Under large storm loads sections of a long pipeline on the seabed can be uplifted. Numerically this loss of contact is extremely difficult to simulate, but accounting for uplift and any subsequent recontact behaviour is a critical component in pipeline on-bottom stability analysis. A simple method numerically accounting for this uplift and reattachment, while utilising efficient force-resultant models, is provided in this paper. While force-resultant models use a plasticity framework to directly relate the resultant forces on a segment of pipe to the corresponding displacement, their historical development has concentrated on precisely modelling increasing capacity with penetration. In this paper, the emphasis is placed on the description of loss of penetration during uplifting, modelled by 'strain-softening' of the force-resultant yield surface. The proposed method employs uplift and reattachment criteria to determine the pipe uplift and recontact. The pipe node is allowed to become free, and therefore, the resistance to the applied hydrodynamic loads to be redistributed along the pipeline. Without these criteria, a localised failure will be produced and the numerical program will terminate due to singular stiffness matrix. The proposed approach is verified with geotechnical centrifuge results. To further demonstrate the practicability of the proposed method, a computational example of a 1245 m long pipeline subjected to a large storm in conditions typical of offshore North-West Australia is discussed.
Tafreshi, S.N. Moghaddas;Darabi, N. Joz;Dawson, A.R.
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.2
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pp.115-129
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2018
This paper presents a set of results of plate load tests that imposed incremental cyclic loading to a sandy soil bed containing multiple layers of granulated rubber-soil mixture (RSM) at large model scale. Loading and unloading cycles were applied with amplitudes incrementally increasing from 140 to 700 kPa in five steps. A thickness of the RSM layer of approximately 0.4 times the footing diameter was found to deliver the minimum total and residual settlements, irrespective of the level of applied cyclic load. Both the total and residual settlements decrease with increase in the number of RSM layers, regardless of the level of applied cyclic load, but the rate of reduction in both settlements reduces with increase in the number of RSM layers. When the thickness of the RSM layer is smaller, or larger, settlements increase and, at large thicknesses may even exceed those of untreated soil. Layers of the RSM reduced the vertical stress transferred through the foundation depth by distributing the load over a wider area. With the inclusion of RSM layers, the coefficient of elastic uniform compression decreases by a factor of around 3-4. A softer response was obtained when more RSM layers were included beneath the footing damping capacity improves appreciably when the sand bed incorporates RSM layers. Numerical modeling using "FLAC-3D" confirms that multiple RSM layers will improve the performance of a foundation under heavy loading.
At present, there are no clearly stated criteria or theories in calculating additional vertical dynamic loads that occur at the machine foundation due to vibration and reflecting them in the design at home and abroad. According to the domestic standard, although it is not a serious vibration condition, the additional dynamic load due to vibration is considered up to 100% of the static load. This is an extremely conservative design. The purpose of this study is to propose a model test method for evaluating the quantitative magnitude of additional dynamic loads that are generated at certain static loads due to vertical mechanical vibrations. As preliminary basic tests for the model tests, the test for evaluating the effects of reflective wave that may occur within a limited size soil box and the test for estimating the natural frequency of the devised model soil-foundation system were carried out. From the analysis of results for basic tests, a method to minimize the influence of the reflected wave was prepared, and the effect of the resonance of the model system was minimized during the model tests. After the basic tests, the main model tests were conducted. Through the proposed main test, the quantitative magnitude of additional dynamic loads caused by machine vibration on a shallow foundation for machine on medium dense sand foundations were evaluated. From the results of the model test, the feasibility of design applied at home and abroad was reviewed.
The dynamic behavior of the group piles supporting the superstructure in an earthquake is influenced by different complex dynamic mechanisms by the inertia force of the superstructure and the kinematic force of the ground. In an earthquake, The dynamic p-y curve is used to analyze the dynamic behavior of the pile foundation in consideration of the interaction of the ground, pile foundation, and superstructure due to the inertia force and the kinematic force. Most of the research has been conducted in order to confirm the dynamic p-y curve of the pile foundation by applying to the pile foundation installed on the single layered ground consisting of sand and clay, but the research for the multiple layered ground is insufficient. In this study, 1g shaking table tests were conducted to analyze the effect of the strata ratio of the top and bottom ground of the two layered sandy ground which has different relative densities on the dynamic behavior of group piles supporting the superstructure. The result shows that the maximum acceleration in the ground, the pile cap, and the superstructure increases as the strata ratio increases, and the location of the maximum bending moment of the pile foundation is changed. In addition, it was confirmed that the slope of the dynamic p-y curve of the pile foundation increased and decreased according to the strata ratio.
The lateral stability of bridge foundations against train moving load, emergency stopping load, earthquakes, and so on is very important for a railway bridge foundation. A borehole test is much more accurate than laboratory tests since it is possible to minimize the disturbance of ground conditions on the test site. The representative borehole test methods are Dilatometer, Pressuremeter and Lateral Load Tester, which usually provide force-resistance characteristics in elastic range. In order to estimate P-y curves using those methods, the non-linear characteristics of soil which is one of the most important characteristics of the soil cannot be obtained. Therefore, P-y curves are estimated usually using elastic modulus ($E_O$, $E_R$) of lateral pressure-deformation ratio obtained within the range of elastic behavior. Even though the pile foundation is designed using borehole tests in field to increase design accuracy, it is necessary to use a higher safety factor to improve the reliability of the design. A Large Displacement Borehole Testmeter(LDBT) is developed to measure nonlinear characteristics of the soil in this study. P-y curves can be directly achieved from the developed equipment. Comparisons between measured P-y curves the LDBT developed equipment, theoretical methods based on geotechnical investigations, and back-calculated P-y curves from field tests are shown in this paper. The research result shows that the measured P-y curves using LDBT can be properly matched with back-calculated P-y curves from filed tests by applying scale effects for sand and clay, respectively.
