Present research is mainly focused on, microstructural and durability analysis of Graphene Oxide (GO) in Wollastonite (WO) induced cement mortar with silica fume. The study was conducted by evaluating the mechanical properties (compressive and flexural strength), durability properties (water absorption, sorptivity and sulphate resistance) and microstructural analysis by SEM. Cement mortar mix prepared by replacing 10% ordinary portland cement with SF was considered as the control mix. Wollastonite replacement level varied from 0 to 20% by weight of cement. The optimum replacement of wollastonite was found to be 15% and this was followed by four sets of mortar specimens with varying substitution levels of cementitious material with GO at dosage rates of 0.1%, 0.2%, 0.3% and 0.4% by weight. The results indicated that the addition of up to 15%WO and 0.3% GO improves the hydration process and increase the compressive strength and flexural strength of the mortar due to the pore volume reduction, thereby strengthening the mortar mix. The resistance to water penetration and sulphate attack of mortar mixes were generally improved with the dosage of GO in presence of 15% Wollastonite and 10% silica fume content in the mortar mix. Furthermore, FE-SEM test results showed that the WO influences the lattice framework of the cement hydration products increasing the bonding between silica fume particles and cement. The optimum mix containing 0.3% GO with 15% WO replacement exhibited extensive C-S-H formation along with a uniform densified structure indicating that calcium meta-silicate has filled the pores.
One of the main parameters that affect the design of suction caisson-supported offshore structures is uplift behavior. Pull-out of suction caissons is profoundly utilized as the offshore wind turbine foundations accompany by a tensile resistance that is a function of a complex interaction between the caisson dimensions, geometry, wall roughness, soil type, load history, pull-out rate, and many other parameters. In this paper, a parametric study using a 3-D finite element model (FEM) of a single offshore suction caisson (SOSC) surrounded by saturated soil is performed to examine the effect of some key factors on the tensile resistance of the suction bucket foundation. Among the aforementioned parameters, caisson geometry and uplift loading as well as the difference between the tensile resistance and suction pressure on the behavior of the soil-foundation system including tensile capacity are investigated. For this purpose, a full model including 3-D suction caisson, soil, and soil-structure interaction (SSI) is developed in Abaqus based on the u-p formulation accounting for soil displacement (u) and pore pressure, P.The dynamic responses of foundations are compared and validated with the known results from the literature. The paper has focused on the effect of geometry change of 3-D SOSC to present the soil-structure interaction and the tensile capacity. Different 3-D caisson models such as triangular, pentagonal, hexagonal, and octagonal are employed. It is observed that regardless of the caisson geometry, by increasing the uplift loading rate, the tensile resistance increases. More specifically, it is found that the resistance to pull-out of the cylinder is higher than the other geometries and this geometry is the optimum one for designing caissons.
Oscar H. Moreno-Torres;Cristhian Mendoza-Bolanos;Andres Salas-Montoya
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.4
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pp.449-464
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2023
Advanced nonlinear effective stress constitutive models are started to be frequently used in one-dimensional (1D) and two-dimensional (2D) site response analysis for assessment of porewater generation and liquefaction potential in soft soil deposits. The emphasis of this research is on the assessment of the implementation of this category of models at the element stage. Initially, the performance of a coupled porewater pressure (PWP) and constitutive models were evaluated employing a catalogue of 40 unidirectional cyclic simple shear tests with a variety of relative densities between 35% and 80% and effective vertical stresses between 40 and 80 kPa. The authors evaluated three coupled constitutive models (PDMY02, PM4SAND and PDMY03) using cyclic direct simple shear tests and for decide input parameters used in the model, procedures are recommended. The ability of the coupled model to capture dilation as strength is valuable because the studied models reasonably capture the cyclic performance noted in the experiments and should be utilized to conduct effective stress-based 1D and 2D site response analysis. Sandy soils may become softer and liquefy during earthquakes as a result of pore-water pressure (PWP) development, which may have an impact on seismic design and site response. The tested constitutive models are mathematically coupled with a cyclic strain-based PWP generation model and can capture small-strain stiffness and large-strain shear strength. Results show that there are minor discrepancies between measured and computed excess PWP ratios, indicating that the tested constitutive models provide reasonable estimations of PWP increase during cyclic shear (ru) and the banana shape is reproduced in a proper way indicating that dilation and shear- strain behavior is well captured by the models.
