In this study it was analyzed by 2-D FEM and 3-D FEM to evaluate the ground reinforceing effect of steel pipe reinforced multi -step grouting (SPRG) technique and the behavior of ground in the vicinity using the nonlinear FEM program for the ground condition of alluvium located on the top of tunnel applied by SPRG technique. It was found that the nonlinear 3-D analysis performed better than 2-D analysis in evaluating the usefulness of the SPRG technique, and it was also found that the safety was relatively secured by the stiffness of steel pipe to distribute the concentrated stress in the tunnel faceing. It was reported that the change of settlement on the top of tunnel becomes about 40% of the total expected settlement before tunnel faceing reaches tunnel gauging point, and 60% of the total expected settlement while tunnel facing passes tunnel gauging point and takes a distance about tunnel diameter. With the aid of the SPRG technique the control range of displacement and stress of the ground in the vicinity could be reached up to tunnel top, namely depth ratio from 0.38 to 0.83 or 2D(D : tunnel diameter) before the tunnel facing, and about 20% of settlement control in this particular case was possible.
Stability and mechanical deformation behavior of rock masses are highly dependent on the mechanical characteristics of contained discontinuities. Therefore, mechanical characteristics of the discontinuities should be considered in the design of tunnel and underground structures. In this study, direct shear tests for rough granite joints were carried out under constant normal stiffness conditions. Effects of initial normal stress, shear velocity, and surface roughness on the characteristics of shear strength and deformation behaviors were examined. Results of shear testing under constant normal stiffness conditions reveal that shear behaviors could be classified into two categories, based on the amount of decrease in shear stress at the Int peak shear stress. With initial normal stiffness increasing, it turned out that shear displacement at peak stress and the first peak shear stress increased, however friction angle and friction coefficient showed decrease. In case of shear stiffness and average friction coefficient, it turned out that they are not dependent on the initial normal stress. Minor effects of shear velocity on rough joints were observed in several shear quantities. However, the effects of shear velocity were insignificant regardless of the normal stress increase. Change of shear strength and deformation characteristics on joint roughness were examined, however, it turned out that the variations were attributed to deviation of shear test specimens.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.92-102
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2022
Various numerical analysis models can be used to evaluate the behavior characteristics of tunnel facilities which are representative underground structures. In general, the Mohr-Coulomb model, which is most often used for numerical analysis, is an elastic-perfect plastic behavior model. And the deformation characteristics are the same during the load increase-load reduction phase. So there is a problem that the displacement may appear different from the field situation in the case of excavation analysis. In contrast, the HS-small strain stability model has a wide range of applications for each ground. And it is known that soil deformation characteristics can be analyzed according to field conditions by enabling input of initial elastic modulus and nonlinear curve parameter and so on. However, civil engineers are having difficulty using nonlinear models that can apply material nonlinear properties due to difficulties in estimating ground property coefficients. In this study, the necessity of rational model selection was reviewed by comparing the results of seismic performance evaluation using the Mohr-Coulomb model, which civil engineers generally apply for numerical analysis of tunnels, and the HS Small strain Stiffness model, which can consider ground nonlinearity.
The installation of the expansion joints in a tunnel concrete lining and duct would minimize the cracking at the location of structural shape and stiffness change, differential settlement, big temperature change, and so on. However, it is difficult to determine the required spacing of the expansion joint in a tunnel concrete lining and duct quantitatively because the spacing is influenced by temperature change, structure construction condition, ground-structure interaction, and etc. Nevertheless, a highway specification (Korea Expressway Corporation, 2012) or a road design manual (Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs, 2010) specifies that the expansion joint spacing in a tunnel concrete lining should be installed uniformly smaller than 25 m from the tunnel portals to 50 m inside of a tunnel and elsewhre 20-60 m in a tunnel (because there is no specifcation for a duct it is assumed that a duct follows the specfication of lining). This specification results in several construction and economic problems in relation with a tunnel construction. Accordingly, in order to minimize the problems, this study analyzed both domestic and foreign design standards and specifications. In addition, field test, theoretical and numerical analyses were carried out in relation to the expansion joint in a tunnel lining and duct. The purpose of this study is to reestabilish a criterion for installing the expansion joint in a tunnel concrete lining and duct.
Engineering rock mass classification is extensively used to determine the reasonable support system throughout the tunneling process in the field. Selection of support system based on the results of engineering rock mass classification is simple and straight-forward. However, this method cannot consider the effect of in-situ stresses, mechanical properties of support material, and support installation time on the behavior or rock-support system To handle the various conditions encountered in the underground excavation sites rock-support system. To handle the various conditions encountered in th eunderground excavation sites rock-support interaction program has been developed. This program can analyze the interaction between rock mass and support materials and also can simulate the tunnel excavation-support insstallation process by controlling the support installation time and the stiffness of support system. Practical applicability of this program was verfied by comparing the results of support design to those from rock mass classification for virtual underground excavation at the drilling site KD-06 in Geoje island.
