Recently, land subsidence and sinkhole are generated due to a change in the groundwater level in the city. For this reason, the necessity for management of stable underground water level is on the rise. In this study, it was conducted for the underground structure that passes through the lower of bus transfer center construction site to examine the influence on the stability for underground structures to changes in the groundwater level and effective stress, the coupled finite element analysis and structural analyses were performed to evaluate stability for underground structure. It is to secure stability for underground structures according to underground water level declines. In this way, effective construction management will be made by previewing and forecasting the influence on the ground behavior and adjacent structures due to changes in the groundwater level.
This paper described a result of finite element analysis considering sewerage damage scale and soil depth, in order to analyze quantitatively for cavity and relaxation zone of underground due to sewerage damage. The mechanical model, which was verified by previous studies, was applied to the finite element analysis. In addition, the mechanical behavior of the soil around the sewerage damage due to the soil loss was simulated by using the forced displacement. Based on finite element analysis results, characteristics of the void ratio distribution, ground subsidence, and shear stress distribution according to sewerage damage scale and soil depth were analyzed. And then, The boundaries of the underground cavity and relaxation zone were determined by using the shear stress reduction characteristics of the ground. Also, an occurrence scope of the cavity and relaxation zone was quantitatively evaluated by the change of sewerage damage scale and soil depth.
Kim, Byung-Il;Kim, Young-Sun;Han, Sang-Jae;Park, Eon-Sang
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.19
no.3
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pp.9-21
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2020
In this study, the design method of the combined sheet pile was considered in the coastal landfill where sandy and clayey soils are mixed, and the behavior in excavation was analyzed. It was confirmed from the elasto-plastic analysis that the predicted behavior of the temporary facilities of earth retaining differs according to the type of the combined sheet pile method (Built up, Interlocking, Welding) and the analysis method (soldier pile method, continuous wall method). In the case of sheet pile member force, the results of the continuous wall analysis method predicted the most conservative results. When the stress ratio (calculation/allowance) of each member was analyzed based on the maximum member force of the combined sheet pile method, the maximum value was obtained for bending moment in the side pile and combined stress in the case of the strut. As a result of finite element analysis, the member force of the side pile was the largest in the short-term effective stress analysis condition, while the compressive force of the strut was large in the consolidation analysis. When comparing the results of the elasto-plastic analysis and the finite element analysis, the shear force of the side pile and the axial force of the strut were greatly evaluated in the elasto-plastic analysis, and the bending moment of the side pile was the largest in the short-term effective stress condition of the finite element analysis. In addition, the displacement of the side pile was predicted to be greater in the finite element analysis than in the elasto-plastic analysis.
The axial stress in rock bolt, the shear stress at the bolt-grout interface and the neutral point are analyzed to understand the mechanical behavior of rook bolt. To analyze the support effects of rock bolt in various geological conditions, numerical analyses are performed with regard to bolt spacing and bolt length in several geological conditions and tunnel sizes. Through the numerical analyses, the distributions of maximum tensile stress and shear stress are determined. And the excavation width of underground opening affects the position of the neutral point. In the circular opening supported by pattern bolting, the increase of confining pressure, the reduction of plastic zone, and that of ground displacement are determined by using the radial stress increase ratio, the plastic zone reduction ratio and the displacement reduction ratio respectively. The results of this study can be applied to a practical tunnel design through understanding of the trends of these support effects.
