Monopiles, used as one foundation option for offshore wind turbines, are usually subjected to great cyclic lateral loads due to wind and wave. In this study, model pile load tests were performed using calibration chamber and three model piles with different pile lengths in order to investigate the behavior of laterally cyclic loaded piles driven into sand. Model test results show that the first loading cycle generates a bigger displacement than the following ones, and the permanent displacement of piles by one loading cycle decreases with increasing the number of cycles. 1-way cyclic loading causes the permanent displacement in the same direction as cyclic loading, whereas 2-way cyclic loading causes the permanent displacement in the reverse direction of initial loading. It is also observed that the permanent displacement of piles due to cyclic lateral loads increases with decreasing relative density of soil and with increasing the magnitude of cyclic loads. However, it is insensitive to the earth pressure ratio of soil and embedded pile length. In addition, based on the model pile load test results, equations for estimation of the permanent lateral displacement and rotation angle of piles due to 1-way cyclic lateral loads are proposed.
The friction anisotropy of shear resistance can be selectively used in geo-structures. For example, larger axially loaded deep foundation, soil nails, and tiebacks increase load carrying capacity due to induced large shear resistance while pile penetration and soil sampling produce minimal shear resistance. Previous studies confirmed direction-dependent shear resistance induced by interface between soil and surface asperity of plate inspired by geometrical shape of snake scale. The aim of this paper is to quantitatively evaluate interface friction angle with different surface asperities. Using the modified direct shear test, a total of 51 cases, which sand are prepared at the relative density of 40%, are conduced including 9 plates, two shear direction (shearing direction against the height of surface asperity is increased or decreased during shearing test), and three initial vertical stress (100 kPa, 200 kPa, 300 kPa). Experimental results show that shear stress is increased with higher height of surface asperity, shorter length of surface asperity, and the shearing direction that the height of surface asperity increases. Also, interface friction angle is decreased with larger surface asperity ratio, and shearing direction with increasing height of surface asperity produces larger interface friction angle regardless of the surface asperity ratio.
In this paper the method of estimating the bearing capacity of shallow foundation on a finite layer of sandy ground underlain by a rigid base was proposed by assessing results of the model test and the numerical analyses. For model experiments, the centrifuge tests under 1g and 20 g of gravitational levels were performed with sandy soils sampled from the field, changing the relative density of sandy soil and the ratio of thickness of sand layer (H) to the width of strip footing (B). As results of tests, bearing capacity tends to increase with the value of H/B while settlement for a given load intensity decreases. Bearing capacity also increases with relative density of the soil. In order to propose the method of estimating the bearing capacity of thin sandy layer underlain by a rigid base, values of bearing capacity factors from test results were compared with the values of modified bearing capacity factor by Mandel & Salencon (1972) considering the effect of H/B value on bearing capacity. The relation of bearing capacity factor ratio, normalizing friction angle of sandy soil, with the value of H/B was suggested so that this relation could be applied to design in the safe side. The results of numerical analyses obrained by changing the layout of footing, relative density of sandy soil and the value of H/B, were in good agreements with the suggested relation.
