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.
This paper presents an elasto-plastic model for determination of the ground response curve of a circular underwater tunnel excavated in elastic-strain softening rock mass compatible with a nonlinear Hoek-Brown yield criterion. The finite difference method (FDM) was used to propose a new solution to calculate pore water pressure, stress, and strain distributions on periphery of circular tunnels in axisymmetric and plain strain conditions. In the proposed solution, a modified non-radial flow pattern, for the hydraulic analysis, is utilized. To evaluate the effect of gravitational loads and variations of pore water pressure, the equations concerning different directions around the tunnel (crown, wall, and floor) are derived. Regarding the strain-softening behavior of the rock mass, the stepwise method is executed for the plastic zone in which parameters of strength, dilatancy, stresses, strains, and deformation are different from their elasto-plastic boundary values as compared to the tunnel boundary values. Besides, the analytical equations are developed for the elastic zone. The accuracy and application of the proposed method is demonstrated by a number of examples. The results present the effects of seepage body forces, gravitational loads and dilatancy angle on ground response curve appropriately.
A centrifuge model study is carried out to investigate the behavior of pile subject to negative skin friction induced by pile installation, ground water drawdown and surcharge loading. A single end-bearing pile is examined as the induced negative skin friction would induce the most severe stress on the pile structural material as compared to friction piles. In addition, the behavior of the pile under simultaneous negative skin friction and dead/live loads is examined. To facilitate detailed interpretations of the test results, the model setup is extensively instrumented and involves elaborate test control schemes. To further examine the phenomenon of negative skin friction on an end-bearing pile, finite element analyses were conducted. The numerical analysis is first validated against the centrifuge test data and subsequently extended to examine the effects of pile slenderness ratio, surcharge intensity and pile-soil stiffness ratio on the degree of mobilization of negative skin friction induced on the pile. Finally experimental and numerical studies are conducted to examine the effect of applied transient live load on pile subject to negative skin friction.
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.
Park, Joohyun;Kang, Seok-Jun;Hwang, Hyun-Joong;Cho, Gye-Chun
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.3
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pp.207-218
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2022
In submerged floating tunnels (SFTs), a next-generation maritime transportation infrastructure, the tunnel module floats in water due to buoyancy. For the effective and economical use of SFTs, connection with the ground is inevitable, but the stability of the shore connection is weak due to stress concentration caused by the displacement difference between the subsea bored tunnel and the SFT. The use of an elastic joint has been proposed as a solution to solve the stability problem, but it changes the dynamic characteristics of the SFT, such as natural frequency and mode shape. In this study, the finite element method (FEM) was used to simulate the elastic joints in shore connections, assuming that the ground is a hard rock without displacement. In addition, a small-scale model test was performed for FEM model validation. A parametric study was conducted on the resonance behavior such as the natural frequency change and velocity, stress, and reaction force distribution change of the SFT system by varying the joint stiffness under loading conditions of various frequencies and directions. The results indicated that the natural frequency of the SFT system increased as the stiffness of the elastic joint increased, and the risk of resonance was the highest in the low-frequency environment. Moreover, stress concentration was observed in both the SFT and the shore connection when resonance occurred in the vertical mode. The results of this study are expected to be utilized in the process of quantitative research such as designing elastic joints to prevent resonance in the future.
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 m 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 plies was found in the range of 2.0 - 2.5 times of pile diameter.
