This paper concerns the finite element (FE) modeling approach for NATM tunneling in water bearing ground within the framework of stress-pore pressure coupled analysis. Fundamental interaction mechanism of ground and groundwater lowering was first examined and a number of influencing factors on the results of coupled FE analysis were identified. A parametric study was then conducted on the influencing factors such as soil-water characteristics, location of hydraulic boundary conditions, the way of modeling drainage flow, among others. The results indicate that the soil-water characteristics play the most important role in the tunneling-induced settlement characteristics. Based on the results, modeling guidelines were suggested for stress-pore pressure coupled finite element modeling of NATM tunneling.
MinJoo Lee;Hyo-Gyoung Kwak;Sung-Wook Kim;Gang-Kyu Park
Computers and Concrete
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v.31
no.6
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pp.561-570
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2023
In this paper, the structural performance of RC and HPFRCC slabs exposed to a TNT explosion were numerically investigated. A finite element model was established using the MM-ALE method in the LS-DYNA program to simulate a near-ground TNT explosion at a scaled distance of 1.08 m/kg3. The K&C model was calibrated to exactly reflect the material properties of HPFRCCs that were developed in KICT and KNU. Numerical and experimental results were compared for the damage distribution and failure shape of the slabs. Based on the verified numerical model, a parametric study was carried out to demonstrate the effects of compressive strength and thickness of the slab on the blast resistance. In particular, the spallation failure on the back side of the slab is greatly dependent on the thickness. Finally, additional numerical simulations were conducted to explore the variation in blast pressure characteristics according to the scaled distance and explosive shape. It was confirmed that the pressure induced by cubic TNT was more destructive to the slab than cylindrical and spherical TNT in a nearfield explosion.
Buried pipelines can be classified as continuous and segmented pipelines. These infrastructures can be damaged either by ground movement or by seismic wave propagation during an earthquake. Permanent ground deformations (PGD) include surface faulting, liquefaction-induced lateral spreading and landslide. Liquefaction is a major problem for both superstructures and infrastructures. Buyukcekmece lake zone, which is the studied region in this paper, is a liquefaction prone area located near the North Anatolian Fault Line. It is an active fault line in Turkey and a major earthquake with a magnitude of around 7.5 is expected in this investigated region in Istanbul. It is planned to be constructed a new 12" steel natural gas pipeline from one side of the lake to the other side. In this study, this case has been examined in terms of two different support conditions. Firstly, it has been defined as a beam in liquefied soil and has built-in supports at both ends. In the other approach, this case has been modeled as a beam in liquefied soil and has vertical elastic pinned supports at both ends. These models have been examined and some solution proposals have been produced according to the obtained results. In this study, based on this sample, it is aimed to determine the behaviors of buried continuous pipelines subject to liquefaction effects in terms of buoyancy.
The cracks induced by hydraulic rock splitting technique are formed in the direction parallel to the free plane, which is perpendicular to the minimum principal stress of the ground, or is affected by the pre-existing microcracks. In this study, the hydraulic rock splitting experiments were conducted in which the guide slot was engraved in the direction parallel to the borehole axis on the biotite granite slope, and the hydraulic pressure was injected through the double packer pressure and interval section. The test results show that the cracks along with the guide slots were induced either by the double packer pressurization or the injection of hydraulic pressure into interval section, some cracks extended across the boreholes. Therefore, the hydraulic rock splitting test is expected to control efficiently the induced cracks if the guide slots are engraved in the direction of splitting and a big flow rate is applied.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.2
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pp.261-267
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2014
Various types of external loads can be applied to the tunnel structure. In a shield tunnel, the vibration from the train may affect the behavior of the adjacent ground. In this study, the railway-induced vibration was estimated and applied to the shield tunnel through 3D numerical simulation. The effective stress analysis based on the finite difference method and Finn model was performed to investigate the potential of liquefaction below the tunnel. Furthermore, pore water pressure and displacement were monitored on a time domain; consequently, the liquefaction potential and dynamic response of the shield tunnel were analyzed. Consequently, it is confirmed that the generation of excess pore water pressure by train-induced vibrating load, however, the amount does not meaningfully affect the potential of liquefaction.
Historical buildings in seismically active regions are severely damaged by earthquakes, since they certainly were not designed by the original builders to withstand seismic effects. In particular the reports after major ground motions indicate that earthquake-induced pounding between buildings may lead to substantial damage or even collapse of colliding structures. The research on structural pounding during earthquakes has been recently much advanced, although most of the studies are conducted on simplified single degree of freedom systems. In this paper a detailed pounding-involved response analysis of three adjacent structures is performed, concerning the main bodies of the "Quinto Orazio Flacco" school. The construction includes a main masonry building, with an M-shaped plan, and a reinforced concrete building, separated from the masonry one and realized along its free perimeter. By the analysis of the capacity curves obtained by suitable pushover procedures performed separately for each building, it emerges that masonry and reinforced concrete buildings are vulnerable to earthquake-induced structural pounding in the longitudinal direction. In particular, due to the geometric configuration of the school, a special case of impact between the reinforced concrete structure and two parts of the masonry building occurs. In order to evaluate the pounding-involved response of three adjacent structures, in this paper a numerical procedure is proposed, programmed using MATLAB software. Both a non-linear viscoelastic model to simulate impact and an elastic-perfectly plastic approximation of the storey shear force-drift relation are assumed, differently from many commercial softwares which admit just one non-linearity.