Park, Kiwon;Lee, Jongsub;Choi, Changho;Byun, Yonghoon
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.15
no.9
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pp.37-45
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2014
An embedded length of monopile caused by a scouring should be evaluated to monitor the stability of offshore foundations, because offshore foundations are affected by horizontal load. The objective of this study is to evaluate the scouring around offshore foundation by using electrical resistivity and to estimate ground stiffness by using shear wave tomography. The electrical resistivity profiles and shear wave tomography were measured according to the scour depth of model ground prepared with sand and cement. Several electrodes and bender elements were used to measure the electrical resistivity and shear waves, respectively. The electrode sets are attached on the monopile surface and bender elements are arranged in $7{\times}7$ arrays by using nylone frames. The electrical resistivity profiles and shear wave tomography are acquired by laboratory experiment. Maximum scour depth was estimated by electrical resistivity profiles and the ground stiffness of model ground was estimated by shear wave tomography. This study suggests that the electrical resistivity profiles and shear wave tomography may be useful for monitoring the stability of the offshore foundations.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.133-144
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2009
Incheon Bridge, 18.4 km long sea-crossing bridge, will be opened to the traffic in October 2009 and this will be the new landmark of the gearing up north-east Asia as well as the largest & longest bridge of Korea. Incheon Bridge is the integrated set of several special featured bridges including a magnificent cable-stayed girder bridge which has a main span of 800 m width to cross the navigation channel in and out of the Port of Incheon. Incheon Bridge is making an epoch of long-span bridge designs thanks to the fully application of the AASHTO LRFD (load & resistance factor design) to both the superstructures and the substructures. A state-of-the-art of the geotechnologies which were applied to the Incheon Bridge construction project is introduced. The most Large-diameter drilled shafts were penetrated into the bedrock to support the colossal superstructures. The bearing capacity and deformational characteristics of the foundations were verified through the world's largest static pile load test. 8 full-scale pilot piles were tested in both offshore site and onshore area prior to the commencement of constructions. Compressible load beyond 30,000 tonf pressed a single 3 m diameter foundation pile by means of bi-directional loading method including the Osterberg cell techniques. Detailed site investigation to characterize the subsurface properties had been carried out. Geotextile tubes, tied sheet pile walls, and trestles were utilized to overcome the very large tidal difference between ebb and flow at the foreshore site. 44 circular-cell type dolphins surround the piers near the navigation channel to protect the bridge against the collision with aberrant vessels. Each dolphin structure consists of the flat sheet piled wall and infilled aggregates to absorb the collision impact. Geo-centrifugal tests were performed to evaluate the behavior of the dolphin in the seabed and to verify the numerical model for the design. Rip-rap embankments on the seabed are expected to prevent the scouring of the foundation. Prefabricated vertical drains, sand compaction piles, deep cement mixings, horizontal natural-fiber drains, and other subsidiary methods were used to improve the soft ground for the site of abutments, toll plazas, and access roads. Light-weight backfill using EPS blocks helps to reduce the earth pressure behind the abutment on the soft ground. Some kinds of reinforced earth like as MSE using geosynthetics were utilized for the ring wall of the abutment. Soil steel bridges made of corrugated steel plates and engineered backfills were constructed for the open-cut tunnel and the culvert. Diverse experiences of advanced designs and constructions from the Incheon Bridge project have been propagated by relevant engineers and it is strongly expected that significant achievements in geotechnical engineering through this project will contribute to the national development of the longspan bridge technologies remarkably.
Kansai International Airport (KIX) was opened in September 1994. Although 26 years have passed since the completion of the first island, long-term settlement is still in progress. This settlement occurs in the Pleistocene layer. For it is not easy to determine the permeability of the Pleistocene sand layer because the thickness and the degree of fine content in the horizontal direction are constantly changing. In addition, it is also a difficult to predict the interactive behavior of the ground due to the construction of the second phase island adjacent to it. In order to solve this problem, a two-dimensional finite element analysis considering elasto-viscoplastic was performed to evaluate the long-term deformation, including the interactive behavior of the alternating Pleistocene foundation due to the construction of two adjacent reclaimed islands. In general, two-dimensional analysis can be used when a section can represent the entire sections. However, Kansai Airport is an artificial reclaimed island so two-dimensional analysis cannot solve the problem such as the stress deformation in the corners of the island. Additionally, the structure of the actual sub-ground through physical exploration is non-homogeneity and its thickness is also not constant. Therefore, there are limitations for the two-dimensional analysis to explain the phenomena. That is, three-dimensional analysis is strongly required. Due to these demands, the author extended the existing two-dimensional program capable of elasto-viscoplastic analysis to three-dimensional and completed the verification of the three-dimensional program developed through one-dimensional consolidation analysis. In order to demonstrate the validity of the developed 3D program that has been verified, an analysis is performed under the same analysis conditions as the existing research using a two-dimensional program. The effectiveness of the developed 3D numerical analysis program was demonstrated by comparing the analysis results with the 2D results and actual measurement data.
