Simplified analytical solutions are developed for the dynamic analyses of an axially loaded pile foundation embedded in a transverse-isotropic, fluid-filled, poro-visco-elastic soil with rigid substratum. The pile is modeled as a viscoelastic Rayleigh-Love rod, while the surrounding soil is regarded as a transversely isotropic, liquid-saturated, viscoelastic, porous medium of which the mechanical behavior is represented by the Boer's poroelastic media model and the fractional derivative model. Upon the separation of variables, the frequency-domain responses for the impedance function of the pile top, and the vertical displacement and the axial force along the pile shaft are gained. Then by virtue of the convolution theorem and the inverse Fourier transform, the time-domain velocity response of the pile head is derived. The presented solutions are validated, compared to the existing solution, the finite element model (FEM) results, and the field test data. Parametric analyses are made to show the effect of the soil anisotropy and the excitation frequency on the pile-soil dynamic responses.
Since water flow in the ground depends on the pore structure composed of soil grains, equations to predict the hydraulic properties based on the grain size have low accuracy. This paper presents a methodology to compute constriction-pore size distribution by Silveria's method and estimate saturated and unsaturated hydraulic properties of soils. Well-graded soil shows a uni-modal pore size distribution, and poor-graded soil does a bimodal distribution. Among theoretical models for saturated hydraulic conductivity using pore size distribution, Marshall model is well-matched with experimental results. Model formulas for soil-water characteristic curves and unsaturated hydraulic conductivity using the pore size distribution are proposed for hydraulic analysis of unsaturated soil. Continuous research is needed to select a model suitable to estimate hydraulic properties by applying the developed model formulas to various soils.
Synthetic Apreture Radar (SAR) is attracting attentions with its possibility of producing high resolution data that can be used for soil moisture estimation. High resolution soil moisture data enables more specific observation of soil moisture than existing soil moisture products from other satellites. It can also be used for studies of wildfire, landslide, and flood. The SAR based soil moisture estimation should be conducted considering vegetation, which affects backscattering signals from the SAR sensor. In this study, a SAR based soil moisture estimation at regions covered with various vegetation types on the middle area of Korea (Cropland, Grassland, Forest) is conducted. The representative backscattering model, Water Cloud Model (WCM) is used for soil moisture estimation over vegetated areas. Radar Vegetation Index (RVI) and in-situ soil moisture data are used as input factors for the model. Total 6 study areas are selected for 3 vegetation types according to land cover classification with 2 sites per each vegetation type. Soil moisture evaluation result shows that the accuracy of each site stands out in the order of grassland, forest, and cropland. Forested area shows correlation coefficient value higher than 0.5 even with the most dense vegetation, while cropland shows correlation coefficient value lower than 0.3. The proper vegetation and soil moisture conditions for SAR based soil moisture estimation are suggested through the results of the study. Future study, which utilizes additional ancillary vegetation data (vegetation height, vegetation type) is thought to be necessary.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.2
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pp.59-63
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2008
The surface runoff is one of the important components for the surface water balance. However, most Land Surface Models(LSMs), coupled to climate models at a large scale for the prediction and prevention of disasters caused by climate changes, simplistically estimate surface runoff from the soil water budget. Ignoring the role of surface flow depth on the infiltration rate causes errors in both surface and subsurface flow calculations. Therefore, for the comprehensive terrestrial water and energy cycle predictions in LSMs, a conjunctive surface-subsurface flow model at a large scale is developed by coupling a 1-D diffusion wave model for surface flow with the 3-D Volume Averaged Soil-moisture Transport(VAST) model for subsurface flow. This paper describes the new conjunctive surface-subsurface flow formulation developed for improvement of the prediction of surface runoff and spatial distribution of soil water by topography, along with basic schemes related to the terrestrial hydrologic system in Common Land Model(CLM), one of the state-of-the-art LSMs.
Natural clays exhibit features such as structural and anisotropy. In this work, a constitutive model that is able to replicate these two salient features of natural clays is presented. The proposed model is based on the classical S-CLAY1 model, where the anisotropy of the soil is captured through the initial inclination and rotation of the yield surface. To account for the structural of the soil, the compression curve of the reconstituted soil is taken as the reference. All parameters of the proposed constitutive model have clear physical meanings and can be conveniently determined from conventional triaxial tests. This proposed model has been used to simulate the behavior of soft soil in the undrained triaxial tests and the performance of Murro embankment in terms of settlement and horizontal displacements during embankment construction and consolidation stage. Results of numerical simulations using proposed model have been compared with the field measurement data. The comparisons show that the two features significantly influence the prediction results.
