Mukhtiar Ali Soomro;Naeem Mangi;Dildar Ali Mangnejo;Zongyu Zhang
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.6
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pp.603-615
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2023
Population growth and urbanization prompted engineers to propose more sophisticated and efficient transportation methods, such as underground transit systems. However, due to limited urban space, it is necessary to construct these tunnels in close proximity to existing infrastructure like high-rise buildings and bridges. Battered piles have been widely used for their higher stiffness and bearing capacity compared to vertical piles, making them effective in resisting lateral loads from winds, soil pressures, and impacts. Considerable prior research has been concerned with understanding the vertical pile response to tunnel excavation. However, the three-dimensional effects of tunnelling on adjacent battered piled foundations are still not investigated. This study investigates the response of a single battered pile to tunnelling at three critical depths along the pile: near the pile shaft (S), next to the pile (T), and below the pile toe (B). An advanced hypoplastic model capable of capturing small strain stiffness is used to simulate clay behaviour. The computed results reveal that settlement and load transfer mechanisms along the battered pile, resulting from tunnelling, depend significantly on the tunnel's location relative the length of the pile. The largest settlement of the battered pile occurs in the case of T. Conversely, the greatest pile head deflection is caused by tunnelling near the pile shaft. The battered pile experiences "dragload" due to negative skin friction mobilization resulting from tunnel excavation in the case of S. The battered pile is susceptible to induced bending moments when tunnelling occurs near the pile shaft S whereas the magnitude of induced bending moment is minimal in the case of B.
Microtunnelling is a technique applied to install a small-size tunnel in a soft cohesionless ground. In microtunnelling, a series of concrete tubular segments are pushed from a starting pit to power-line tunnel under a runway of JFK international airport at New York. During the microtunneling process, bentonite is jetted with very hyh pressure through a nozzle to advance disturbance in the subgrade caused by the pressurized bentonite in the aspects of subgrade stiffness. SASW measurements were performed on the runway above the center line of the shear wave velocity profiles. Besides the change of subgrade stiffness, the change of subgrade strength was also evaluated by the site-specific relationships between shear wave velocity and N value, which was determined by N values. The estimated N values gave a clue to the understanding of the change of subgrade strength.
An, Jun-Beom;Kang, Seok-Jun;Kim, Jin;Cho, Gye-Chun
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.3
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pp.291-300
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2022
Tunnel boring machines combined with the earth pressure balanced shield method (EPB shield TBMs) have been adopted in urban areas as they allow excavation of tunnels with limited ground deformation through continuous and repetitive excavation and support. Nevertheless, the expansion of TBM construction requires much more minor and exquisitely controlled surface settlement to prevent economic loss. Several parametric studies controlling the tunnel's geometry, ground properties, and TBM operational factors assuming ordinary conditions for EPB shield TBM excavation have been conducted, but the impact of excessive excavation on the induced settlement has not been adequately studied. This study conducted a numerical evaluation of surface settlement induced by the ground loss from face imbalance, excessive excavation, and tail void grouting. The numerical model was constructed using FLAC3D and validated by comparing its result with the field data from literature. Then, parametric studies were conducted by controlling the ground stiffness, face pressure, tail void grouting pressure, and additional volume of muck discharge. As a result, the contribution of these operational factors to the surface settlement appeared differently depending on the ground stiffness. Except for the ground stiffness as the dominant factor, the order of variation of surface settlement was investigated, and the volume of additional muck discharge was found to be the largest, followed by the face pressure and tail void grouting pressure. The results from this study are expected to contribute to the development of settlement prediction models and understanding the surface settlement behavior induced by TBM excavation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.05a
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pp.170-175
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2005
The focus of this paper is to observe the aerodynamic and vibration characteristics of the NACA0012 blade(AR=16.6) fixed on the lower surface of the wind tunnel, by changing air speed and the blade's angle of attack. After fixing a slit-typed vortex generator on the front of the blade, it could be observed that the vibrational characteristics caused by interactions between vortex and blade through the 5-hole pilot tubes. And, also, two different blades in stiffness had been prepared for observing those characteristics above in this experiment. The results were compared with the given stiffness of blade, as well. According to the results, it is clear to recognize that the vibration spectrum increases while air speed and angle of attack increase, and, also, less stiffness means bigger vibration spectrum.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.472-481
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2009
Cementation phenomenon has a huge influence on geotechnical stiffness and strength under low confining pressure. The goal of this study is to evaluate the characteristics of stiffness according to the depth. The piezo disk elements are installed at each layer of the cell for the detection of the compressional waves. The change of compressional wave velocity is classified by three stages. The compressional wave velocities are shown different according to the depth. The compressional wave velocity is especially influenced by cementation, effective stress, and coordinate number. Furthermore, the electrical conductivity and cone tip resistance are measured according to the depth. The electrical conductivity and the cone tip resistance show the similar trend with the compressional wave velocity. This study shows that the cementation by salt is affected by the depth on the granular materials.