This paper investigates the effects of micro-tunneling on buried pipelines parametrically. A simplified numerical approach was developed and various parametric studies have been conducted to evaluate the effects of ground settlements on the response of buried pipelines. The controlled parameters included the pipe stiffness, ground loss magnitude, and pipe location with respect to a micro-tunnel. Maximum settlement and curvature along a pipeline have been investigated and compared among others for different conditions. In addition, the numerical results have been compared with a theoretical method by Attewell et al. (1986), which is based on a Winkler type linear-elastic solution. The comparison indicated that the response of buried pipes to micro-tunneling-induced ground settlements highly depends on the soil-pipe interaction including the separation and slippage of pipe from soil with the effects of the investigated parameters. Therefore, rather than using the theoretical method directly, it would be a better assessment of the response of buried pipelines to consider the soil-pipe interaction in more realistic conditions.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.1
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pp.37-47
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2007
The shield tunneling method has been increasingly employed to minimize environmental damages and civil complaints in the populated and developed area. A lining segment, which is a main structure of the shield tunnel, consists of joints. Conventional foreign and domestic design data have been commonly used for design practices without a specific verification of structural analysis models, design load, and the effect of soil characteristics on the performance of lining segment. In this study, the suitability of existing analytic models used for the design of shield tunnel lining segment has been evaluated through a comparison between analytical and numerical solutions. Based on the evaluation of their suitability performed in the study, a full-circumferential beam jointed spring model (1R-S0) is proposed for design practices by considering user's convenience, the applicability of field conditions and the accuracy of analysis result. By using the proposed model, the parameter analysis was performed to investigate the effects of joint stiffness, ground rigidity, joint distribution and the number of joints on the behavior of lining segment. Parameters considered in the investigation have been appeared to affect the behavior of lining segment. Among those parameters, joint stiffness has been appeared to have the most significant effect on the bending moment and displacement of lining segment.
A novel three-degree-of-freedom (DOF) forced vibration system has been developed for identification of aeroelastic (self-excited) load parameters used in time-domain response analysis of wind-excited flexible structures. This system is capable of forcing sinusoidal motions on a section model of a structure that is used in wind tunnel aeroelastic studies along all three degrees of freedom - along-wind, cross-wind, and torsional - simultaneously or in any combination thereof. It utilizes three linear actuators to force vibrations at a consistent frequency but varying amplitudes between the three. This system was designed to identify all the parameters, namely, aeroelastic- damping and stiffness that appear in self-excited (motion-dependent) load formulation either in time-domain (rational functions) or frequency-domain (flutter derivatives). Relatively large displacements (at low frequencies) can be generated by the system, if required. Results from three experiments, airfoil, streamlined bridge deck and a bluff-shaped bridge deck, are presented to demonstrate the functionality and robustness of the system and its applicability to multiple cross-section types. The system will allow routine identification of aeroelastic parameters through wind tunnel tests that can be used to predict response of flexible structures in extreme and transient wind conditions.
This paper deals with the buckling behavior of thin-walled aboveground tanks under wind load. In order to do that, the wind pressures are obtained by means of wind-tunnel experiments, while the structural non linear response is computed by means of a finite element discretization of the tank. Wind-tunnel models were constructed and tested to evaluate group effects in tandem configurations, i.e. one or two tanks shielding an instrumented tank. Pressures on the roof and on the cylindrical part were measured by pressure taps. The geometry of the target tank is similar in relative dimensions to typical tanks found in oil storage facilities, and several group configurations were tested with blocking tanks of different sizes and different separation between the target tank and those blocking it. The experimental results show changes in the pressure distributions around the circumference of the tank for half diameter spacing, with respect to an isolated tank with similar dimensions. Moreover, when the front tank of the tandem array has a height smaller than the target tank, increments in the windward pressures were measured. From the computational analysis, it seems that the additional stiffness provided by the roof prevents reductions in the buckling load for cases even when increments in pressures develop in the top region of the cylinder.
Wind tunnel tests and numerical aerodynamic analyses were conducted for an integrated catwalk structure under strong winds. From the wind tunnel tests, it is found that the aerodynamic coefficients were different from those of the typical type. The drag coefficient was larger than typical and was sensitive to number of vertical meshes installed rather than the solidity ratio. Comparing with typical catwalk, the integrated one showed larger deformation under strong wind, and the large torsional deformation are mainly caused by drag force. It did not show aerodynamic divergence even the torsional deformation reaching $20^{\circ}$. The reason could be that the stiffness is smaller and thus the catwalk is able to deform to the shape compactable with higher loading. Considering safety for construction, storm rope system is introduced to the catwalk to reduce the deformation to acceptable level.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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