Shanglong Zhang;Xuansheng Cheng;Xinhai Zhou;Yue Sun
Geomechanics and Engineering
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v.32
no.2
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pp.145-157
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2023
This paper aims at investigating the face stability of large-diameter underwater shield tunnels considering seepage in soft-hard uneven strata. Using the kinematic approach of limit upper-bound analysis, the analytical solution of limit supporting pressure on the tunnel face considering seepage was obtained based on a logarithmic spiral collapsed body in uneven strata. The stability analysis method of the excavation face with different soft- and hard-stratum ratios was explored and validated. Moreover, the effects of water level and burial depth on tunnel face stability were discussed. The results show the effect of seepage on the excavation face stability can be accounted as the seepage force on the excavation face and the seepage force of pore water in instability body. When the thickness ratio of hard soil layer within the excavation face exceeds 1/6D, the interface of the soft and hard soil layer can be placed at tunnel axis during stability analysis. The reliability of the analytical solution of the limit supporting pressure is validated by numerical method and literature methods. The increase of water level causes the instability of upper soft soil layer firstly due to the higher seepage force. With the rise of burial depth, the horizontal displacement of the upper soft soil decreases and the limit supporting pressure changes little because of soil arching effect.
This study was performed to investigate the geochemical and benthic environment of three shellfish farms in Suncheon Bay during the period of September 2014 ~ April 2015. Three sampling stations were selected; St.1 is the shellfish farm of razor clam near Jangsan area. St.2 is the shellfish farm of small ark shell near Hwapo area and St.3 is the shellfish farm of razor clam near Yongdu area. Razor clam was the dominant species at St.1, small ark shell and granulated ark shell were dominant at St.2 and St.3, respectively. Granulated ark shell inhabited St.3, although it is not cultured at that station. This station's exposure to air during the ebb tide and sediment composition likely provides the appropriate habitat for granulated ark shell species. Analysis of the number of different species showed that 8 benthos species were found to be distributed at St.1, 18 species at St.2, and 13 species at St.3. Among three stations, the highest Ignition Loss (IL), Chemical Oxygen Demand (COD) and Acid Volatile Sulfide (AVS) values were obtained from the sediment at St.2. The analysis of pore water from St.2 also showed the highest values of Total Organic Carbon (TOC), ammonia ($NH_4^+$), Dissolved Inorganic Nitrogen (DIN) and phosphate ($PO_4^{3-}$). These results are related to the fact that species dominance and richness is the highest in St.2.
This numerical study is to investigate the seepage characteristics of the side of the structure in the event of leakage from the structural connection part of the drainage structure installed through the enlarged levee, and to analyze the effect of piping on the stabilization of the levee by the lateral penetration behavior. To take into account lateral seepage behavior, 2D and 3D numerical analyses were performed on the same model, and the effect of lateral seepage was analyzed to assess the validity of the numerical analysis. As a result, when leakage occurs and a lateral seepage is considered with the gate located on the riverside land, the maximum pore water pressure near the leakage point of the structure has been reduced by half compared to the normal seepage state where no leakage occurred. Excessive variation in the pore pressure was shown at the lower part of the structure, especially if lateral seepage is not considered. As a water level rises to the high water level, it shows the hydraulic gradient was larger than the critical hydraulic gradient, which will be vulnerable to long-term piping. If a gate is located in the inland and side seepage is not considered, the effect of the seepage water such as hydraulic gradient and seepage velocity is underestimated compared with the case of considering side seepage. The maximum hydraulic gradient is relatively small when lateral seepage is neglected if a gate is located in the riverside land and there was might be a risk of piping or loss of material. In addition, the period exceeding the critical hydraulic gradient was interpreted as a short time zone. As a result, it is considered that the possibility of piping can be underestimated if side seepage is ignored.
