In this study, stochastic responses of a cable-stayed bridge subjected to the spatially varying earthquake ground motion are investigated by the finite element method taking into account soil-structure interaction (SSI) effects. The considered bridge in the analysis is Quincy Bay-view Bridge built on the Mississippi River in between 1983-1987 in Illinois, USA. The bridge is composed of two H-shaped concrete towers, double plane fan type cables and a composite concrete-steel girder deck. In order to determine the stochastic response of the bridge, a two-dimensional lumped masses model is considered. Incoherence, wave-passage and site response effects are taken into account for the spatially varying earthquake ground motion. Depending on variation in the earthquake motion, the response values of the cable-stayed bridge supported on firm, medium and soft foundation soil are obtained, separately. The effects of SSI on the stochastic response of the cable-stayed bridge are also investigated including foundation as a rigidly capped vertical pile groups. In this approach, piles closely grouped together beneath the towers are viewed as a single equivalent upright beam. The soil-pile interaction is linearly idealized as an upright beam on Winkler foundation model which is commonly used to study the response of single piles. A sufficient number of springs on the beam should be used along the length of the piles. The springs near the surface are usually the most important to characterize the response of the piles surrounded by the soil; thus a closer spacing may be used in that region. However, in generally springs are evenly spaced at about half the diameter of the pile. The results of the stochastic analysis with and without the SSI are compared each other while the bridge is under the sway of the spatially varying earthquake ground motion. Specifically, in case of rigid towers and soft soil condition, it is pointed out that the SSI should be significantly taken into account for the design of such bridges.
This paper presents the results of a numerical investigation on the long-term behavior of geosynthetic reinforced soil abutment. The investigation was carried out aiming at identifying the governing mechanisms of the long-term deformation of geosynthetic-reinforced soil abutment subjected to sustained loads during service life. A numerical modeling strategy was first established using the Singh-Mitchell creep model and the power law model, respectively, for the backfill and the geosyntehtic reinforcement. A parametric study on the creep properties of the backfill and the geosynthetic reinforcement was then conducted. The results indicated that a geosynthetic reinforced soil structure backfilled with marginal soil may exhibit substantial long-term deformation due to the creep effects caused by both the backfill soil and the geosynthetic reinforcement, the magnitude of which depends largely on the creep properties. This paper highlights the importance of considering the creep effect on load supporting geosynthetic reinforced soil structures when the long-term serviceability requirement is of prime importance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.15
no.6
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pp.110-117
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2011
Seashore landfill projects use undersea pump dredging method for construction of airport and factory site. Coarse grain soil from the dredging is considered for use at inland. West sea shore bottom consists of primarily coarser grained silt-sand and this component contains far more percentage than is the case with East sea and South sea area. This soil shows very different characteristic at consolidation and compaction behavior. This research targets to utilize this type of dredging soil. Test specimen is from West sea (Saemangum) dredged soil landfill site. Model analysis is done for getting prediction of original soil relative density and N-value from dynamic compaction energy variance. Dynamic compaction energy is calculated for efficient foundation design.
This paper describes the results of finite element analysis (FEA), in order to investigate a characteristics of pile pullout behavior according to the conditions of the relative density and fines content in original ground. In the FEA, a boundary elements and strength reduction factors ($R_{inter}$) on pile-soil interface were applied to simulate appropriately the shear behavior at the pile-soil interface, and then the reliability of numerical analysis method was verified by comparison of FEA results and previous experimental research(You et al., 2018). In addition, a the deformation characteristics at the pile-soil interface and determination method of $R_{inter}$ value was laid out. The results showed that the FEA, based on the analytical model applied in this study simulates appropriately the characteristics of the pile-soil interface by pullout model test of pile. In order to apply the suggested $R_{inter}$ value, it is necessary to consider the condition of the relative density and the fines content in ground.
One of the main parameters that affect the design of suction caisson-supported offshore structures is uplift behavior. Pull-out of suction caissons is profoundly utilized as the offshore wind turbine foundations accompany by a tensile resistance that is a function of a complex interaction between the caisson dimensions, geometry, wall roughness, soil type, load history, pull-out rate, and many other parameters. In this paper, a parametric study using a 3-D finite element model (FEM) of a single offshore suction caisson (SOSC) surrounded by saturated soil is performed to examine the effect of some key factors on the tensile resistance of the suction bucket foundation. Among the aforementioned parameters, caisson geometry and uplift loading as well as the difference between the tensile resistance and suction pressure on the behavior of the soil-foundation system including tensile capacity are investigated. For this purpose, a full model including 3-D suction caisson, soil, and soil-structure interaction (SSI) is developed in Abaqus based on the u-p formulation accounting for soil displacement (u) and pore pressure, P.The dynamic responses of foundations are compared and validated with the known results from the literature. The paper has focused on the effect of geometry change of 3-D SOSC to present the soil-structure interaction and the tensile capacity. Different 3-D caisson models such as triangular, pentagonal, hexagonal, and octagonal are employed. It is observed that regardless of the caisson geometry, by increasing the uplift loading rate, the tensile resistance increases. More specifically, it is found that the resistance to pull-out of the cylinder is higher than the other geometries and this geometry is the optimum one for designing caissons.
