This paper studied the subgrade spring stiffness and its influencing factors in the seismic deformation method of circular tunnel. Numerical calculations are performed for 3 influencing factors: stratum stiffness, tunnel diameter and burial depth. The results show that the stratum stiffness and tunnel diameter have great influence on the subgrade spring stiffness. The subgrade spring stiffness increases linearly with stratum stiffness increasement, and decreases with the tunnel diameter increasement. When the burial depth ratio (burial depth/tunnel diameter) exceeds to 5, the subgrade spring stiffness has little sensitivity to the burial depth. Then, a proposed formula of subgrade spring stiffness for the seismic deformation method of circular tunnel is proposed. Meanwhile, the internal force results of the seismic deformation method are larger than that of the dynamic time history method, but the internal force distributions of the two methods are consistent, that is, the structure exhibits elliptical deformation with the largest internal force at the conjugate 45° position of the circular tunnel. Therefore, the seismic deformation method based on the proposed formula can effectively reflect the deformation and internal force characteristics of the tunnel and has good applicability in engineering practice.
Nowadays, more and more subway tunnels were planed and constructed underneath the ground of urban cities to relieve the congested traffic. Potential damage may occur in existing tunnel if the new tunnel is constructed too close. So far, previous studies mainly focused on the tunnel-tunnel interactions with circular shape. The difference between circular and horseshoe shaped tunnel in terms of deformation mechanism is not fully investigated. In this study, three-dimensional numerical parametric studies were carried out to explore the effect of different tunnel shapes on the complicated tunnel-tunnel interaction problem. Parameters considered include volume loss, tunnel stiffness and relative density. It is found that the value of volume loss play the most important role in the multi-tunnel interactions. For a typical condition in this study, the maximum invert settlement and gradient along longitudinal direction of horseshoe shaped tunnel was 50% and 96% larger than those in circular case, respectively. This is because of the larger vertical soil displacement underneath existing tunnel. Due to the discontinuous hoop axial stress in horseshoe shaped tunnel, significant shear stress was mobilized around the axillary angles. This resulted in substantial bending moment at the bottom plate and side walls of horseshoe shaped tunnel. Consequently, vertical elongation and horizontal compression in circular existing tunnel were 45% and 33% smaller than those in horseshoe case (at monitored section X/D = 0), which in latter case was mainly attributed to the bending induced deflection. The radial deformation stiffness of circular tunnel is more sensitive to the Young's modulus compared with horseshoe shaped tunnel. This is because of that circular tunnel resisted the radial deformation mainly by its hoop axial stress while horseshoe shaped tunnel do so mainly by its flexural rigidity. In addition, the reduction of soil stiffness beneath the circular tunnel was larger than that in horseshoe shaped tunnel at each level of relative density, indicating that large portion of tunneling effect were undertaken by the ground itself in circular tunnel case.
In this study, wish to analyze effect that affect on each tunnel (right and left tunnel) according as proceeding of leading tunnel (right tunnel), following tunnel (left tunnel) and pilot tunnel excavation through behavior of tunnel and surrounding base by model tests. And stress-transfer mechanism that occurs from in-situ loosing area and arching effect by difference of stiffness ratio and overburden heights were verified experimentally. The model tests were carried out by varying the stiffness of reinforced area and overburden height, measured deformation of tunnel and displacement of surrounding base. The model tests followed exactly the real 2-Arch tunnel construction stages.
Shi, Jiangwei;Wang, Jinpu;Ji, Xiaojia;Liu, Huaqiang;Lu, Hu
Geomechanics and Engineering
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v.30
no.4
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pp.383-392
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2022
Although pipelines are composed of segmental tubes commonly connected by rubber gasket or push-in joints, current studies mainly simplified pipelines as continuous structures. Effects of joints on three-dimensional deformation mechanisms of existing pipelines due to tunnel excavation are not fully understood. By conducting three-dimensional numerical analyses, effects of pipeline burial depth, tunnel burial depth, volume loss, pipeline stiffness and joint stiffness on bending strain and joint rotation of existing pipelines are explored. By increasing pipeline burial depth or decreasing tunnel cover depth, tunneling-induced pipeline deformations are substantially increased. As tunnel volume loss varies from 0.5% to 3%, the maximum bending strains and joint rotation angles of discontinuous pipelines increase by 1.08 and 9.20 times, respectively. By increasing flexural stiffness of pipe segment, a dramatic increase in the maximum joint rotation angles is observed in discontinuous pipelines. Thus, the safety of existing discontinuous pipelines due to tunnel excavation is controlled by joint rotation rather than bending strain. By increasing joint stiffness ratio from 0.0 (i.e., completely flexible joints) to 1.0 (i.e., continuous pipelines), tunneling-induced maximum pipeline settlements decrease by 22.8%-34.7%. If a jointed pipeline is simplified as a continuous structure, tunneling-induced settlement is thus underestimated, but bending strain is grossly overestimated. Thus, joints should be directly simulated in the analysis of tunnel-soil-pipeline interaction.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.4
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pp.657-669
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2018