The spray-applied waterproofing membrane is installed on shotcrete or concrete surface to make impermeable layer with 3-5 mm thick for the purpose of waterproofing. This study aims to determine the internal structure of a spray-applied waterproofing membrane including pores by using X-ray CT technique. Before obtaining X-ray images of the membrane specimens, a waterproof performance test was performed on the membrane specimens with a water pressure of 500 kPa for 28 days. Results show that the movement of moisture is made through micropores. This is based on the fact that the large pores inside the membrane are not saturated and the degrees of saturation of the micropores are high. X-ray image is effective for determining the pore size distribution and whether the membrane with pores contains the water However, it is necessary to pay attention to the determination of water content, since water content may vary depending on the threshold value of X-ray image analysis applied to calculate the water content.
Oh, Woong Jin;Jung, Jae-Chil;Lee, Jung Hyun;Yeo, Jeong-gu;Lee, Da Hun;Park, Young Cheol;Kim, Hyunuk;Lee, Dong-Ho;Cho, Churl-Hee;Moon, Jong-Ho
Clean Technology
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v.24
no.3
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pp.239-248
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2018
In this study, pervaporation experiments of water, ethanol and IPA (Isopropyl alcohol) single components and water/ethanol, water/IPA mixtures were carried out using zeolite 4A membranes developed by Fine Tech Co. Ltd. Those membranes were fabricated by hydrothermal synthesis (growth in hydrothermal condition) after uniformly dispersing the zeolite seeds on the tubular alumina supports. They have a pore size of about $4{\AA}$ by ion exchange of $Na^+$ to the LTA structure with Si/Al ratio of 1.0, and shows strong hydrophilic property. Physical characteristics of prepared membranes were evaluated by using SEM (surface morphology), porosimetry (macro- or meso- pore analysis), BET (micropore analysis), and load tester (compressive strength). Pervaporation experiments with various temperature and concentration conditions confirmed that the zeolite 4A membrane can selectively separate water from ethanol and IPA. Water/ethanol separation factor was over 3,000 and water/IPA separation factor was over 1,500 (50 : 50 wt%, initial feed concentration). Pervaporation behaviors of single components and binary mixtures were predicted using ACM (activity coefficient model), GMS (generalized Maxwell Stefan) model and DGM (Dusty Gas Model). The adsorption and diffusion coefficients of the zeolite top layer were obtained by parameter estimation using GA (Genetic Algorithm, stochastic optimization method). All the calculations were carried out using MATLAB 2018a version.
Lee, Do Kyun;Kim, Sang Kyum;Hwang, Soon Cheol;Lee, Si Hyun;Rhee, Young Woo
Clean Technology
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v.21
no.1
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pp.53-61
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2015
In this study, we have investigated the kinetics on the char-CO2 catalytic gasification reaction. Thermogravimetric analysis (TGA) experiments were carried out for char-CO2 catalytic gasification of an Indonesian Kideco sub-bituminous. Na2CO3 and K2CO3 were selected as catalysts which were physically mixed with coal. The char-CO2 catalytic gasification reaction showed a rapid increase of carbon conversion rate at 850 ℃, 60 vol% CO2, and 7 wt% Na2CO3. At the isothermal conditions ranging from 750 ℃ to 900 ℃, the carbon conversion rates increased as the temperature increased. Four kinetic models for gas-solid reaction including the shrinking core model (SCM), random pore model (RPM), volumetric reaction model (VRM), and modified volumetric reaction model (MVRM) were applied to the experimental data against the measured kinetic data. The gasification kinetics were suitably described by the MVRM for the Kideco sub-bituminous. The activation energies for each char mixed with Na2CO3 and K2CO3 were found 55-71 kJ/mol and 69-87 kJ/mol.
