In this paper the stress redistribution around tunnel face was analyzed by using a three-dimensional finite element model. The effects of in-situ stress levels, excavation sequences, stiffness difference between the hard ground and the weak zone on the stress redistributions were considered. Displacement and stress changes at tunnel crown, side wall, and invert were investigated throughout the sequential excavation. To show ground response, percentage of the displacement and stress variations are used as a function of normalized distance that is between the face and monitoring section. Preceding displacements and stress variations were presented to be adopted in the two-dimensional tunnel analysis.
Korean trains pass many mountain areas, so the volume of structures like bridge and tunnel has large part of railway lines. Train speed-up naturally needs a straight line in railway, then structures are increasing, and this influences passenger's comfort and the safety of operation, and it needs more track maintenance. The stiffness of bridge and tunnel is higher than the soil in the roadbed in spite of dynamic difference in vibration and displacement. Differences in stiffness have more dynamic effects and increase the deformation and destruction in the track and roadbed. This study will measure periodically to structure's approaches which have very fast track irregularity and analyze dynamic differences and track irregularity near structure's approaches, so realize the cause of track irregularity of structure's approaches and use basic data for reasonably strengthening method of structure's approaches.
This paper describes a study of the influence of shield tunnel construction on the displacements and stresses induced in the linings of existing nearby parallel tunnels. The paper presents a brief review of a set of laboratory scale model research programme investigating the influence of tunnel proximity and alignment, liner stiffness on the nature of the interactions between closely spaced tunnels in clay. A total of two sets of carefully controlled physical model tests were performed. A cylindrical test tank was developed and used to produce clay samples of Speswhite kaolin. In each of the tests, three model tunnels were installed in order to conduct two interaction exts that have been carried out to investigate the interaction problem between parallel tunnels. The results of these tests are compared with the results of finite element analysis to investigate the techniques that must be used to obtain reliable numerical solutions to this type of problem.
The Maanshan Bridge over Yangtze River in China is a new long-span suspension bridge with double main spans of $2{\times}1080m$ and a closed streamline cross-section of single box deck. The flutter and buffeting performances were investigated via wind tunnel tests of a full bridge aeroelastic model at a geometric scale of 1:211. The tests were conducted in both smooth wind and simulated boundary layer wind fields. Emphasis is placed on studying the interference effect of adjacent span via installing a wind deflector and a wind separating board to shelter one span of the bridge model from incoming flow. Issues related to effects of mid-tower stiffness and deck supporting conditions are also discussed. The testing results show that flutter critical wind velocities in smooth flow, with a wind deflector, are remarkably lower than those without. In turbulent wind, torsional and vertical standard deviations for the deck responses at midspan in testing cases without wind deflector are generally less than those at the midspan exposed to wind in testing cases with wind deflector, respectively. When double main spans are exposed to turbulent wind, the existence of either span is a mass damper to the other. Furthermore, both effects of mid-tower stiffness and deck supporting conditions at the middle tower on the flutter and buffeting performances of the Maanshan Bridge are unremarkable.
Wanchun Chen;Lixian Tang;Haijun Zhao;Qian Yin;Shuang Dong;Jie Liu;Zhaohan Zhu;Xiaodong Ni
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.2
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pp.115-124
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2023
By conducting three-dimensional simulation with consideration of small-strain characteristics of soil stiffness, the effects of excavation geometry and tunnel cover to diameter ratio on deformation mechanisms of an existing tunnel located either at a side of basement or directly underneath the basement were systematically studied. Field measurements were used to verify the numerical model and model parameters. For basement excavated at a side of an existing tunnel, the maximum settlement and horizontal displacement of the tunnel are always observed at the tunnel springline closer to basement and tunnel crown, respectively, regardless of basement geometry. By increasing basement length and width by five times, the maximum movements of tunnel located at the side of basement and directly underneath the basement increase by 450% and 186%, respectively. Obviously, tunnel movements are more sensitive to basement length rather than basement width. For basement excavated at a side of an existing tunnel, tunnel movements at basement centerline become stable when basement length reaches 10 He (i.e., final excavation depth). Moreover, tunnel heaves due to overlying basement excavation become stable when the normalized basement length (L/He) is larger than 8.0. As tunnel cover to diameter ratio varies from 2.5 to 3.0, the maximum heave and tensile strain of tunnel due to overlying basement excavation decrease by up to 41.0% and 44.5%, respectively. If basement length is less than 8 He, the assumption of plane strain condition of basement-tunnel interaction grossly overestimates tunnel movements, and ignores tensile strain of tunnel along its longitudinal direction. Thus, three-dimensional numerical analyses are required to obtain a reasonable estimation of tunnel responses due to adjacent and overlying basement excavations in clay.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.4
