In this study, direct shear tests were carried out on the 30 rock joint samples in order to investigate the influence of roughness and normal stress on the shear behaviour. Joint roughness profiles were measured by use of 3D laser profiler, and then the samples were equally classified into three individual groups according to the roughness index of rock joints. Peak shear strength, residual shear strength, shear stiffness, dilation angle of rock joints were investigated in condition of five different constant normal load. Peak shear strength was increased as roughness index was increased, and the influence of roughness on strength was found to be more considerable in case of lower normal stress condition. Residual shear strength and shear stiffness were increased as roughness index and normal stress were increased. Finally dilation angle was decreased as normal stress was increased, but it was increased as roughness index was increased in the same normal stress condition.
Yin, Da W.;Chen, Shao J.;Chen, Bing;Liu, Xing Q.;Ma, Hong F.
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.5
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pp.1113-1124
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2018
Geological dynamic hazards during deep coal mining are caused by the failure of a composite system consisting of the rock and coal layers, whereas the joint in coal affects the stability of the composite system. In this paper, the compression test simulations for the rock-coal combined body with single joint in coal were conducted using $PFC^{2D}$ software and especially the effects of joint length and joint angle on strength and failure characteristics in a rock-coal combined body were analyzed. The joint length and joint angle exhibit a deterioration effect on the strength and affect the failure modes. The deterioration effect of joint length of L on the strength can be neglected with a tiny variation at ${\alpha}$ of $0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ between the loading direction and joint direction. While, the deterioration effect of L on strength are relatively large at ${\alpha}$ between $30^{\circ}$ and $60^{\circ}$. And the peak stress and peak strain decrease with the increase of L. Additionally, the deterioration effect of ${\alpha}$ on the strength becomes larger with the increase of L. With the increase of ${\alpha}$, the peak stress and peak strain first decrease and then increase, presenting "V-shaped" curves. And the peak stress and peak strain at ${\alpha}$ of $45^{\circ}$ are the smallest. Moreover, the failure mainly occurs within the coal and no apparent failure is observed for rock. At ${\alpha}$ between $30^{\circ}$ and $60^{\circ}$, the secondary shear cracks generated in or close to the joint tips, cause the structural instability failure of the combined body. Therefore, their failure models present as a shear failure along partial joint plane direction and partially cutting across the coal body or a shear failure along the joint plane direction. However, at ${\alpha}$ of $60^{\circ}$ and L of 10 mm, the "V-shaped" shear cracks cutting across the coal body cause its final failure. While crack nucleations at ${\alpha}$ of $0^{\circ}$ or $90^{\circ}$ are randomly distributed in the coal, the failure mode shows a V-shaped shear failure cutting across the coal body.
Given the yield shear of a single-story inelastic structure with simple eccentricity, the problem of strength distribution among the resisting elements is investigated, with respect to minimize its torsional response during a ground motion. Making the hypothesis that the peak accelerations, of both modes of vibration, are determined from the inelastic acceleration spectrum, and assuming further that a peak response quantity is obtained by an appropriate combination rule (square root of sum of squares-SRSS or complete quadratic combination-CQC), the first aim of this study is to present an interaction relationship between the yield shear and the maximum torque that may be developed in such systems. It is shown that this torque may be developed, with equal probability, in both directions (clockwise and anticlockwise), but as it is not concurrent with the yield shear, a rational design should be based on a combination of the yield shear with a fraction of the peak torque. The second aim is to examine the response of such model structures under characteristic ground motions. These models provide a rather small peak rotation and code provisions that are based on such principles (NBCC-1995, UBC-1994, EAK-2000, NZS-1992) are superiors to EC8 (1993) and to systems with a stiffness proportional strength distribution.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.45
no.6
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pp.162-171
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2003
Traditional methods of earth reinforcement consist of introducing strips, fabrics, or grids into an earth mass. Recently, discrete fibers are simply added and mixed with the soil, much the same as cement, lime or other additives. The advantages of randomly distributed fibers is the maintenance of strength isotropy, low decrease in post-peak shear strength and high stability at failure. In this study, new composite reinforcement structures which consist of geotextile and randomly distributed discrete fibers were examined their engineering properties, such as shear strength of the composite reinforced soil and permeability of short fiber reinforced soil. The increments of shear strength of composite reinforced soils were the sum of increments by fiber and woven geotextile, respectively. The permeability of short fiber reinforced soil was increased with fiber mixing ratio.
Xi Li;Yayan Liu;Guoping Qian;Xueqing Liu;Hao Wang;Guoqing Yin
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.2
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pp.209-219
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2023
This paper presents numerical investigations into the particle crushing effect on the shear properties of gravel under direct shear condition. A novel particle crushing model was developed based on the octahedral shear stress criterion and fragment replacement method. A series of direct shear tests were carried out on unbreakable particles and breakable particles with different strengths. The evolutions of the particle crushing, shear strength, volumetric strain behavior, and contact force fabric during shearing were analyzed. It was observed that the number of crushed particles increased with the increase of the shear displacement and axial pressure and decreased with the particle strength increasing. Moreover, the shear strength and volume dilatancy were obviously decreased with particle crushing. The shear displacement of particles starting to crush was close to that corresponding to the peak shear stress got. Besides, the shear-hardening behavior was obviously affected by the number of crushed particles. A microanalysis showed that due to particle crushing, the contact forces and anisotropy decreased. The mechanism of the particle crushing effect on the shear strength was further clarified in terms of the particle friction and interlock.
