Arasan, Seracettin;Akbulut, Rahim Kagan;Isik, Fatih;Bagherinia, Majid;Zaimoglu, Ahmet Sahin
Geomechanics and Engineering
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v.10
no.1
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pp.95-107
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2016
Deep soil mixing with cement and cement-lime mixtures has been widely used for decades to improve the strength of soils. In this study, small-scale laboratory model tests of polymer columns in soft clayey soil were conducted to evaluate the feasibility of using various polymeric compounds as binders in deep soil mixing. Floating and end bearing polymer columns were used to examine the load-settlement relationship of improved soft clayey soils for various area replacement ratios. The results indicate that polymer columns show good promise for use in deep mixing applications.
This study aims to simulate the stabilization process of fibrous peat samples using end-bearing Cement Deep Mixing (CDM) columns by three area improvement ratios of 13.1% (TS-2), 19.6% (TS-3) and 26.2% (TS-3). It also focuses on the determination of approximate stress distribution between CDM columns and untreated fibrous peat soil. First, fibrous peat samples were mechanically stabilized using CDM columns of different area improvement ratio. Further, the ultimate bearing capacity of a rectangular foundation rested on the stabilized peat was calculated in stress-controlled condition. Then, this process was simulated via a FEM-based model using Plaxis 3-D foundation and the numerical modelling results were compared with experimental findings. In the numerical modelling stage, the behaviour of fibrous peat was simulated based on hardening soil (HS) model and Mohr-Coulomb (MC) model, while embedded pile element was utilized for CDM columns. The results indicated that in case of untreated peat HS model could predict the behaviour of fibrous peat better than MC model. The comparison between experimental and numerical investigations showed that the stress distribution between soil (S) and CDM columns (C) were 81%C-19%S (TS-2), 83%C-17%S (TS-3) and 89%C-11%S (TS-4), respectively. This implies that when the area improvement ratio is increased, the share of the CDM columns from final load was increased. Finally, the calculated bearing capacity factors were compared with results on the account of empirical design methods.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.957-962
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2010
Foundation systems in urban sites are often necessary to be constructed with little vibrations and displacements to surroundings. In order to assess applicability of a new foundation system for urban sites based on soil-cement mixing technique, vibrations and displacements induced by soil-cement construction process is evaluated. Soil-cement columns were constructed to reinforce soft ground near an old masonry wall in an urban redevelopment site, and the vibrations and displacements of the old masonry wall during construction were measured. Results indicate that the vibrations and displacements induced by soil-cement construction were little and not critical to the stability of the masonry wall.
Dehghanbanadaki, Ali;Rashid, Ahmad Safuan A.;Ahmad, Kamarudin;Yunus, Nor Zurairahetty Mohd;Said, Khairun Nissa Mat
Geomechanics and Engineering
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v.28
no.4
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pp.385-396
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2022
The accurate determination of the subgrade reaction modulus (Ks) of soil is an important factor for geotechnical engineers. This study estimated the Ks of soft soil improved with floating deep cement mixing (DCM) columns. A novel prediction model was developed that emphasizes the accuracy of identifying the most significant parameters of Ks. Several multi-layer perceptron (MLP) models that were trained using the Levenberg Marquardt (LM) backpropagation method were developed to estimate Ks. The models were trained using a reliable database containing the results of 36 physical modelling tests. The input parameters were the undrained shear strength of the DCM columns, undrained shear strength of soft soil, area improvement ratio and length-to-diameter ratio of the DCM columns. Grey wolf optimization (GWO) was coupled with the MLPs to improve the performance indices of the MLPs. Sensitivity tests were carried out to determine the importance of the input parameters for prediction of Ks. The results showed that both the MLP-LM and MLP-GWO methods showed high ability to predict Ks. However, it was shown that MLP-GWO (R = 0.9917, MSE = 0.28 (MN/m2/m)) performed better than MLP-LM (R =0.9126, MSE =6.1916 (MN/m2/m)). This proves the greater reliability of the proposed hybrid model of MLP-GWO in approximating the subgrade reaction modulus of soft soil improved with floating DCM columns. The results revealed that the undrained shear strength of the soil was the most effective factor for estimation of Ks.
Researches have been done to discover ways to strengthen peat soil deposits. In this model study, fibrous peat that is the most compressible types of peat has been reinforced with precast peat columns stabilized with ordinary Portland cement and polypropylene fibres. Rowe cell consolidation tests as well as plate load tests (PLTs) were conducted on various types of test samples to evaluate the strength and deformation of untreated peat and peat reinforced by various types of columns. PLTs were conducted in a specially designed and fabricated circular steel test tank. The compression index ($C_c$) and recompression index ($C_r$) of fibrous peat samples reduced considerably upon use of precast columns. Also, PLT results confirmed the results obtained from Rowe cell tests. Use of polypropylene fibres added to cement further decreased ($C_c$) and ($C_r$) and increased load bearing capacity of untreated peat. Finite element method (FEM) using Plaxis 3D was carried out to evaluate the stress distributions along various types of tested samples and also, to compare the deformations obtained from FEM analysis with the actual maximum deformations found from PLTs. FEM results indicate that most of the induced stresses are taken on the upper portion of tested samples and reach their maximum values below the loading plate. Also, a close agreement was found between actual deformation values obtained from PLTs and values resulted from FEM analysis for various types of tested samples.