In recent years, the development of complex urban areas has become saturated and much attention has been focused on the development of underground space, and deep excavation is frequently performed in order to increase the utilization of underground space due to the enlargement of buildings and the high rise of buildings. Therefore, in this study, we tried to understand the behavior of the braced wall and the behavior of the tunnel adjacent to the wall according to the stiffness of the wall and the distance between the tunnel and wall. As a result of the study, the deformation of the braced wall tended to decrease with increasing the stiffness of the wall, and the axial force acting on the struts was also different according to the stiffness of braced wall. When the stiffness of the braced wall is small (2 mm), the point at which the axial force of the braces maximizes is near 0.3H of the wall. When the stiffness of the braced wall is large (5 mm), the axial force is maximum at around 0.7H of the wall. Also, the tunnel convergence occurred more clearly when the separation distance from the braced wall was closer, the stiffness of the wall was smaller, and the tunnel convergence was concentrated to the lower right part. The ground settlement due to the excavation of the ground tended to decrease as the distance between tunnel and braced wall was closer to that of the tunnel, which is considered to be influenced by the stiffness of the tunnel.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1991.10a
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pp.152-165
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1991
Elasto-plastic and Visco-elastic sytress analyses were conducted for standard cross-section of subway tunnel in Seoul . Considering the procedure of excavation and reinforcement, excavated region was divided to multiple elements. And the progress of tunnel is simulated to be the removal of a series of layerd elements by means of diminishing the stiffness of the portion progressively. Another method is to be free of stress due to excavation instead of stiffness. In the analysis multiple element method was conducted with ADINA program, the stiffness removal method was adopted . For the same model, stress release method was carried out with Visco-Elastic Analysis program developed in Rock mechanics laboratory, Seoul National University(SNU-VBA) . When upper tunnel excavated, displacements in roof were same for two results, but when bottom tunnel removed completely , displacement changes of rock in the stress release method exhibited very small amount compared with stiffness removal method.
Seok-Jun Kang;Minhyeong Lee;Jun-Beom An;Dong-Hyuk Lee;Gye-Chun Cho
Geomechanics and Engineering
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v.33
no.1
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pp.101-112
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2023
When a submerged floating tunnel is connected to the ground, there is a risk of stress concentration at the shore connection owing to the displacement imbalance caused by low confinement pressures in water and high confinement pressures in the ground. Here, the effects of the boundary condition and stiffness of the joints installed at the shore connection on the behaviors of a submerged floating tunnel and its shore connection were analyzed using a numerical method. The analysis results obtained with fixed and ground boundaries were similar due to the high stiffness of the ground boundary. However, the stability of the shore connection was found to be improved with the ground boundary as a small displacement was allowed at the boundary. The effect of the joint stiffness was evaluated by investigating the dynamic behavior of the submerged floating tunnel, the magnitude of the load acting on the bored tunnel, and the stress distribution at the shore connection. A lower joint stiffness was found to correspond to more effective relief of the stress concentration at the shore connection. However, it was confirmed that joints with low stiffness also increase the submerged floating tunnel displacement and decrease the frequency of the dynamic behavior, causing a risk of increased resonance when wave loads with low frequency are applied. Therefore, it is necessary to derive the optimal joint stiffness that can achieve both stress concentration relief and resonance prevention during the design of shore connections to secure their dynamic stability.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.445-456
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2005
The research concentrates on improving the in-hole seismic probe, which has been developed in past five years, to be used in stiffness measurements of tunnel-face materials. The probe was down-sized to be fit in 45-mm diameter holes(or BX) drilled by a jumbo-drill, which is used to drill holes to install explosives for tunneling. Also trigger system was improved by using a down-speeding motor for operating convenience and air packing system was replaced with a set of plate-springs to eliminate supply of compressed air. These modifications are to adjust the probe for the unfavourable environment inside of tunnels and to test without any further drilling cost. The probe and testing procedure were successfully adopted with horizontal holes drilled by a jumbo-drill at a tunnel-face to evaluate the stiffness of rock mass. The measured shear wave velocities can be used to estimate deformation properties of rock mass for tunnel analyses.
Shield tunnel having circular section located in the soil or soft rock layer is liable to deform in such a way that its two diagonal diameters crossing each other expand and contract alternately during earthquakes. Based on this knowledge, the ground-tunnel interaction effect for this particular vibration mode is investigated. The ground surrounding a tunnel is assumed to be a homogeneous elastic medium. The bonded boundary condition on the ground-tunnel interface is considered. This suggests a firm bond between the ground and the tunnel lining. As Poisson's ratio and stiffness of the ground increases, the strain induced within the tunnel lining increases.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.5
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pp.389-397
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2010
This paper presents the effects of the tunnel stability using rebar steel pipe which is the steel pipe reinforced by rebar. In order to carry out this research, not only the theoretical and experimental study for bending stiffness of normal steel pipes and rebar steel pipes but also numerical analysis of tunnel stability are performed. It is clearly found from the results that 65% of bending stiffness of the rebar steel pipe is larger than that of the normal steel pipe. The results obtained from the numerical analysis of tunnel stability show that about 10% of tunnel stability is increased in case of the rebar steel pipe. The rebar steel pipe, therefore, may be very useful to develope the tunnel stability economically.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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