Bolted connector could be an alternative to replace the conventional welded headed stud in steel-ultra high performance concrete (UHPC) lightweight composite structures. In this paper, a novel demountable bolted shear connector, consisting of a high-strength bolt (HSB) and a specially-designed nut which is pre-embedded in a thin UHPC slab, is proposed, which may result in the quick installation and disassembly, due to the mountable, demountable and reusable features. In order to study the shear behavior of the new type of bolted shear connector, static push-out tests were conducted on five groups of the novel demountable bolted shear connector specimens and one group of conventional welded headed stud specimen for comparison. The effect of the bolt shank diameter and aspect ratio of bolt on failure mode, shear stiffness, peak slip at the steel-UHPC interface, shear strength and ductility of novel bolted connectors is investigated. Additionally, design formula for the shear strength is proposed to check the suitability for assessment of the novel demountable bolted shear connectors.
Based on the Mohr-Coulomb failure criterion, a gradient-dependent plastic model that considers the strain-softening behavior is presented in this study. Both triaxial shear tests on conventional specimen and precut-specimen, which were obtained from an ancient landslide, are performed to plot the post-peak stress-strain entire-process curves. According to the test results of the soil strength, which reduces from peak to residual strength, the Mohr-Coulomb criterion that considers strain-softening under gradient plastic theory is deduced, where strength reduction depends on the hardening parameter and the Laplacian thereof. The validity of the model is evaluated by the simulation of the results of triaxial shear test, and the computed and measured curves are consistent and independent of the adopted mesh. Finally, a progressive failure of the ancient landslide, which was triggered by slide of the toe, is simulated using this model, and the effects of the strain-softening process on the landslide stability are discussed.
Kim, Sang Yeob;Kim, YoungSeok;Lee, Jangguen;Lee, Jong-Sub
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.18
no.3
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pp.5-14
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2017
Experimental study on strength characteristics of frozen soils is necessary for the safety evaluation of design and construction in cold region. The objective of this study is to evaluate the direct shear strength of frozen soils obtained from traditional system (Type-1), system with roller on the upper shear box (Type-2), and system with fixed upper shear box separated from bottom shear box (Type-3). Specimens mixed with sand, silt, and water are frozen to $-5^{\circ}C$, and then direct shear tests are conducted under the normal stress of 5, 10, 25, and 50 kPa. Experimental results show that the upper shear box of Type-1 touches the bottom shear box due to the rotation of the upper shear box. The shear strength obtained from Type-2 is overestimated because the preventing rotation force is added to shear force. Type-3 may acquire the only strength of the specimen, and shear strain at peak shear strength is similar to that at the beginning of vertical displacement occurrence. In addition, internal friction angle and cohesion at both peak and residual stresses in Type-3 are smaller than those of Type-2. This study shows that high strength specimens including frozen soils can be effectively evaluated using improved shear box system such as Type-3.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.407-424
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2016
This study tests ten full-size simple-supported beam specimens with the high-strength reinforcing steel bars (SD685 and SD785) using the four-point loading. The measured compressive strength of the concrete is in the range of 70-100 MPa. The main variable considered in the study is the shear-span to depth ratio. Based on the experimental data that include maximum shear crack width, residual shear crack width, angle of the main crack and shear drift ratio, a simplified equation are proposed to predict the shear deformation of the high-strength reinforced concrete (HSRC) beam member. Besides the post-earthquake damage assessment, these results can also be used to build the performance-based design for HSRC structures. And using the allowable shear stress at the peak maximum shear crack width of 0.4 and 1.0 mm to suggest the design formulas that can ensure service-ability (long-term loading) and reparability (short-term loading) for shear-critical HSRC beam members.
To achieve a wide suction range, the low suction was imposed on compacted silt specimens by the axis translation technique and the high suction was imposed by the vapor equilibrium technique with saturated salt solutions. Firstly, the results of soil water retention tests on compacted silt show that the soil water retention curves in terms of gravimetric water content versus suction relation are independent of the dry density or void ratio in a high suction range. Therefore, triaxial tests on compacted silt with constant water content at high suctions can be considered as that with constant suction. Secondly, the results of triaxial shear tests on unsaturated compacted silt with the initial void ratio of about 0.75 show a strain-hardening behavior with a slightly shear contraction and then strain-softening behavior with an obviously dilation. As the imposed suction increases, the shear strength increases up to a peak value and then decreases when the suction is beyond a special value corresponding to the peak shear strength. The residual strength increases to fair value and those at high suctions are almost independent of imposed suctions. In addition, the contribution of suction to the strength of compacted silt would not diminish even in a high suction range.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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