DCM (Deep Cement Mixing Method) has been applied to build structures such as self-supported earth retaining walls. DCM columns should be penetrability into the stiff layer to assure the self-supporting ability. On the penetration increase of blade attached to the DCM mixing tools, a spiral mixing blade has been revised. Penetration characteristics of spiral blades in the stiff soil layer were evaluated through Gimhae and Incheon areas. The spiral mixing blades could penetrate into the stiff soil layers which have the N-value of greater than 30 although the penetration rate is somewhat slow. Penetration characteristics and economical efficiency should be discussed to determine the critical depth of the spiral mixing blade because the penetration efficiency can decrease in the stiff layer in this paper.
Plasma blasting which is generated by high voltage arc discharge of electricity is applied to soil mass to improve permeability of soil and cleaning efficiency of oil contamination. A new high voltage generator was manufactured and three types of soil including silty sand, silty sand mixed with lime and silty sand mixed with cement were prepared. Small and large soil columns were produced using these types of soil and plasma blasting was performed within soil columns to investigate the variation of soil volume penetrated by fluid and permeability. Soil volume penetrated by fluid increased by 11~71% when plasma blasting was applied in soil. Although plasma blasting with low electricity voltage induced horizontal fracture and fluid penetrated along this weak plane, plasma blasting with high voltage induced spherical penetration of fluid. Plasma blasting increased the permeability of soil. Permeabilty of soils mixed with lime and cement increased by 450~1,052% with plasma blasting. Permeability of soil increased as discharge voltage increased when plasma blasing was applied once. However, several blastings with the same discharge voltage increase or decrease permeability of soil. Oil contaminated soil was prepared by adding diesel into soil artificially and plasma blasting was performed in these oil contaminated soil. Cleaning efficiency increased by average of 393% for soil located nearby the blasting and by average of 239% for soil located far from the blasting. Cleaning efficiency did not show any correlation with discharge voltage. All these results indicated that plasma blasting might be used for in-situ cleaning of oil contaminated soil because plasma blasting increased permeability of soil and cleaning efficiency.
The authors selected the modified soil method, and then performed the geotechnical and environmental laboratory test, and evaluated whether the modified soil liner could be accepted as a barrier layer in landfill. Unlike the results of the natural soil(CL), those of the hydraulic conductivity test of stabilized soil met the standard value. According to these results, the optimal mixing ratio of a mixture(cement : bentonite : stabilizing agent) was 90 : 60 : 1 with mass ratio(kg) for 1㎥ with soil, and it was possible to use poor quality bentonite. B\circled2 because of a little difference from results with high quality bentonite. B\circled1. The Cation Exchange Capacity(CEC) of the modified soil was increased about 1.5 times compared with the natural soil; however. the change of CEC with a sort of additives was not detected. In order to observe the change of the chemical components and crystal structures, the natural and the modified soils with the sorts of additives were measured by the XRF(X-Ray Flourescence Spectrometer) and SEM, but there was no significant change. The artificial leachate with the heavy meals ($Pb^{2+}$ , $Cu^{2+}$, $Cd^{2+}$ Zn$^{2+}$ 100mg/L) was passed through the natural soil and modified soils in columns. In the natural soil, Cd$^{2+}$ and $Zn^{2+}$ were identified, simultaneously the pH of outflow was lower, and then came to the breakthrough point. The removal efficiency of the natural soil was showed in order of following : $Pb^{2+}$ ≒$Cu^{2+}$ > $Zn^{2+}$ > $Cd^{2+}$ On the other hand, modified soils were not showed the breakthrough condition like the result of the natural soil. The modified soil with the lower quality bentonite, B\circled2(column3) was more stable with respect to chemical attack than that with the higher bentonite, B\circled1(column2) because the change range of outflow pH in columns was less than that of outflow pH in column2. In addition, the case of adding the stabilizing agent(column4) was markedly showed the phenomena.ena.
In designing a 300 meter high skyscraper expected to be the tallest building in Japan, an earthquake-ridden country, we launched on the full-scale performance based design to ensure redundancy and establish new specifications using below new techniques. The following new techniques are applied because the existing techniques/materials are not enough to meet the established design criteria for the large-scale, irregularly-shaped building, and earth-conscious material saving and construction streamlining for reconstructing a station building are also required: ${\bullet}$ High strength materials: Concrete filled steel tube ("CFT") columns made of high-strength concrete and steels; ${\bullet}$ New joint system: Combination of outer diaphragm and aluminium spray jointing; ${\bullet}$ Various dampers including corrugated steel-plate walls, rotational friction dampers, oil dampers, and inverted-pendulum adaptive tuned mass damper (ATMD): Installed as appropriate; and ${\bullet}$ Foundation system: Piled raft foundation, soil cement earth-retaining wall construction, and beer bottle shaped high-strength CFT piles.
This study proposes and demonstrates a smart monitoring system that uses transmission lines embedded in a reinforced concrete structure to detect the presence of defects through changes in the electromagnetic waves generated and measured by a time-domain reflectometer. Laboratory experiments were first conducted to identify the presence of voids in steel-concrete composite columns. The results indicated that voids in the concrete caused a positive signal reflection, and the amplitude of this signal decreased as the water content of the soil in the void increased. Multiple voids resulted in a decrease in the amplitude of the signal reflected at each void, effectively identifying their presence despite amplitude reduction. Furthermore, the electromagnetic wave velocity increased when voids were present, decreased as the water content of the soil in the voids increased, and increased with the water-cement ratio and curing time. Field experiments were then conducted using bored piles with on-center (sound) and off-center (defective) steel-reinforcement cage alignments. The results indicated that the signal amplitude in the defective pile section, where the off-center cage was poorly covered with concrete, was greater than that in the pile sections where the cage was completely covered with concrete. The crosshole sonic logging results for the same defective bored pile failed to identify an off-center cage alignment defect. Therefore, this study demonstrates that electromagnetic waves can be a useful tool for monitoring the health and integrity of reinforced concrete structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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