Jun Soong Lee;Ji Hun Mun;Sungwook Joo;Seung Uk Lee;Min Il Kim
Applied Chemistry for Engineering
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v.34
no.6
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pp.608-612
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2023
Nano-diamond (ND) was added during the carbon block preparation process to increase the thermal conductivity of the carbon block. Added ND controlled the generated pore of carbon block due to the volatilization of the binder pitch during the carbonization process. The ND was added to the kneading process of coke and binder pitch, and carbon blocks were prepared by pressing and carbonization. As the amount of added ND increased, the ND ratio of the carbon block increased. The added ND made a pass-way for generated gas by volatilizing the binder pitch during the carbonization process, increasing the density of the carbon block and reducing the porosity. The thermal conductivity of the carbon block was improved by increased density, lowered porosity, and the high thermal conductivity of added ND.
Geological CO2 sequestration is a global warming response technology to limit atmospheric emissions by injecting CO2 captured on a large scale into deep geological formations. The presented results concern mineralogical and hydrogeological investigations (FE-SEM, XRD, XRF, and MICP) of mudstone samples from drilling cores of the Pohang basin, which is the research area for the first demonstration-scale CO2 storage project in Korea. They aim to identify the mineral properties of the mudstone constituting the caprock and to quantitatively evaluate the hydrogeologic sealing capacity that directly affects the stability and reliability of geological CO2 storage. Mineralogical analysis showed that the mudstone samples are mainly composed of quartz, K-feldspar, plagioclase and a small amount of pyrite, calcite, clay minerals, etc. Mercury intrusion capillary pressure analysis also showed that the samples generally had uniform particle configurations and pore distribution and there was no distinct correlation between the estimated porosity and air permeability. The allowable CO2 column heights based on the estimated pore-entry pressures and breakthrough pressures were found to be significantly higher than the thickness of the targeting CO2 injection layer. These results showed that the mudstone layers in the Yeongil group, Pohang basin, Korea have sufficient sealing capacity to suppress the leakage of CO2 injected during the demonstration-scale CO2 storage project. It should be noticed, however, that the applicability of results and analyses in this study is limited by the lack of available samples. For rigorous assessment of the sealing efficiency for geological CO2 storage operations, significant efforts on collection and multi-aspect evaluation for core samples over entire caprock formations should be accompanied.
A numerical analysis was performed of the seepage from and stability of a mine waste-dump slope in Imgi, Busan, considering rainfall intensity. The 40-45° slope angle of the waste dump is relatively steep, and the depth of the waste dump down to bedrock is 7-8 m. The groundwater level was 6.6 m below the surface. Various laboratory tests on samples obtained from the waste dump were performed to determine the input data for seepage and stability analyses of the waste-dump slope during rainfall. The results of seepage analysis for various rainfall intensities using the SEEP/W program show that the wetting front moved down with increasing rainfall duration. When the rainfall intensity was > 50 mm/ hour and the duration was > 24 hours, the waste dump became fully saturated because the wetting front reached the groundwater level. The results of slope stability analysis coupled with seepage analysis using the SLOPE/W program show that the safety factor of the slope decreased as the wetting front moved down due to rainfall infiltration. After continuous rainfall for 5-6 hours, the safety factor of the slope suddenly decreased but then recovered and converged. The sudden decrease was induced by an increase in pore-water pressure and a decrease in matric suction down to a certain depth as the wetting front approached the potential sliding surface.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.16
no.1
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pp.35-43
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2016
Concrete is a representative heterogeneous material and mechanical properties of concrete are influenced by various factors. Due to the fact that pores in concrete affect determining compressive strength of concrete, studies which deal with distribution and magnitudes of pores are very important. That way, studies using picture imaging have been emerged. Studies on mechanical performance evaluation of structural lightweight foamed concrete and FEM analysis based on picture image are inadequate because lightweight foamed concrete has been researched for only non-structural. Therefore, in this study, cement paste with foaming agent to evaluate mechanical performance is made, FEM analysis with picture image is conducted and young's modulus of experiment and analysis are compared. In this study, dosage of foaming agent is determined 7 level to check pore distribution and water-binder ratio is determined 20% to progress research about structural light weight foamed concrete. Weight of unit volume is minimum at 0.8% of foaming agent dosage. However, weight of unit volume is increased over 0.8% of foaming agent dosage because of interconnection with independent pores. For FEM analysis, cement paste is photographed to use image analyzer(HF-MA C01). Consequently, the fact that Young's Modulus of experiment and FEM analysis are same is drawn by using OOF(Object Oriented Finite elements).
