Parametric studies for various site conditions by using 3d numerical model were carried out in order to estimate dynamic behavior of soil-pile-structure system in dry soil deposits. Proposed model was analyzed in time domain using FLAC3D which is commercial finite difference code to properly simulate nonlinear response of soil under strong earthquake. Mohr-Coulomb criterion was adopted as soil constitutive model. Soil nonlinearity was considered by adopting the hysteretic damping model, and an interface model which can simulate separation and slip between soil and pile was adopted. Simplified continuum modeling was used as boundary condition to reduce analysis time. Also, initial shear modulus and yield depth were appropriately determined for accurate simulation of system's nonlinear behavior. Parametric study was performed by varying weight of superstructure, pile length, pile head fixity, soil relative density with proposed numerical model. From the results of parametric study, it is identified that inertial force induced by superstructure is dominant on dynamic behavior of soil-pile-structure system and effect of kinematic force induced by soil movement was relatively small. Difference in dynamic behavior according to the pile length and pile head fixity was also numerically investigated.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.11
no.1
s.53
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pp.67-77
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2007
Site coefficients in IBC and KBC codes have some limits to predict the rational seismic responses of a structure, because they take into account only the effect of the soil amplification without the effects of the structure-soil interaction. In this study, upper and lower limits of the site coefficients are estimated through the pseudo 3-D elastic seismic response analyses of structures built on the linear or nonlinear soil layers taking Into account the effects of the structure-soil interaction. Soil characteristics of site classes of A, B and C were assumed to be linear, and those of site classes of D and E were done to be nonlinear and the Ramberg-Osgood model was used to evaluate shear modulus and damping ratio of a soil layer depending on the shear wave velocity of the soil layer, Seismic analyses were performed with 12 weak or moderate earthquake records scaled the peak acceleration to 0.1g or 0.2g and deconvoluted as earthquake records at the bedrock located at 30m deep under the outcrop. With the study results of the elastic seismic response analyses of structures, new standard response spectrum and upper and lower limits of the site coefficients of $F_{a}\;and\;F_{v}$ at the short period range and the period of 1 second are suggested including the effects of the structure-soil interaction, and new site coefficients for the KBC code are also suggested.
Kim, Seong-Hwan;Na, Seon-Hong;Han, Jin-Tae;Kim, Sung-Ryul;Sun, Chang-Guk;Kim, Myoung-Mo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.27
no.5
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pp.85-92
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2011
The dynamic behavior of piles becomes very complex due to soil-pile dynamic interaction, soil non-linearity, resonance phenomena of soil-pile system and so on. Therefore, the proper numerical simulation of the pile behavior needs much effort and calculation time. In this research, a new modeling method, which can be applied to the conventional finite difference analysis program FLAC 3D, was developed to reduce the calculation time. The soil domain in this method is divided into a near-field region and a far-field region, which is not influenced by the soil-pile dynamic interaction. Then, the ground motion of the far-field is applied to the boundaries of the near-field instead of modeling the far-field region as finite meshes. In addition, the soil non-linearity behavior is modeled by using the hysteretic damping model, which determines the soil tangent modulus as a function of shear strain and the interface element was applied to simulate the separation and slip between the soil and pile. The proposed method reduced the calculation time by as much as one third compared with a usual modeling method and maintained the accuracy of the calculated results. The calculated results by the proposed method showed a good agreement with the prototype pile behavior, which was obtained by applying a similitude law to the 1-g shaking table test results.
In order to investigate the strength characteristics of weathered granite soils in unsaturated state, the five physically different weathered granite soils and the common soil (sandy loam) were examined. The disturbed and the undisturbed material were prepared for triaxial compression test. The following conclusions were drawn from the study; 1. Dry density of the undisturbed soil samples was lower than maximum dry density determined from the compaction test and it showed the higher value at the well graded soil. 2. The failure strength of the samples decreased with the increase of moisture content of the soil and these results were highly pronounced at the common soil sample having a good cohesive property. 3. On weathered granite soils, the cohesion was lower measured and the internal friction angle highly, the decrease rate at internal friction angle with increase of moisture content of the soil was more significant than that of cohesion 4. The modulus of deformation of the samples decreased with increase of moisture content of the soil and these phenomena were highly pronounced at the weathered granite soils than common soil. 5. The failure strength of the samples increased with in crease of confining pressure and effect of confining pressure on failure strength was highly significant at the lower moisture content of the soil.
