changing the layout of footing, relative density of sandy soil and the value of H/B, were in good agreements with the suggested relation.
A geological repository has been considered as an option for the disposal of high-level radioactive waste (HLW). The HLW is disposed in a host rock at a depth of 500~1,000 meters below the ground surface based on the concept of engineered barrier system (EBS). The EBS is composed of a disposal canister, buffer material, backfill material, and gap-filling material. The compacted bentonite buffer is very important since it can restrain the release of radionuclide and protect the canister from the inflow of ground water. The saturation of the buffer decreases because high temperature in a disposal canister is released into the surrounding buffer material, but saturation of the buffer increases because of the inflow of ground water. The unsaturated properties of the buffer are critical input parameters for the entire safety assessment of the engineered barrier system. In Korea, Gyeongju bentonite can be considered as a candidate buffer material, but there are few test results of the unsaturated properties considering temperature variation. Therefore, this paper conducted experiment of soil-water characteristic curve for the Gyeongju compacted bentonite considering temperature variation under a constant water content condition. The relative error showed approximately 2% between test results and modified van-Genuchten model values.
Recently, research on predicting ground classification using machine learning techniques, TBM excavation data, and ground data is increasing. In this study, a multi-classification prediction study for uniaxial compressive strength (UCS) was conducted by applying random forest model based on a decision tree among machine learning techniques widely used in various fields to machine data and ground data acquired at three slurry shield TBM sites. For the classification prediction, the training and test data were divided into 7:3, and a grid search including 5-fold cross-validation was used to select the optimal parameter. As a result of classification learning for UCS using a random forest, the accuracy of the multi-classification prediction model was found to be high at both 0.983 and 0.982 in the training set and the test set, respectively. However, due to the imbalance in data distribution between classes, the recall was evaluated low in class 4. It is judged that additional research is needed to increase the amount of measured data of UCS acquired in various sites.
Stability of the braced earth wall in the composite ground, which is composed of the jointed base rocks and the soil strata depends on the earth pressure acting on it. In most cases, the earth pressure is calculated by the empirical method, in which base rocks are considered as a soil strata with the shear strength parameters of base rocks. In this case the effect of the joint dips of the jointed base rocks is ignored. Therefore, the calculated earth pressure is smaller than the actual earth pressure. In this study, the magnitude and the distribution of the earth pressure acting on the braced wall in the composite ground depending on the joint dips of the base rocks and the ratio of soil strata and base rocks were experimentally studied. Two dimensional large-scale model tests were conducted in a large scale test facility (height 3.0 m, length 3.0 m and width 0.5 m) by installing 10 supports in a scale of 1/14.5. The test ground was presumed with the base rock ratio of the composite ground of 65%:35% and 50%:50% and with the joint dips for each base rock layer, $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$ and $60^{\circ}$, respectively. And then finite element analyses were performed in the same condition. As results, the earth pressure on the braced wall increased as the base rock layer's joint dips became larger. And earth pressure at the rock layer increased as the rock rate became larger. The largest earth pressure was measured when the base rock rate was 50% (R50) and the rock layer's joint dips was $60^{\circ}$. Based on these results, a formular for the calculation of the earth pressure in the composite ground could be suggested. Distribution of earth pressure was idealized in a quadrangular form, in which the magnitude and the position of peak earth pressure depended on the rock ratio and the joint dips.
In this study was made the flutter analysis for the export model of Firefly(Bandi-ho), the small canard aircraft. Stiffness model based on internal load generation finite element model was generated. Mass model based on the weight DB for weight control was generated. Aerodynamic model based on Doublet Lattice Method was generated. Preliminary flutter analysis was made. Based on it, major vibration modes are identified and experimentally obtained via the ground vibration test. The obtained normal mode frequencies were used to correlate the finite element model. Flutter analysis was made again and major flutter mechanisms were summarized. The most important flutter root was identified as a coupled root between rigid body roll mode and anti-symmetric wing pitching mode.
System identification is regarded as the most basic technique for structural health monitoring to evaluate structural integrity. Although many system identification techniques extracting mode information (e.g., mode frequency and mode shape) have been proposed so far, it is also desired to identify physical parameters (e.g., stiffness and damping). As for high-rise buildings subjected to long-period ground motions, system identification for evaluating only the shear stiffness based on a shear model does not seem to be an appropriate solution to the system identification problem due to the influence of overall bending response. In this paper, a system identification algorithm using a shear-bending model developed in the previous paper is revised to identify both shear and bending stiffnesses. In this algorithm, an ARX (Auto-Regressive eXogenous) model corresponding to the transfer function for interstory accelerations is applied for identifying physical parameters. For the experimental verification of the proposed system identification framework, vibration tests for a 3-story steel mini-structure are conducted. The test structure is specifically designed to measure horizontal accelerations including both shear and bending responses. In order to obtain reliable results, system identification theories for two different inputs are investigated; (a) base input motion by a modal shaker, (b) unknown forced input on the top floor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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