The time-history finite element analysis is usually used to evaluate the seismic response of shallow foundations. However, the literature lacks studies on the influence of the soil constitutive model complexity on the seismic response of shallow foundations. This study, thus, aims to fill this gap by investigating the seismic response of shallow foundation resting on dry silica sand using the linear elastic (LE) model, elastic-perfectly-plastic (EPP) model, and hardening soil with small strain stiffness (HS small) model. These models have been used because it is intended to compare the results of a soil constitutive model that accurately captures the seismic response of the soil-structure interaction problems (which is the HS small model) with simpler models (the LE and EPP models) that are routinely used by practitioners in geotechnical designs. The results showed that the LE model produces a very small seismic settlement value which is approximately equal to zero. The EPP model predicts a seismic settlement higher than that produced using the HS small model for earthquakes with a peak ground acceleration (PGA) lower than 0.25 g for a relative density of 45% and 0.40 g for a relative density of 70%. However, the HS small model predicts a seismic settlement higher than the EPP model beyond the aforementioned PGA values with the difference between both models increases as the PGA rises. The results also showed that the LE and EPP models predict similar trend and magnitude of the acceleration-time relationship directly below the foundation, which was different than that predicted using the HS small model. The results reported in this paper provide a useful benchmark for future numerical studies on the response of shallow foundations subjected to seismic shake.
Park, Sunji;Kim, Jae-Hyun;Kim, Seok-Jung;Park, Jae-Hyun;Kwak, Ki-Seok;Kim, Dong-Soo
Geomechanics and Engineering
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v.24
no.5
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pp.431-441
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2021
Rock-socketed drilled shafts are widely used to transfer the heavy loads from the superstructure especially in mountainous area. Extensive research has been done on the behavior of rock-socketed drilled shafts under compressive load. However, little attention has been paid to uplift behavior of drilled shaft in rock, which govern the overall behavior of the foundation system. In this paper, a series of centrifuge tests have been performed to investigate the uplift response of rock-socketed drilled shafts. The pull-out tests of drilled shafts installed in layered rocks having various strengths were conducted. The load-displacement response, axial load distributions in the shaft and the unit skin friction distribution under pull-out loads were investigated. The effects of the strength of rock socket on the initial stiffness, ultimate capacity and mobilization of friction of the foundation, were also examined. The results indicated that characteristics of rock-socket has a significant influence on the uplift behavior of drilled shaft. Most of the applied uplift load were carried by socketed rock when the drilled shaft was installed in the sand over rock layer, whereas substantial load was carried by both upper and lower rock layers when the drilled shaft was completely socketed into layered rock. The pattern of mobilized shaft friction and point where the maximum unit shaft friction occurred were also found to be affected by the socket condition surrounding the drilled shaft.
Kim, Yeon-Deok;Kim, Seg-Jin;Min, Byeong-Heon;Kim, Sang-Hwan
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.9
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pp.20-28
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2019
This study comparatively analyzes general walking shoes on the conical top foundation of the ground condition and the pressure distribution during walking with shoes that are currently under development. Two categories of footwear were used: general footwear and a footwear conical top foundation that is currently under development. Experiments were carried out on hard ground and sandy soil in 15 male twenties that satisfy the conditions of normal foot wearing 260 mm. The pressure during walking was measured using Techstorm's Wireless Insole System, and foot pressure was measured in 7 zones of the foot. Studies have shown different maximum forces, average pressures, and pressure distributions depending on the shoe and ground conditions. This study shows that shoes with general low pressure dispersion effects depending on the feet in hard ground and sand ground are different from shoes with the conical top foundation that is currently under development. It is expected that it will be useful for the development of shoes that can be worn in all hard ground and sandy ground by selecting various rubber materials through further research.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1991.10a
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pp.255-270
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1991
In recent years. finite element methods have been used with increasing effectiveness in analysis of displacements and stresses within soil masses. However, one of the weakest links in the analytical representations used in these methods is the models of the material behaviour. Herein is discribed a modification to the finite element methods that allows solution problems with realistic stress-strain relation for soils. A finite element program for the precision prediction of the stress distribution within foundation has been developed using the elasto-plastic Work-Hardening model. The developed program is verified by comparing the results of this study with the tested results for Sacramento river sand. The main results obtained from the numerical examples are as follows: The vertical total stress increments are insensitive to drainage and constitutive equation of materials. The horizontal total stress increments are considerably affected by the drainage and constitutive equation of materials. The maximum shear stresses are affected by the drainage only in elasto-ptastic meterirals. The excess pore water pressures and the volumetric strains not only are considerably affected by the constitutive equation of materials. but also have almost similar distribution.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2015.11a
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pp.141-142
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2015
This literature study is focused on the improvement of lightweight concrete in perspective of foaming agent. Lightweight concrete is the cured concrete as putting required amount of foaming agent to slurry which is a mixture of a certain amount of cement, sand, and water. It has lower density than general concrete, because foaming agent disintegrates numerous bubbles evenly and independently. Thus, it is capable of lightening the weight and great for sound absorption and insulation, In foreign countries, studies for structural lightweight concrete mainly of tunnel grouting and weight lightening of heavy structures are going along actively. Domestically, exterior panel and ALC blocks are alternatively used for flooring. Therefore, this research consider improvement of lightweight concrete in perspective of foaming agent with foundation study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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