no.4
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pp.319-332
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2002
Domestic masonry railroad tunnel lining consists of red bricks or granite stone blocks and mortar. It is necessary to evaluate the behaviour of the masonry tunnel lining during an earthquake because the lining was constructed without the consideration of seismic loads. In this study, a methodology to evaluate the seismic resistant capacity of masonry tunnel linings was proposed, i.e. material property evaluation and seismic analysis technique. The red brick masonry tunnel lining is arrayed with multi-layers composed of 3 to 5 bricks depending on ground conditions and each brick is attached with mortar. Equivalent property concept was adopted to consider the stiffness difference among the red brick material itself and joints between bricks. Response spectrum analysis was performed by considering ground-structure interactions. A parametric study was performed to figure out the effect of relative stiffness between the lining and rock mass on the seismic behavior. A resonable countermeasure to minimize the earthquake-induced damage was also proposed.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.939-948
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2006
The structural anisotropy and heterogeneity of rock mass, caused by discontinuities and weak zones, have a great influence on the deformation behavior of tunnel. Tunnel construction in these complex ground conditions is very difficult. No matter how excellent a geological investigation is, local uncertainties of rock mass conditions still remain. Under these uncertain circumstances, an accurate forecast of the ground conditions ahead of the advancing tunnel face is indispensable to safe and economic tunnel construction. This paper presents the effect of anisotropy and heterogeneity of the rock masses to be excavated by numerical analysis. The influences of distance from weak zone, the size or dimension, the different stiffness and the orientation of weak zones are analysedby 2-D and 3-D finite element analysis. By analysing these numerical results, the tunnel behavior due to excavation can be well understood and the prediction of rock mass condition ahead of tunnel face can be possible.
Backfill grouting and consolidation grouting are major reinforcing methods that enhance the stability of tunnel by filling the gap between the tunnel lining and the ground and increasing the stiffness of the ground. However, the effect of the grouting on the tunnel lining is not well established. Field measurements such as pressuremeter test, Lugeon test, and lining instruments were peformed to analyze the grouting effect on the tunnel lining for a waterway tunnel. The elastic modulus was increased up to 5 times than that of original rock mass due to consolidation grouting. This study shows that only 10% of grout pressure was acting on the back face of the tunnel lining. The final results are expected to be used for the design of the concrete lining.
In recent railway projects where the railway connects between cities, newly planned tunnels are often located close to, or beneath an existing tunnel. Many claims and petitions have voiced public concern about the vibration and noise resulting from the situation. Vibrations and noises are engineering issues as well as environmental problems, and have become more important as people have become more concerned with their the quality of life. However, it is unlikely that the effects of vibration in situations where trains simultaneously pass a multileveled tunnel crossing have been appropriately considered in the phase of planning and design. This study investigates the superposition characteristic of ground-born vibrations from a multileveled tunnel crossing. The results from model tests and numerical analysis show that the ground-born vibration can be amplified by a maximum of about 30% compared to that resulting from the existing single tunnel. Numerical parametric study has also shown that the vibration amplification effect increases as the ground stiffness, the tunnel depth, and the distance between tunnels decrease.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.1
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pp.31-40
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2006
The entrance and the exit structures of tunnels are often constructed on unfavorably soft soils (colluvial soils) as a result of environment-friendly design highlighted in recent years. For construction of such a tunnel, it is essential to secure sufficient bearing capacity of the lining supports as well as that of the surrounding soils. In this regard, H-shape steel-ribs with high stiffness are commonly used for lining supports. However, it was the past convention to ignore the effect of the steel-ribs in numerical evaluation of the structural safety. This study is intended to show how the shotcrete stresses are relieved by the steelribs, on the basis of numerical data obtained from 3-dimensional finite element analysis. The effect of steel ribs to shotcrete stresses is examined at different levels of application rates, i.e., 0%, 50%, 75% and 100% of the total stiffness. The data obtained from numerical analysis was compared with in-situ measurement. The effect of st eel ribs to shotcrete stresses was verified and appropriate total stiffness was proposed in the range of 50%~75%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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