Wind measurements were made on the Canton Tower at a height of 461 m above ground during the Typhoon Vincente, the wind-induced accelerations and displacements of the tower were recorded as well. Comparisons of measured wind parameters at upper level of atmospheric boundary layer with those adopted in wind tunnel testing were presented. The measured turbulence intensity can be smaller than the design value, indicating that the wind tunnel testing may underestimate the crosswind structural responses for certain lock-in velocity range of vortex shedding. Analyses of peak factors and power spectral density for acceleration response shows that the crosswind responses are a combination of gust-induced buffeting and vortex-induced vibrations in the certain range of wind directions. The identified modal frequencies and mode shapes from acceleration data are found to be in good agreement with existing experimental results and the prediction from the finite element model. The damping ratios increase with amplitude of vibration or equivalently wind velocity which may be attributed to aerodynamic damping. In addition, the natural frequencies determined from the measured displacement are very close to those determined from the acceleration data for the first two modes. Finally, the relation between displacement responses and wind speed/direction was investigated.
This paper analyzes the ground surface settlements induced by side-by-side twin shield tunnels bored in sedimentary soils, which primarily consist of sand with clay strata above the tunnel crown. The measurements were obtained during the construction of twin tunnels underneath the Incheon International Airport (IIA) located in Korea. The measured surface settlement troughs are approximated with Gaussian functions. The trough width parameters i and K of the settlement troughs produced by the first and second tunnel passings are determined, along with those for the total settlement trough. The surface settlement troughs produced by the first shield passing are reasonably represented by a symmetric Gaussian curve. The surface settlement troughs induced by the second shield tunnel display marginal asymmetric shapes at selected sections. The total settlement troughs are fitted both with a shifted symmetric Gaussian function and the superposition method utilizing an asymmetric function for the incremental trough produced by the second tunnel. It is revealed that the superposition method does not always produce better fits with the total settlement. Instead, the shifted symmetric Gaussian function is overall demonstrated to provide more favorable agreements with the recordings. Therefore, the shifted symmetric Gaussian function is recommended to be used in the design for the prediction of the settlement in clays caused by twin tunneling considering the simplicity of the procedure compared with the superposition method. The amount of increase in the width parameter K for the twin tunnel relative to that for the single tunnel is quantified, which can be used for a preliminary estimate of the surface settlement in clay induced by twin shield tunnels.
Coastal sand dunes are formed by the transport and deposition of sands by wind, and play a role in conserving ecosystems and safeguarding against natural disasters. While dunes possess a self-recovering ability from erosion, the ongoing reduction in coastal zones necessitates the countermeasures of coastal sand erosion. The potential of microbially induced carbonate precipitation (MICP) technology, which enhances the ground's strength and stiffness, in increasing the erosion resistance of coastal sand dunes is explored in this study. A wind tunnel testing system was used to simulate the erosion behavior of coastal dune. Untreated and MICP-treated sands were prepared for the erosion tests. Using a 3D scanner, pre- and post-wind eroded sand surfaces were surveyed. The erosion behaviors and corresponding erodibility parameters were analyzed based on the wind tunnel testing results. The level of cementation was quantified by acid-washing the treated sands. Experimental results indicated an increase in CaCO3, strength, and erosion resistance with higher MICP treatments. This study proposed a correction coefficient to correlate the shear stress by wind with the one by water. This study confirms the potential of applying MICP technology to mitigate wind-induced erosion in coastal sand dunes.
When deformation occurs on slope reinforced with anchor, shear stress and bending stress are applied on the shear surface along the slip surface and increase of the shear deformation causes the tension force variation of the anchor. In this study, shear test was performed by measuring the tension force of the anchor by inducing shear deformation in vertical direction of the anchor using a large-scale direct shear test equipment in order to confirm the tension force variation of the anchor induced by shear deformation. The shear test was performed for 8 conditions which were classified according to the anchor reinforcement, separation distance (1D, 2D, 4D) from the shear surface to bonded part and the lateral-pressure condition (0.1 MPa, 0.2 MPa) of adjacent ground. As a result of the shear test, it was found that the separation distance and the lateral-pressure condition affect the shear force of the ground reinforced by anchor and the tension force of the anchor, and experimentally verified that the shear force variation is related to axial force variation of the anchor head and tip. Therefore, it was confirmed that the behavior of the bonded part induced by the shear deformation can be indirectly predicted by analyzing the tendency of the tension force variation of the anchor head.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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