In this study, geotechnical tests including unconfined compression test were carried out to evaluate the ground improvement effect of the hardening agent, which has been developed by using inter-chemical reactions between slag, fly ash, phosphogypsum and bypass dust on the weathered granite soil and dredged marine clay. Test results show that the strength of weathered granite soil mixed with hardening agent B-2, which uses phosphogypsum as an activator, is higher than that of B-1, which uses bypass dust as an activator. Strengths of B-1 & B-2 hardening agent mixed soil show only 44%~60% of strength of OPC(Ordinary Portland Cement, OPC) mixed soil. However, since B-1 and B-2 agents are made of industrial by-products, they seem economically more effective than ordinary portland cement as well as other present hardening agents. Test results on dredged marine clay show that unconfined compression strength increases with amount of agent and curing days. Unconfined compression strength of 14% B-1 agent mixed soil increases linearly with curing days and reaches only 40% of OPC mixed soil. While unconfined compression strength of 14% B-2 agent mixed soil increases exponentially and reaches 133% of OPC mixed soil. Relationship between deformation modulus and unconfined compression strength of B-1 and B-2 mixed soil can be expressed as $E_{50}=(20{\sim}47)_{qu,28}$, which is similar with lower limit of OPC mixed dredged marine clay.
Clay or sand does not exist alone but various sizes of soil are mixed in the field. In this study, the effect of water content on large deformation of such mixed soils is studied by using soil column tests and a particle method. A soil column with 7 cm in diameter and 13 cm in height, which was made out of kaolinite with sand content of 0, 10, 25, or 50%, was tested for large deformation. Its deformation was monitored with time. While increasing its water content from 40, 60, to 80%, a total of 12 types of soil column tests were carried out. The particle method simulated their deformation with time. A maximum plastic shear modulus, which was a function of undrained shear strength and plasticity index for soils with different water contents, was associated with soil viscosity to simulate large deformation of soil column. When a sand content of soil column was constant, the deformation of soil column increased with increasing water content. When a water content of soil column was constant, large deformation occurred with increasing the sand content. The maximum deformation, which was 22 cm in diameter, was observed in the case of water content of 80% and sand content of 50%. The particle method was able to relatively well simulate such large deformation and stress change of soils.
Kim, Kyung-Suk;Lee, Sang-Rae;Park, Young-Ho;Kim, Sung-Hwan
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.28
no.7
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pp.67-75
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2012
This paper addresses the size effect of shallow foundation settlement in very dense weathered granite soil commonly encountered in bridge foundation. Load-settlement curves measured from the plate load tests of 5 different plate sizes in 2 sites were analyzed. The test results showed that the ground beneath the plate was considered not to reach the failure state and the settlement continuously increased proportionately as load increased. The result implies that settlement would govern the stability or serviceability of foundation on very dense weathered soil. The size effect is expressed as a relationship of subgrade reaction modulus to the size of plate. Compared with the previous relationships, the size effect in this result was more prominent and indicated that settlement prediction using the previous method could possibly underestimate the settlement of foundation in dense weathered granite soil.
The aim of this paper is to determine the effect of soil-structure interaction and time dependent material properties on behavior of concrete box-girder highway bridges. Two different finite element analyses, one stage and construction stage, have been carried out on Komurhan Bridge between Elazi$\breve{g}$ and Malatya province of Turkey, over Fırat River. The one stage analysis assume that structure was built in a second and material properties of structure not change under different loads and site conditions during time. However, construction stage analysis considers that construction time and time dependent material properties. The main and side spans of bridge are 135 m and 76 m, respectively. The bridge had been constructed in 3 years between 1983 and 1986 by balanced cantilever construction method. The parameters of soil-structure interaction (SSI), time dependent material properties and construction method are taken into consideration in the construction stage analysis while SSI is single parameter taking into consideration in the one stage analysis. The 3D finite element model of bridge is created the commercial program of SAP2000. Time dependent material properties are elasticity modulus, creep and shrinkage for concrete and relaxation for steel. Soft, medium, and firm soils are selected for evaluating SSI in both analyses. The results of two different finite element analyses are compared with each other. It is seen that both construction stage and SSI have a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
In this study, an influence of mixing ratio among firing oyster shell, non-firing oyster shell, magnetic separated converter steel slag and fly ash used as admixtures on strength properties of soil cement was evaluated by correlation analysis among compressive strength, deformation modulus and mixing ratio of admixtures. As a result, the strength of the specimens containing non-firing oyster shells was found to be larger than that of firing oyster shells, and it was confirmed that firing oyster shells could negatively affect the strength of soil cement specimens unlike previous studies. In addtion, there was a positive correlation between the ratio of magnetic separated converter slag and strength properties, so it is confirmed that it can be used as an admixture.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.03a
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pp.987-992
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2009
Continuous Compaction Control is a new cutting edge technique in United States, Japan and European construction market that uses an instrumented compactor to measure soil stiffness in real time usually with vehicle tracking system such as Global Navigation Satellite System (GNSS). In this study, soil stiffness was evaluated by adapting Fourier transforming technique with acceleration data obtained from accelerometers used as a continuous compaction control instrument. The soil stiffness obtained by accelerometers gave analogous results with reference results such as dry density, elastic modulus obtained from Geogauge and Light falling deflectometer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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