Parial drainage characteristics of clayey silt with low plasticity from the west coast (Incheon and Hwaseong) was analyzed using CPTU based existing correlation equations and compulsory replacement method. Generally, the estimated $OCRs={\kappa}{\cdot}((q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo})$ using Powell and Quartman(1988) were higher than those obtained by the oeodometer tests. These trends were noticeable for the layers containing a lot of silty and sand soils. The assessment of partial drainage conditions was performed through Schnaid et al. (2004)'s equation; it is based on plotting the normalized cone resistance, $Q_t$ versus the pore pressure parameter, $B_q$ in combination with the strength incremental ratio, $s_u/{\sigma}^{\prime}_{vo}$ to the CPTU data. It is evident that more than half of the data fall in the range where $B_q$ < 0.3, corresponding to the domain in which the partial drainage prevails when testing normally consolidated soils at a standard rate of penetration (2 cm/s). To estimate the replacement depth of clayey silt with low plasticity, back analysis was carried out to evaluate the internal friction angle based on where the design depths are equal to the checked depths using bearing capacity equation. The internal friction angels obtained from the back analysis tended to increase as the plasticity index decreases, which is ranged approximately from ${\varphi}^{\prime}=2^{\circ}$ to ${\varphi}^{\prime}=7^{\circ}$.
During the whole month of December in 2005, Korea experienced both heavy snowfall and freezing temperature in southeast regions, which had caused frost related damages to many pavements laid on top of box culverts. In-situ observation revealed that the formation of ice lenses in subgrade and subsequent unbound layers led to upward heaving and transverse cracks in concrete and asphalt pavements. This has affected the long-term performance of pavements, as well as has threatened drivers' safety for a while. Recently, Korea Expressway Corporation has proposed a design guide to better protect newly constructed unbound pavement layers over culverts from frost heave. A trench drainage system has been selected to effectively draw off water and to alleviate pore-water pressure in soils during the coldest season. This paper presents experimental and analytical backgrounds behind this new design guide. Soil specimens retrieved from the sites are tested to quantify clay content and to estimate the permeability of subgrade. A 2-D ground seepage analysis has been conducted to better understand the changes in pore water pressures as a function of grain size. Finally, an optimum size of trench drainage is determined based on numerical analysis and workability in the field.
Catalytic supports made of carbon have many advantages, such as high coking resistance, tailorable pore and surface structures, and ease of recycling of waste catalysts. Moreover, they do not require pre-reduction. In this study, ash-free coal (AFC) was obtained by the thermal extraction of carbonaceous components from raw coal and its performance as a carbon catalytic support was compared with that of well-known activated carbon (AC). Nickel was dispersed on the carbon supports and the resulting catalysts were applied to the steam reforming of toluene (SRT), a model compound of biomass tar. Interestingly, nickel catalysts dispersed on AFC, which has a very small surface area (${\sim}0.13m^2/g$), showed higher activity than those dispersed on AC, which has a large surface area ($1,173A/cm^2$). X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the particle size of nickel deposited on AFC was smaller than that deposited on AC, with the average values on AFC ${\approx}11nm$ and on AC ${\approx}23nm$. This proved that heteroatomic functional groups in AFC, such as carboxyls, can provide ion-exchange or adsorption sites for the nano-scale dispersion of nickel. In addition, the pore structure, surface morphology, chemical composition, and chemical state of the prepared catalysts were analyzed using Brunauer-Emmett-Taylor (BET) analysis, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), x-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and temperature-programmed reduction (TPR).
In this study, we investigated the effect of temperature on specific surface area and electrochemical properties when lignin-based porous carbon (LBPC) with potassium hydroxide (KOH) is activated. After preparing LBPCs using lignin-polyacrylonitrile (PAN) copolymer, which was synthesized by graft polymerizing lignin and acrylonitrile as a precursor, activated LBPCs (KA-LBPC-6, 7, 8, 9) were manufactured by activating LBPC with KOH at 600℃, 700℃, 800℃ and 900℃. To identify the surface characteristics of KA-LBPC, observations were made with a scanning electron microscopy (SEM), and the pore characteristics were identified via specific surface area analysis. The electrochemical properties were analyzed using a three-electrode system. The experiment has shown that micropores formed by activation can be observed in SEM images. KA-LBPC-7 had the best pore characteristics among KA-LBPCs, with a specific surface area of 2480.1 m2/g, a micropore volume of 0.64 cm3/g, and a mesopore volume of 0.76 cm3/g. KA-LBPC-7 showed the best electrochemical properties with a specific capacitance of 151.3 F/g at the scan rate of 2 mV/s.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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