Bucket foundations are widely used in offshore areas due to their various benefits such as easy and fast installations. A bucket is installed using self-weight and the hydraulic pressure difference across the lid generated by pumping out water from inside the bucket. When buckets are installed in high permeable soil such as sands, upward seepage flow occurs around the bucket tip and interior, leading to a decrease in the effective stress in the soil inside the buckets. This process reduces the penetration resistance of buckets. However, the soil inside and outside the bucket can be disturbed due to the upward seepage flow and this can change the soil properties around the bucket. Moreover, upward seepage flow can create significant soil plug heave, thereby hindering the penetration of the bucket to the target depth. Despite of these problems, soil disturbance and soil plug heave created by suction installation are not well understood. This study aims to investigate the behavior of soil during suction installation. To comprehend the phenomena of soil plug heave during installation, a series of small-scale model tests were conducted with different testing conditions. From a series of tests, the effects of tip thickness of bucket, penetration rate, and self-weight were identified. Finally, soil properties inside the bucket after installation were approximated from the measured soil plug heave.
Seonyoung Park;Jeongwon Kang;Yonggi Jeong;Yeonje Cho
Journal of Wetlands Research
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v.25
no.4
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pp.386-393
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2023
The domestic marine healing industry is undergoing significant revitalization efforts, with a focus on understanding the efficacy and effectiveness of marine healing resources. This study establishes utilization and management standards through a detailed analysis of the active components within well-recognized marine healing mud materials. Samples of mud materials were collected from domestic tidal flats. These samples exhibited an average composition of 7.87% sand, 74.95% silt, and 17.17% clay, with a combined mud content (silt+clay)(silt+clay) consistently exceeding 90%. Notably, SiO2 emerged as the most prevalent effective ingredient at 68.4%, followed by Al2O3 (13.3%)>Fe2O3 (4.0%)>K2O (2.9%)>Na2O (2.3%)>MgO (1.6%)>CaO (1.0%)>TiO2 (0.7%), in terms of average content. Subsequently, through an analysis of effective ingredients, Si, Al, Fe, K, Na, Mg, and Ca were identified as elements demonstrating significant functionality. Among these, key indicator ingredients were selected for quality control, all of which were found to possess efficacious properties. Notably, K, Mg, and Ca exhibited particularly high concentrations. Based on these findings and referencing existing literature, it is recommended that domestic tidal flat mud resources earmarked for utilization as marine healing resources should possess a raw material mud content of no less than 70.0%. Moreover, the cumulative index components K2O+MgO+CaO should meet or exceed a threshold of 5.0% for optimal effectiveness.
The permeability of converter slag, replacing material of sand mat on improving soft clay foundation, was evaluated in the laboratory. The effects of grain size, flow water time and aging were investigated using sea and fresh water. In the case of converter slag submerged with fresh water, the coefficients of permeability in A and B samples less than 10 mm grain sizes were measured as $6.52\times10^{-2}cm\; per\; sec\; and\; 5.99\times10^{-1}/cm$ per sec respectively, while they were $1.88\times10^{-2}/cm\; per\; sec,\; 3.86\times10^{-1}/cm$ per sec respectively under sea water condition. Also, the condition of turbulent flow may exit and was experimentally identified from the relationship between hydraulic gradient and seepage velocity. After 100 days under sea water condition, the coefficients of permeability of A and B samples decreased ten times than initial values. The reduction of permeability coefficient was considered to result from the filling of voids in high-calcium quicklime(CaO).
In this paper, a compression to tensile load converter device was developed to determine the anisotropic tensile strength of concrete. The samples were made from a mixture of water, fine sand and cement, respectively. Concrete samples with a hole at its center was prepared and subjected to tensile loading using the compression to tensile load converter device. A hydraulic load cell applied compressive loading to converter device with a constant pressure of 0.02 MPa per second. Compressive loading was converted to tensile stress on the sample because of the overall test design. The samples have three different configurations related to loading axis; 0, $45^{\circ}$, $-45^{\circ}$. A series of finite element analysis were done to analyze the effect of hole diameter on stress concentration of the hole side along its horizontal axis to provide a suitable criterion for determining the real tensile strength of concrete. Concurrent with indirect tensile test, Brazilian test and three point loading test were also performed to compare the results from the three methods. Results obtained by this device were quite encouraging and show that the tensile strengths of concrete were similar in different directions because of the homogeneity of bonding between the concrete materials. Also, the indirect tensile strength was clearly lower than the Brazilian test strength and three point loading test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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