Jung-Meyon Kim;Jun-Young Ahn;Jae-young Heo;Seung-Joo Lee;Young-Seok Kim;Beom-Soo Moon;Yong-Seong Kim
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.22
no.3
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pp.47-59
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2023
In this research, laboratory tests were conducted on clayey sand (SC) to analyze its physical properties, compaction/permeability characteristics, and stress-strain behavior. The main objective was to determine the transitional fines content at which the mechanical properties of sand transition to those of clay, resulting in a change in the geotechnical behavior of the material. Additionally, to assess the practical applicability of SC soil, field data from a soft ground improvement site with significant settlement issues were collected. The settlement characteristics derived from laboratory tests and numerical simulations were then compared and analyzed in relation to the actual settlement data obtained from the field, aiming to evaluate the suitability of the SC soil as a compaction target layer. The laboratory tests and compaction analysis showed that the SC soil exhibited a distinct change in mechanical properties, shifting from sandy behavior to clayey behavior when the fines content exceeded 25%. This transition in mechanical behavior was found to be closely correlated with the content of clay particles within the material. Through numerical simulations of the soft ground site, it was verified that the use of clayey sand with a fines content exceeding the transitional level as a compaction target layer resulted in settlements that closely aligned with the measured settlements, with an average agreement of 91.2%. Based on these findings, it is deemed advisable to incorporate clayey sand with a fines content exceeding the transitional level as part of the compaction target layer in the design of soft ground improvements.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.2
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pp.115-128
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2006
The structural anisotropy and heterogeneity of rock mass, caused by discontinuities and weak zones, have a great influence on the deformation behavior of a tunnel. A tunnel construction in these complex ground conditions is very difficult. No matter how excellent a geological investigation is, local uncertainties of rock mass conditions still remain. Under these uncertain circumstances, an accurate forecast of the ground conditions ahead of the advancing tunnel face is indispensable to a safe and economic tunnel construction. This paper presents the effect of anisotropy and heterogeneity of the rock masses to be excavated by numerical analysis. The influences of distance from weak zone, the size or dimension, the different stiffness and the orientation of weak zones are analysed by 3-D finite element analysis. By analysing these numerical results, the tunnel behavior due to excavation can be well understood and the prediction of rock mass condition ahead of the tunnel face can be possible.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.4
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pp.289-305
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2006
This paper presents the effect of excavating methods on tunnel behavior. As part of this study, it is preliminarily focused on the comparison of two different excavation methods, center diaphram (CD) method and ringcut (RC) method. Especially, the purpose of this research is to study the behavioral mechanism of two tunnels which share the same construction environment but different excavating method. Two numerical analysis models with the same tunnel section and material properties are compared in this study, and they are analyzed by 3D finite element analysis. In each model, face stability, crown displacement, ground settlement, and shotcrete-lining stress are computed, then the general behavior of CD method and RC method is studied. The results indicate that the CD method tends to be effective in controlling tunnel displacement while the RC method is more effective in controlling ground settlement. Design implications of the findings from this study are discussed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.4
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pp.469-476
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2023
Soil plasticity models for cyclic and dynamic loads are essential in non-linear numerical analysis of geotechnical structures. While a single yield surface model shows a linear behavior for cyclic loads, J2-bounding surface plasticity model with zero elastic region can effectively simulate a nonlinearity of the ground response with the same material properties. The radius of the yield surface inside the boundary surface converged to 0 to make the elastic region disappear, and plastic hardening modulus and dilatancy define plastic strain increment. This paper presents the stress-strain incremental equation of the developed model, and derives plastic hardening modulus for the hyperbolic model. The comparative analyses of the triaxial compression test and the shallow foundation under the cyclic load can show stable numerical convergence, consistency with the theoretical solution, and hysteresis behavior. In addition, plastic hardening modulus for the modified hyperbolic function is presented, and a methodology to estimate model variables conforming 1D equivalent linear model is proposed for numerical modeling of the multi-dimensional behavior of the ground.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.2
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pp.105-116
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2010
The estimation of surface settlement, ground behavior and tunnel displacement are the main factors in urban tunnel design with shallow depth and unconsolidated soil. On deformation analysis of shallow tunnel, it is important to identify possible deformation mechanism of shear bands developing from tunnel shoulder to the ground surface. This paper investigated the effects of key design parameter affecting deformation behavior by numerical analysis using nonlinear model incorporating the reduction of shear stiffness and strength parameters with the increment of the maximum shear strain after the initiation of plastic yielding. Numerical parametric studies are carried out to consider the reduction of shear stiffness and strength parameters, horizontal stress ratio, cohesion and shotcrete thickness.
This paper is results of extensive centrifuge model experiments about design factors influencing the bearing capacity and the settlement behaviors of SCP (Sand Compaction Pile). Centrifuge model tests were carried out changing design factors for SCP method such as replacement area ratio (as= 20, 40, 70%), improvement ratio to footing width (W/B = 1, 2, 3), and amount of fines in sand pile (#200 = 5, 10, 15). Therefore, the effects of these design factors on the bearing capacity and the settlement behavior of SCP were investigated and changes of stress concentratio rato due to such an design factors were also investigated. Centrifuge model testing technique for preparing and installing centrifuge model of sand compaction pile, using freezing them, was also developed. As results of centrifuge model tests, more fines in sand compaction pile increases the bearing capacity of SCP. Optimum improvement ratio to footing width was found to be 2. Values of stress concentration ratio was in the ranges of 1.5 - 3.5. The depth of bulging in sand piles was found in the range of 2.0 - 2.5 times of pile diameter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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