Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.2
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pp.69-80
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2013
This study evaluates the seismic performance of road tunnels designed before the provisions for seismic design of tunnels were first established in 1999. Extensive design data and site investigation reports are investigated to select tunnels sections that are considered to be most susceptible to seismically induced damage under earthquake loading. Detailed analyses are performed on selected tunnels. The methods used are method of displacement and dynamic analysis. In performing the method of displacement, which is a type of pseudo-static analysis method used for underground structures, full domain and reduced domain modeling were used. The dynamic analyses are performed using finite difference method and using nonlinear constitutive model. Comparisons show that the reduced domain method of displacement match very closely with the dynamic analysis, demonstrating that it is the most suitable method for evaluating the seismic performance of road tunnels built in rocks. It is also shown that road tunnels, for which seismic design were not applied, are safe under the seismic risks corresponding to an earthquake with a return period 1000 years. It is concluded that additional seismic retrofit of tunnels is not necessary.
In this paper, the seismic performance evaluation was performed on 100 existing open-cut power cable tunnels, including ones that did not consider seismic design, in order to verify that the government's demand level (seismic special grade, 0.22 g). The results of the seismic performance evaluation show that most of the tunnels have seismic performance of 0.3 to 1 g, satisfying the level of the seismic special grade and securing the seismic safety. Meanwhile, the earthquake response analysis and structural test were performed to verify the validity of the method and the results of the seismic performance evaluation of the tunnels by the response displacement method, and to verify their seismic safety. As a result, the relative displacement due to the response displacement method under the 0.22 g earthquake was conservative than the results of the earthquake response analysis, and the results of load-displacement curves and response modification coefficient calculation by real scale structural tests showed the safety of the tunnels.
Zhou, Binghua;Xue, Yiguo;Li, Shucai;Qiu, Daohong;Tao, Yufan;Zhang, Kai;Zhang, Xueliang;Xia, Teng
Geomechanics and Engineering
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v.22
no.4
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pp.291-303
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2020
The deformation of the rock surrounding a tunnel manifests due to the stress redistribution within the surrounding rock. By observing the deformation of the surrounding rock, we can not only determine the stability of the surrounding rock and supporting structure but also predict the future state of the surrounding rock. In this paper, we used grey system theory to analyse the factors that affect the deformation of the rock surrounding a tunnel. The results show that the 5 main influencing factors are longitudinal wave velocity, tunnel burial depth, groundwater development, surrounding rock support type and construction management level. Furthermore, we used seismic prospecting data, preliminary survey data and excavated section monitoring data to establish a neural network learning model to predict the total amount of deformation of the surrounding rock during tunnel collapse. Subsequently, the probability of a change in deformation in each predicted section was obtained by using a Bayesian method for detecting change points. Finally, through an analysis of the distribution of the change probability and a comparison with the actual situation, we deduced the survey mark at which collapse would most likely occur. Surface collapse suddenly occurred when the tunnel was excavated to this predicted distance. This work further proved that the Bayesian method can accurately detect change points for risk evaluation, enhancing the accuracy of tunnel collapse forecasting. This research provides a reference and a guide for future research on the probability analysis of tunnel collapse.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.3
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pp.287-301
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2009
The novel cut-and-cover tunnel construction method using rib-reinforced pre-cast arch segments has been recently developed and applied for practice to secure a structural stability of high covering and wide width section tunnels. Cut-and-cover tunnels are usually damaged by the seismic behavior of backfill grounds in case of a low covering condition. Seismic analyses are performed in this study to characterize the dynamic behavior of rib-reinforced pre-cast arch cut-and-cover tunnels. Seismic analyzes for 2 lane cast-in-place and rib-reinforced pre-cast arch cut-and-cover tunnels are carried out by using the commercial FDM program (FLAC2D) considering various field conditions such as the covering height embankment slope and excavation slope. It can be concluded that the amplification of seismic wave is reduced due to an increase in the structural stiffness induced by rib-reinforcement. The results show that the rib-reinforced pre-cast arch cut-and-cover tunnels are more effective against the seismic loading, compared to the cast-in-place cut-and-cover tunnels.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.1
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pp.69-76
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2017
Seismic analyses of a pile under a large rigid basement foundation embedded in the homogeneous soil layer were performed practically by a response displacement method assuming a sinusoidal wave form. However, it is hard to take into account the characteristics of a large mat foundation and a heterogeneous soil layer with the response displacement method. The response displacement method is relevant to the 2D problems for longitudinal structures such as tunnel, underground cave structure, etc., but might not be relevant with isolated foundations for building structures. In this study, seismic pile analysis by a pseudo 3D finite element method was carried out to compare numerical results with results of the response displacement method considering 3D characteristics of a foundation-soil system which is important for the building foundation analyses. Study results show that seismic analyses results of a response displacement method are similar to those of a pseudo 3D numerical method for stiff and dense soil layers, but they are too conservative for a soft soil layer inducing large soil pressures on the foundation wall and large pile displacements due to ignored foundation rigidity and resistance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.5
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pp.110-118
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2018
Due to recent earthquakes, there is a growing awareness that Korea is not a safe zone for earthquakes any more. Therefore, the review of various aspects of the seismic safety of the infrastructures are being carried out. Because of the characteristics of the underground structure buried in the ground, the electric power utility tunnels must be considered not only for the inertia and load capacity of the structure itself but also the characteristics of the surrounding soils. An extensive and accurate numerical analysis is inevitably required in order to consider the interaction with the ground, but it is difficult to apply the soil-structure interaction analyses, which generally requires high cost and extensive time, to all electric power utility tunnel structures. In this study, the major design variables including soil characteristics are considered as independent variables, and the seismic safety factor, which is the result of the numerical analysis, is considered as a dependent variable. Thus, a method is proposed to select vulnerable electric power utility tunnels with low seismic safety factor while excluding costly and time-consuming numerical analyses through the direct correlation analysis between independent and dependent variables. Equations of boundary limits were derived based on the distribution of the seismic safety factor and the cover depth and rebar amounts with high correlation relationship. Consequently, a very efficient and simple approach is proposed to select vulnerable electric power utility tunnels without intensive numerical analyses. Among the 108 electric power utility tunnels that were investigated in this paper, 30% were screened as fragile structures, and it is confirmed that the screening method is valid by checking the safety factors of the fragile structure. The approach is relatively very simple to use and easy to expand, and can be conveniently applied to additional data to be obtained in the future.