To study how stable the rubble mound breakwaters are, one can look to the research of wave induced seepage flow through the pores of the rubble mound. Seepage flow is generally generated by the difference between the water level around the breakwater during a typhoon. The existing stability analysis method of the rubble mound is the static analysis which simply considers the force equilibrium taking into account the horizontal force acting on the concrete block induced by a wave (calculated by Goda equation) and the vertical force induced by the weight inclusive of the concrete block, quarry run, filter, and armor layer above the slipping plane. However, this static method does not consider the wave-induced seepage flow in the rubble mound. Such seepage may decrease the stability of the rubble mound. The stability of a rubble mound breakwater under the action of seepage was studied based on the results of CFD software (OpenFOAM) and Limit Equilibrium Method (GeoStudio). The numerical analysis result showed that the seepage flow decreased the stability of the rubble mound breakwaters. The results of the numerical analyses also revealed the stability of the rubble mound was varied with time. Especially, the most critical state happened at the condition of overtopping the concrete block, acting strong uplift pressure raising along side and underneath the concrete block, and generating high pore pressure inside rubble mound due to seepage flow. Therefore, it may be necessary to conduct a dynamic analysis considering the effect of wave-induce seepage flow together with the static analysis.
Park, Mincheol;Im, Eunsang;Lee, Seokyoung;Han, Heuisoo
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.17
no.7
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pp.5-13
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2016
This research is focused on the seepage behavior of embankment which had the weak zone with big permeability. The distributed TDR (Time Domain Reflectometer) and point sensors such as settlement gauge, pore water pressuremeter, vertical total stressmeter, and FDR (Frequency Domain Reflectometer) sensor were used to measure the seepage characteristics and embankment behavior. Also, the measured data were compared to the data of 2-D and 3-D numerical analysis. The dimension of model embankment was 7 m length, 5 m width and 1.5 m height, which is composed of fine-grained sands and the water level of embankment was 1.3 m height. The seepage behavior of measuring and numerical analysis were very similar, it means that the proper sensing system can monitor the real-time safety of embankment. The result by 2-D and 3-D numerical analysis showed similar saturation processing, however in case of weak zone, the phreatic lines of 2-D showed faster movement than that of 3-D analysis, and finally they converged.
Slope collapse occurs mostly at the rainy season or thawing season in Korea. From a engineer point of view, the design criterion in recent of soil slopes during the rainfall have a conservative tendency because a slope stability is evaluated in the condition that ground water level is located in the surface. However, for the rational design of soil slopes during rainfall, the raining conditions and the unsaturated soil characteristics of soil slopes have to be considered. For the unsaturated soil characteristics of soil slopes, the laboratory tests for unsaturated soils and the seepage analyses for the raining conditions have to be performed. Due to these difficulties, a conservative design of soil slopes in the current design criterion has been carried out. In this paper, therefore, a simple design method is proposed. The method is considered to the unsaturated soil characteristics and the results of seepage analysis without numerical analysis. To verify the suggested design method, it is compared with both analysis results by current design criterion and analysis results based on the seepage analysis. Through the comparative study, it was found that the current design criterion has been excessively conservative. Hence, simple design method in this study was evaluated as the rational design for the soil slopes during rainfall.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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