Bo Min Bae;Dae Wi Jung;Dong Hyung Ryu;Jang Hyeon An;Se O Choi;Yeon Soo Kim;Yong Joo Kim
Journal of Drive and Control
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v.20
no.4
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pp.71-79
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2023
In the field of agricultural machinery, various on-field tests are conducted to measure design load for optimal design of agricultural equipment. However, field test procedures are costly and time-consuming, and there are many constraints on field soil conditions due to weather, so research on utilizing simulation to overcome these shortcomings is needed. Therefore, this study aimed to model agricultural soils using discrete element method (DEM) software. To simulate draft force, predictions are made according to travel speed and compared to field test results to validate the prediction accuracy. The measured soil properties are used for DEM modeling. In this study, the soil property measurement procedure was designed to measure the physical and mechanical properties. DEM soil model calibration was performed using a virtual vane shear test instead of the repose angle test. The DEM simulation results showed that the prediction accuracy of the draft force was within 4.8% (2.16~6.71%) when compared to the draft force measured by the field test. In addition, it was confirmed that the result was up to 72.51% more accurate than those obtained through theoretical methods for predicting draft force. This study provides useful information for the DEM soil modeling process that considers the working speed from the perspective of agricultural machinery research and it is expected to be utilized in agricultural machinery design research.
Jianbo Dai;Zewen Zhao;Jing Ma;Zhaocheng Wang;Xiangxiang Ma
Earthquakes and Structures
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v.26
no.3
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pp.239-249
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2024
A new layered shear continuum model box was developed to address the dynamic response issues of buried oil and gas pipelines under multi-point excitation. Vibration table tests were conducted to investigate the seismic response of buried pipelines and the surrounding soil under longitudinal multi-point excitation. A nonlinear model of the pipeline-soil interaction was established using ABAQUS finite element software for simulation and analysis. The seismic response characteristics of the pipeline and soil under longitudinal multi-point excitation were clarified through vibration table tests and simulation. The results showed good consistency between the simulation and tests. The acceleration of the soil and pipeline exhibited amplification effects at loading levels of 0.1 g and 0.2 g, which significantly reduced at loading levels of 0.4 g and 0.62 g. The peak acceleration increased with increasing loading levels, and the peak frequency was in the low-frequency range of 0 Hz to 10 Hz. The amplitude in the frequency range of 10 Hz to 50 Hz showed a significant decreasing trend. The displacement peak curve of the soil increased with the loading level, and the nonlinearity of the soil resulted in a slower growth rate of displacement. The strain curve of the pipeline exhibited a parabolic shape, with the strain in the middle of the pipeline about 3 to 3.5 times larger than that on both sides. This study provides an effective theoretical basis and test basis for improving the seismic resistance of buried oil and gas pipelines.
A surfactant recovery and reuse process by selective adsorption with activated carbon was proposed to reduce surfactant cost in a soil washing process. Mathematical model simulation was performed for the whole process, which consists of soil washing, soil recovery, and soil re-washing. The optimal range of surfactant dosage was $6{\sim}10$-fold critical micelle concentration in soil. The efficiency of surfactant reuse process was decreased with increasing the dosage of activated carbon. Effectiveness factor for activated carbon significantly altered the efficiency of the reuse process unlike effectiveness factor for soil. Total requirement of surfactant was reduced to 20-30% with the reuse process compared to the conventional soil washing process. The contamination of wastewater after soil washing was reduced with the reuse process. This mathematical model can be used to estimate performance of the whole process of soil washing including surfactant recovery and to obtain optimal ranges of operating conditions without extra labor-intensive experimental works.
An, Youn-Joo;Baek, Yong-Wook;Lee, Woo-Mi;Jeong, Seung-Woo;Kim, Tae-Seung
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.12
no.1
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pp.53-63
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2007
Soil risk assessment models were used to determine the goals of soil remediation and to establish the soil quality standards in developed countries. Recently, Korean Ministry of Environment prepared the guideline for soil risk assessment. Soil risk assessment model applicable to Korean situation will be needed in the near future. In this study, three models for soil risk assessment were extensively compared to suggest the fundamental components that required for the soil risk assessment in Korea. The models considered in this study were CalTOX in the United States, CLEA (Contaminated Land Exposure Assessment) in the United Kingdom, and CSOIL in the Netherlands. The major exposure routes and the intake estimation equations suitable for Korean situation were suggested. The exposure routes suggested were intake of the crops, underground water, indoor outdoor soil ingestion, dust inhalation and a volatile matter inhalation. The equations for intake estimation used in CalTOX and CSOIL seem to be applicable for the calculation of the human intake in Korea.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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