The main objective was to develop and assess a dynamic fate and transport model for lead in air, soil, sediment, water and vegetation. Daejeon was chosen as the study area for its relatively high contamination and emission levels. The model was assessed by comparing model predictions with measured concentrations in multi-media and atmospheric deposition flux. Given a lead concentration in air, the model could predict the concentrations in water and soil within a factor of five. Sensitivity analysis indicated that effective compartment volumes, rain intensity, scavenging ratio, run off, and foliar uptake were critical to accurate model prediction. Important implications include that restriction of air emission may be necessary in the future to protect the soil quality objective as the contamination level in soil is predicted to steadily increase at the present emission level and that direct discharge of lead into the water body was insignificant as compared to atmospheric deposition fluxes. The results strongly indicated that atmospheric emission governs the quality of the whole environment. Use of the model developed in this study would provide quantitative and integrated understanding of the cross-media characteristics and assessment of the relationships of the contamination levels among the multi-media environment.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2007.05a
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pp.454-458
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2007
Nonpoint source (NPS) pollution is a serious problem causing the degradation of soil and water quality. Concentrated overland flow is the primary transport mechanism for a large amount of NPS pollutants from hillslope areas to downslope areas in a watershed. In this study, a soil erosion model, nLS model, to identify transitional overland flow regions (i.e., ephemeral gully head areas) was developed using the kinematic wave overland flow theory. Spatial data, including digital elevation models (DEMs), soil, and landcover, were used in the GIS-based model algorithm. The model was calibrated and validated using gully head locations in a large agricultural watershed, which were identified using 1-m aerial photography. The model performance was better than two previous approaches; the overall accuracy of the nLS model was 72 % to 87 % in one calibration subwatershed and the mean overall accuracy was 75 to 89 % in four validation subwatersheds, showing that the model well predicted potential transitional erosion areas at different watersheds. However, the user accuracy in calibration and validation was still low. To improve the user accuracy and study the effects of DEM resolution, finer resolution DEMs may be preferred because DEM grid is strongly sensitive to estimating model parameters. Information gained from this study can improve assessing soil erosion process due to concentrated overland flow as well as analyze the effect of microtopographic landscapes, such as riparian buffer areas, in NPS control.
PURPOSES : This paper evaluates, using LS/DYNA-3D software, the vehicle impact performance of flexible barriers made of steel W-Beam supported by four different types of post configurations. These types include circular post, H-shape post, C-shape post, and square post. METHODS : The post-soil interaction has been investigated according to different impact angles. For this purpose, energy absorption, maximum displacements of post and rail, and occupant risk index of THIV have been compared each other. The three dimensional soil material model, instead of the conventional spring model based on Winkler and p-y curve, has been used to increase the correctness of computational model. RESULTS : It is noted the crash energy absorption has been increased with respect to the increase of impact angle. CONCLUSIONS : In particular, a post with open section(H-shape, C-shape) shows the greater crash energy absorption capability as compared with a post with closed section under the same level of impact conditions.
Luevanos-Rojas, Arnulfo;Lopez-Chavarria, Sandra;Medina-Elizondo, Manuel
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.1
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pp.51-60
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2018
The foundations are classified into shallow and deep, which have important differences: in terms of geometry, the behavior of the soil, its structural functionality, and its constructive systems. The shallow foundations may be of various types according to their function; isolated footings, combined footings, strip footings, and slabs foundation. The isolated footings are of the type rectangular, square and circular. The combined footing may be rectangular, trapezoidal or T-shaped in plan. This paper presents a new model for T-shaped combined footings to obtain the most economical contact surface on the soil (optimal dimensioning) to support an axial load and moment in two directions to each column. The new model considers the soil real pressure, i.e., the pressure varies linearly. The classical model uses the technique of test and error, i.e., a dimension is proposed, and subsequently, the equation of the biaxial bending is used to obtain the stresses acting on each vertex of the T-shaped combined footing, which must meet the conditions following: The minimum stress should be equal or greater than zero, and maximum stress must be equal or less than the allowable capacity that can withstand the soil. To illustrate the validity of the new model, numerical examples are presented to obtain the minimum area of the contact surface on the soil for T-shaped combined footings subjected to an axial load and moments in two directions applied to each column.
Peatland is distributed in China widely, and organic matters in soil frequently induce problems in the construction and maintenance of highway engineering due to the high permeability and compressibility. In this paper, a selected site of Dali-Lijiang expressway was surveyed in China. A numerical model was built to predict the settlement of the foundation of the selected section employing the soft soil creep (SSC) model in PLAXIS 8.2. The model was subsequently verified by the result of field observance. Consequently, the parameters of 17 types of soils from different regions in China with organic contents varying from 1.1-74.9% were assigned to the numerical model to study the settlement characteristics. The calculated results showed that the duration of primary consolidation and proportion of primary settlement in the total settlement decreased with increasing organic content. Two empirical equations, for total consolidation settlement and secondary settlement, were proposed using multiple linear regression based on the calculated results from the numerical models. The analysis results of the significances of certain soil parameters demonstrated that the natural compression index, secondary compression index, cohesion and friction angle have significant linear relevance with both the total settlement and secondary settlement, while the initial coefficient of permeability exerts significant influence on the secondary settlement only.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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