This paper is experimental and numerical research results of performing centrifuge model tests to investigate the geotechnical engineering behavior of slag compaction pile as a substitute of sand compaction pile. In order to find the geotechnical engineering characteristics of the soft clay and the slag used in centrifuge model experiments, basic soil property tests, consolidation test, permeability tests and triaxial compression tests were performed. For centrifuge model tests, slags with changing relative density were used and their bearing capacity, stress concentrations in between pile and soft clay, settlement characteristics, and failure modes were investigated. As a results of centrifuge model tests, it was found that the bearing, capacity of model was increased with increasing density of slag pile and general shear failures were occured. Miniature soil pressure gauges were installed on model pile and soft ground respectively and thus vertical stress acting on them were measured. Stress concentration ratio was found to be in the range of 2.0~3.0. Bearing capacity obtained from the model test with slag was greater than that from the model test with a sand having the identical layout to each other. Thus it was confirmed the slag was an appropriate substitution of pile for sand.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.6
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pp.583-603
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2023
Recently, the advancement of mechanical tunnel boring machine (TBM) technology and the characteristics of subsea railway tunnels subjected to hydrostatic pressure have led to the widespread application of shield TBM methods in the design and construction of subsea railway tunnels. Subsea railway tunnels are exposed in a constant pore water pressure and are influenced by the amplification of seismic waves during earthquake. In particular, seismic loads acting on subsea railway tunnels under various ground conditions such as soft ground, soft soil-rock composite ground, and fractured zones can cause significant changes in tunnel displacement and stress, thereby affecting tunnel safety. Additionally, the dynamic response of the ground and tunnel varies based on seismic load parameters such as frequency characteristics, seismic waveform, and peak acceleration, adding complexity to the behavior of the ground-tunnel structure system. In this study, a finite difference method is employed to model the entire ground-tunnel structure system, considering hydrostatic pressure, for the investigation of dynamic behavior of subsea railway tunnel during earthquake. Since the key factors influencing the dynamic behavior during seismic events are ground conditions and seismic waves, six analysis cases are established based on virtual ground conditions: Case-1 with weathered soil, Case-2 with hard rock, Case-3 with a composite ground of soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, Case-4 with the tunnel passing through a narrow fault zone, Case-5 with a composite ground of soft soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, and Case-6 with the tunnel passing through a wide fractured zone. As a result, horizontal displacements due to earthquakes tend to increase with an increase in ground stiffness, however, the displacements tend to be restrained due to the confining effects of the ground and the rigid shield segments. On the contrary, peak compressive stress of segment significantly increases with weaker ground stiffness and the effects of displacement restrain contribute the increase of peak compressive stress of segment.
The 2017 Pohang earthquake caused damage to quay structures due to liquefaction. Liquefaction occurs when effective stress is lost due to an increase in excess pore water pressure during an earthquake. As a result, the damage caused to the pier-type quay wall was identified and the damage caused by liquefaction was analyzed. In addition, in the case of improved ground, damage occurred due to liquefaction of the lower sand layer due to the difference in stiffness from the soft rock layer, so additional numerical analysis was performed assuming non-liquefaction ground. There are several factors that affect the increase in excess pore water pressure ratio, such as the relative density of the ground and the magnitude of the input seismic acceleration. Therefore, this study performed numerical analysis for Cases 1 to 3 by increasing the magnitude of the input acceleration, and in the case of improved ground, damage occurred due to liquefaction of the lower sand layer, so the analysis was performed assuming non-liquefaction ground. As a result, the improved ground requires additional reinforcement when there is liquefied ground below, and the horizontal displacement of the pier-type quay piles was reduced by about two times.
Kim, Gyeong-eop;Park, Kyung-Ho;Kim, Ho-Yeon;Kim, Daehyeon
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.17
no.3
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pp.19-32
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2018
Gravel Compaction Pile (GCP) method is currently being designed and constructed by empirical method because quantitative design method has not been developed, leading to various types of and frequent destruction such as expansion failure and shear failure and difficulties in establishing clear cause and developing measure to prevent destruction. In addition, despite the difference with domestic construction equipment and material characteristics, the methods applied to the overseas ground is applied to the domestic as it is, leading to remarkable difference between applied values and measured values in variables such as bearing capacity and the settlement amount. The purpose of this study was, therefore, to propose a reasonable and safe design method of GCP method by analyzing the settlement and stress behavior characteristics according to ground strength change under GCP method applied to domestic clay ground. For the purpose, settlement amount of composite ground, stress concentration ratio, and maximum horizontal displacement and expected location of GCP were analyzed using ABAQUS. The results of analysis showed that the settlement and Settlement reduction rate of composite ground decreased by more than 60% under replacement ratio of 30% or more, that the maximum horizontal displacement of GCP occurred at the depth 2.6 times pile diameter, and that the difference in horizontal displacement is slight under replacement ratio of 30%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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