This paper investigates the effect of the width of failure and tension crack (TC) on the stability of cohesive-frictional soil slopes in three dimensions. Working analytically, the slip surface and the tension crack are considered to have spheroid and cylindrical shape respectively, although the case of tension crack having planar, vertical surface is also discussed; the latter was found to return higher safety factor values. Because at the initiation of a purely rotational slide along a spheroid surface no shear forces develop inside the failure mass, the rigid body concept is conveniently used; in this respect, the validity of the rigid body concept is discussed, whilst it is supported by comparison examples. Stability tables are given for fully drained and fully saturated slopes without TC, with non-filled TC as well as with fully-filled TC. Among the main findings is that, the width of failure corresponding to the minimum safety factor value is not always infinite, but it is affected by the triggering factor for failure (e.g., water acting as pore pressures and/or as hydrostatic force in the TC). More specifically, it was found that, when a slope is near its limit equilibrium and under the influence of a triggering factor, the minimum safety factor value corresponds to a near spherical failure mechanism, even if the triggering factor (e.g., pore-water pressures) acts uniformly along the third dimension. Moreover, it was found that, the effect of tension crack is much greater when the stability of slopes is studied in three dimensions; indeed, safety factor values comparable to the 2D case are obtained.
Three-hinge failure occurs in a jointed rock slope with a joint set parallel with slope and a conjugate joint set. Limit Equilibrium Method (LEM) and Finite Element Method (FEM) which are commonly used for slope design, are not suitable for evaluating stability against three-hinge failure, and this study performed parametric study to analyze the failure mechanism and to find influence factors causing three-hinge failure using UDEC which is a commercial two-dimensional DEM based numerical program. Numerical analyses were performed for various joint structural conditions and joint properties as well as ground water conditions. It was found that pore water pressure is the main factor triggering the three-hinge failure and the mode of failure depends on friction angle of basal joint and bedding joint set. The results obtained from this study can be used for adequate and economic footwall slope reinforcement design and construction.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.4
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pp.659-665
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2016
The limit equilibrium method (LEM) is commonly used for slope design and stability analysis because it is easy to simulate slope and requires short calculating time. However, LEM cannot adequately simulate ploughing failure in a footwall slope with a joint set dipping parallel with slope, e.g. bedding joint set. This study performed parametric study to analyze the influence factors on ploughing failure using UDEC which is a commercial two-dimensional DEM (Distinct Element Method)-based numerical program. The influence of joint structure and properties on stability of a footwall slope against ploughing failure was investigated, and the factor of safety was estimated using the shear strength reduction method. It was found that the stability of footwall slope against ploughing failure strongly relies on dip angle of conjugate joint, and the critical bedding joint spacing and the critical length of slab triggering ploughing failure are also affected by dip angle of conjugate joint. The results obtained from this study can be used for effective slope design and construction including reinforcement.
Slope failure triggered by rainfall produces severe effects on the serviceability and stability of railway, Therefore, slope stability problem is one of the major concerns on the operation of railway. In this study, the rainfall conditions triggering slopes failure adjacent to railroads are investigated and the numerical analysis approach in consideration of infiltration and limit equilibrium method based upon multiple slip surfaces are proposed. The rainfall conditions triggering slope failure are as follow: cumulative rainfall is in the range of 150~500 mm, and duration is from 3 to 24 hours. Base upon the rainfall conditions, infiltration analysis and limit equilibrium method for infinite slope condition are carried out. The depth of infinite slope is assumed as 2 m and the multiple slip surfaces modeled with 16.7 cm interval from the bottom slip surface located at the 2 m depth. The assumed bottom slip surface is the location at which factor of safety is converging. The proposed approach shows more reasonable results than the results from the general codes assuming water table at slope surface. In addition, three dimensional plot of cumulative rainfall, rainfall duration, and factor of safety shows that slope stability analysis in consideration of rainfalll must account for cumulative rainfall (rainfall duration).
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.48
no.1
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pp.71-79
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2006
In Korea, most landslides occurred during the rainy season and had a shallow failure plane parallel to the slope. For these types of rainfall-induced failures, the most important factor triggering slope unstability is decrease in the matric suction of unsaturated soils with increasing saturation depth by rainfall infiltration. The saturation depth was readily estimated using modified Green-Ampt model proposed by Chu et al. (Chu Model) at present. But Chu Model involves some problems for application, because water-redistribution phenomena were not effected. So the modified Chu Model (MCGAM) which reflect water redistribution phono mens was developed. The results showed that the MCGAM had a better agreement with measured volumetric water contents than existing Chu Model.
Kim, Sang-Hoon;Kim, Seong-Pil;Son, Young-Hwan;Heo, Joon;Chang, Pyoung-Wuck
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.49
no.1
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pp.57-65
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2007
In Korea, most landslides occurr during the rainy season and have shallow failure planes parallel to the slope. For these types of rainfall-induced failures, the most important factor triggering slope unstability is decrease in the matric suction of unsaturated soils with increasing saturation depth by rainfall infiltration. For this reason, estimation of cumulative infiltration has a significance. In this study, infiltration rate and cumulative infiltration are estimated by using both Mein & Larson model based on Green-Ampt infiltration model and using modified Mein & Larson model to which unsteady rainfall is applied. According to the results, the modified model is more reasonable than Mein & Larson method itself in estimation of infiltration rate and saturation depth because of considering real pending condition.