3D seismic tomography technique was assessed for applicability of developed 3D tomography algorithm based on Fresnel volume in the dam-planned area. Reconstructed 3D tomogram based on Fresnel volume and Fast Marching Method(FMM) reveals similar velocity structure to the other geotechnical survey results. With the correlation analysis between RMR data and seismic velocity information, it could provide reliable information of rock mass rate. The applicability of 3D seismic tomography was verified in this study. It would be expected to apply 3D tomography with new developed first arrival calculation and inversion algorithm to the engineering field economically.
Impact seismic wave method is a method for non-destructive testing of concrete structure using of stress wave which is propagate and reflected from internal flaws within concrete structure and external surface. In this study, we performed frequency domain method using impact seismic wave test for safety diagnosis of civil engineering structure. And reflection method which is used for one-dimensional target such as tunnel lining and transmission method are compared with each other.
The wind design of buildings is typically based on strength provisions under ultimate loads. This is unlike the ductility-based approach used in seismic design, which allows inelastic actions to take place in the structure under extreme seismic events. This research investigates the application of a similar concept in wind engineering. In seismic design, the elastic forces resulting from an extreme event of high return period are reduced by a load reduction factor chosen by the designer and accordingly a certain ductility capacity needs to be achieved by the structure. Two reasons have triggered the investigation of this ductility-based concept under wind loads. Firstly, there is a trend in the design codes to increase the return period used in wind design approaching the large return period used in seismic design. Secondly, the structure always possesses a certain level of ductility that the wind design does not benefit from. Many technical issues arise when applying a ductility-based approach under wind loads. The use of reduced design loads will lead to the design of a more flexible structure with larger natural periods. While this might be beneficial for seismic response, it is not necessarily the case for the wind response, where increasing the flexibility is expected to increase the fluctuating response. This particular issue is examined by considering a case study of a sixty-five-story high-rise building previously tested at the Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory at the University of Western Ontario using a pressure model. A three-dimensional finite element model is developed for the building. The wind pressures from the tested rigid model are applied to the finite element model and a time history dynamic analysis is conducted. The time history variation of the straining actions on various structure elements of the building are evaluated and decomposed into mean, background and fluctuating components. A reduction factor is applied to the fluctuating components and a modified time history response of the straining actions is calculated. The building components are redesigned under this set of reduced straining actions and its fundamental period is then evaluated. A new set of loads is calculated based on the modified period and is compared to the set of loads associated with the original structure. This is followed by non-linear static pushover analysis conducted individually on each shear wall module after redesigning these walls. The ductility demand of shear walls with reduced cross sections is assessed to justify the application of the load reduction factor "R".
The fundamental goal of this study is to minimize the uncertainty of the median fragility curve and to assess the structural vulnerability under earthquake excitation. Bayesian Inference with Markov Chain Monte Carlo (MCMC) simulation has been presented for efficient collapse response assessment of the independent intake water tower. The intake tower is significantly used as a diversion type of the hydropower station for maintaining power plant, reservoir and spillway tunnel. Therefore, the seismic fragility assessment of the intake tower is a pivotal component for estimating total system risk of the reservoir. In this investigation, an asymmetrical independent slender reinforced concrete structure is considered. The Bayesian Inference method provides the flexibility to integrate the prior information of collapse response data with the numerical analysis results. The preliminary information of risk data can be obtained from various sources like experiments, existing studies, and simplified linear dynamic analysis or nonlinear static analysis. The conventional lognormal model is used for plotting the fragility curve using the data from time history simulation and nonlinear static pushover analysis respectively. The Bayesian Inference approach is applied for integrating the data from both analyses with the help of MCMC simulation. The method achieves meaningful improvement of uncertainty associated with the fragility curve, and provides significant statistical and computational efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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