Papinutti, Mitja;Cetina, Matjaz;Brank, Bostjan;Petersen, Oyvind W.;Oiseth, Ole
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.561-573
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2020
Unsteady self-excited forces are commonly represented by parametric models such as rational functions. However, this requires complex multiparametric nonlinear fitting, which can be a challenging task that requires know-how. This paper explores the alternative nonparametric modeling of unsteady self-excited forces based on relations between flutter derivatives. By exploiting the properties of the transfer function of linear causal systems, we show that damping and stiffness aerodynamic derivatives are related by the Hilbert transform. This property is utilized to develop exact simplified expressions, where it is only necessary to consider the frequency dependency of either the aeroelastic damping or stiffness terms but not both simultaneously. This approach is useful if the experimental data on aerodynamic derivatives that are related to the damping are deemed more accurate than the data that are related to the stiffness or vice versa. The proposed numerical models are evaluated with numerical examples and with data from wind tunnel experiments. The presented method can evaluate any continuous fitted table of interpolation functions of various types, which are independently fitted to aeroelastic damping and stiffness terms. The results demonstrate that the proposed methodology performs well. The relations between the flutter derivatives can be used to enhance the understanding of experimental modeling of aerodynamic self-excited forces for bridge decks.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.6
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pp.583-603
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2023
Recently, the advancement of mechanical tunnel boring machine (TBM) technology and the characteristics of subsea railway tunnels subjected to hydrostatic pressure have led to the widespread application of shield TBM methods in the design and construction of subsea railway tunnels. Subsea railway tunnels are exposed in a constant pore water pressure and are influenced by the amplification of seismic waves during earthquake. In particular, seismic loads acting on subsea railway tunnels under various ground conditions such as soft ground, soft soil-rock composite ground, and fractured zones can cause significant changes in tunnel displacement and stress, thereby affecting tunnel safety. Additionally, the dynamic response of the ground and tunnel varies based on seismic load parameters such as frequency characteristics, seismic waveform, and peak acceleration, adding complexity to the behavior of the ground-tunnel structure system. In this study, a finite difference method is employed to model the entire ground-tunnel structure system, considering hydrostatic pressure, for the investigation of dynamic behavior of subsea railway tunnel during earthquake. Since the key factors influencing the dynamic behavior during seismic events are ground conditions and seismic waves, six analysis cases are established based on virtual ground conditions: Case-1 with weathered soil, Case-2 with hard rock, Case-3 with a composite ground of soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, Case-4 with the tunnel passing through a narrow fault zone, Case-5 with a composite ground of soft soil and hard rock in the tunnel longitudinal direction, and Case-6 with the tunnel passing through a wide fractured zone. As a result, horizontal displacements due to earthquakes tend to increase with an increase in ground stiffness, however, the displacements tend to be restrained due to the confining effects of the ground and the rigid shield segments. On the contrary, peak compressive stress of segment significantly increases with weaker ground stiffness and the effects of displacement restrain contribute the increase of peak compressive stress of segment.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.7
no.1
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pp.181-190
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2003
The convergence-confinement method is an attempt to evaluate tunnel stability conditions by means of a mathematical model and a ground response curve. In this study, the convergence-confinement method by numerical model was examined. This method don't need the basic assumptions for a mathematical model. Also This is applicable to general tunnel. According to the results of this study, the change of shotcrete stiffness and the load-distribution ratio used for 2-Dimension numerical analysis are not signficant factors. The ground response curve and the support reaction curve are mutually dependent. Especially the support reaction curve depends upon the ground response curve. The mechanism of tunnel must be analyzed by the interaction between support and ground. Consequently the stability of tunnel must be qualitatively investigated by a ground response curve and quantitatively adjudged by a numerical analysis for the reasonable design of tunnel.
Soomro, Mukhtiar Ali;Mangi, Naeem;Memon, Aftab Hameed;Mangnejo, Dildar Ali
Geomechanics and Engineering
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v.29
no.1
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pp.25-40
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2022
In this study, 3D coupled-consolidation numerical parametric study was conducted to predict the deformation mechanism of a 20 storey building sitting on (4×4) piled raft (with length of piles, Lp=30 m) to adjacent 6 m diameter (D) tunnelling in stiff clay. The influences of different tunnel locations relative to piles (i.e., zt/Lp) were investigated in this parametric study. In first case, the tunnel was excavated near the pile shafts with depth of tunnel axis (zt) of 9 m (i.e., zt/Lp). In second and third cases, tunnels were driven at zt of 30 m and 42 m (i.e., zt/Lp = 1.0 and 1.4), respectively. An advanced hypoplastic clay model (which is capable of taking small-strain stiffness in account) was adopted to capture soil behaviour. The computed results revealed that tunnelling activity adjacent to a building resting on piled raft caused significant settlement, differential settlement, lateral deflection, angular distortion in the building. In addition, substantial bending moment, shear forces and changes in axial load distribution along pile length were induced. The findings from the parametric study revealed that the building and pile responses significantly influenced by tunnel location relative to pile.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.1
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pp.85-95
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2009
In urban areas, blast excavation adjacent to tunnels is carried out frequently. It is generally required to secure static and dynamic stability of nearby tunnel structures for any such activities. Although there is some national guidelines for static safety, there is little guides to risk zoning controling the dynamic behavior of the underground structures. In this study, impacts on the blast-induced vibration are investigated using numerical study. An attempt to define the restricted area of blast adjacent to subway tunnels was also made. Particular concerns were given to tunnel depth and ground types. By carrying out the parametric study on depth and ground patterns, the envelope of blast distance of which dynamic response on the lining is controlled under 1 cm/sec, is established. It is shown that the increase in depth has increased the required safety distance slightly until the distance of 3.5 times of the tunnel diameter. Despite small changes in safety distance, it can be generally said that the effects of depth and stiffness of the ground is not significant in controlling the particle velocity of the tunnel linings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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