Tran, The Viet;Trinh, Minh Thu;Lee, Giha;Oh, Sewook;Nguyen, Thi Hai Van
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.16
no.4
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pp.23-32
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2015
This paper addresses the effects of extreme rainfall on the stability of cut slopes in Yen Bai city, Northern Viet Nam. In this area, natural slopes are excavated to create places for infrastructures and buildings. Cut slopes are usually made without proper site investigations; the design is mostly based on experience. In recent years, many slope failures have occurred along these cuts especially in rainy seasons, resulting in properties damaged and loss of lives. To explain the reason that slope failure often happens during rainy seasons, this research analyzed the influence of extreme rainfalls, initial ground conditions, and soil permeability on the changes of pore water pressure within the typical slope, thereafter determining the impact of these changes on the slope stability factor of safety. The extreme rainfalls were selected based on all of the rainfalls triggering landslide events that have occurred over the period from 1960 to 2009. The factor of safety (FS) was calculated using Bishop's simplified method. The results show that when the maximum infiltration capacity of the slope top soil is less than the rainfall intensity, slope failures may occur 14 hours after the rain starts. And when this happens, the rainfall duration is the deciding factor that affects the slope FS values. In short, cut slopes in Yen Bai may be stable in normal conditions after the excavation, but under the influence of tropical rain storms, their stability is always questionable.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.88-91
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2002
The two dimensional size effect of specimen gauge section (length x width) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 [45/-45/0/90]3s, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a 30$\times$30, 50$\times$50, 70$\times$70, and 90mm$\times$90mm gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
Khan, Fasih A.;Khan, Sajjad W.;Shahzada, Khan;Ahmad, Naveed;Rizwan, Muhammad;Fahim, Muhammad;Rashid, Muhammad
Earthquakes and Structures
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v.23
no.1
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pp.23-34
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2022
This paper presents experimental studies on reinforced concrete moment resisting frames that have engineered cementitious composite (ECC) in plastic hinge length (PHL) of beam/column members and beam-column joints. A two-story frame structure reduced by a 1:3 scale was further tested through a shake-table (seismic simulator) using multiple levels of simulated earthquake motions. One model conformed to all the ACI-318 requirements for IMRF, whereas the second model used lower-strength concrete in the beam/column members outside PHL. The acceleration time history of the 1994 Northridge earthquake was selected and scaled to multiple levels for shake-table testing. This study reports the observed damage mechanism, lateral strength-displacement capacity curve, and the computed response parameters for each model. The tests verified that nonlinearity remained confined to beam/column ends, i.e., member joint interface. Calculated response modification factors were 11.6 and 9.6 for the code-conforming and concrete strength deficient models. Results show that the RC-ECC frame's performance in design-based and maximum considered earthquakes; without exceeding maximum permissible drift under design-base earthquake motions and not triggering any unstable mode of damage/failure under maximum considered earthquakes. This research also indicates that the introduction of ECC in PHL of the beam/column members' detailing may be relaxed for the IMRF structures.
The two dimensional size effect of specimen gauge section ($length{\;}{\times}{\;}width$) was investigated on the compressive behavior of a T300/924 $\textrm{[}45/-45/0/90\textrm{]}_{3s}$, carbon fiber-epoxy laminate. A modified ICSTM compression test fixture was used together with an anti-buckling device to test 3mm thick specimens with a $30mm{\;}{\times}{\;}30mm,{\;}50mm{\;}{\times}{\;}50mm,{\;}70mm{\;}{\times}{\;}70mm{\;}and{\;}90mm{\;}{\times}{\;}90mm$ gauge length by width section. In all cases failure was sudden and occurred mainly within the gauge length. Post failure examination suggests that $0^{\circ}$ fiber microbuckling is the critical damage mechanism that causes final failure. This is the matrix dominated failure mode and its triggering depends very much on initial fiber waviness. It is suggested that manufacturing process and quality may play a significant role in determining the compressive strength. When the anti-buckling device was used on specimens, it was showed that the compressive strength with the device was slightly greater than that without the device due to surface friction between the specimen and the device by pretoque in bolts of the device. In the analysis result on influence of the anti-buckling device using the finite element method, it was found that the compressive strength with the anti-buckling device by loaded bolts was about 7% higher than actual compressive strength. Additionally, compressive tests on specimen with an open hole were performed. The local stress concentration arising from the hole dominates the strength of the laminate rather than the stresses in the bulk of the material. It is observed that the remote failure stress decreases with increasing hole size and specimen width but is generally well above the value one might predict from the elastic stress concentration factor. This suggests that the material is not ideally brittle and some stress relief occurs around the hole. X-ray radiography reveals that damage in the form of fiber microbuckling and delamination initiates at the edge of the hole at approximately 80% of the failure load and extends stably under increasing load before becoming unstable at a critical length of 2-3mm (depends on specimen geometry). This damage growth and failure are analysed by a linear cohesive zone model. Using the independently measured laminate parameters of unnotched compressive strength and in-plane fracture toughness the model predicts successfully the notched strength as a function of hole size and width.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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