Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.54
no.5
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pp.129-139
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2012
Accurate modeling rainfall induced landslide and slope stability requires a detailed knowledge of the distribution of material strength characteristics and suction distribution. However, material properties obtained from the drying cycle are still used for infiltration analysis in many cases, even though material properties of wetting cycle are quite different from those of drying cycle due to hydraulic hysteresis and air occlusion. Therefore, the selection of proper material properties such as soil-water retention curve (SWRC) and the hydraulic conductivity function (HCF) reflecting characteristics of wetting cycle and air occlusion is an essential prerequisite in order to simulate the infiltration phenomena and to predict the suction and water content distribution in unsaturated soils. It is concluded that the simulation of infiltration with material properties from the drying cycle did not reasonably match with experimental outputs. Further discussion is made on how to describe the material properties considering air occlusion during wetting cycle over the entire suction range in order to simulate infiltration phenomena.
The steady state of unsaturated soil takes a long time to achieve. The soil seepage behaviours and hydraulic properties depend highly on the wetting/drying rate. It is observed that the soil-water characteristic curve (SWCC) is dependent on the wetting/drying rate, which is known as the dynamic effect. The dynamic effect apparently influences the scanning curves and will substantially affect the seepage behavior. However, the previous models commonly ignore the dynamic effect and cannot quantitatively describe the hysteresis scanning loops under dynamic conditions. In this study, a dynamic hysteresis model for SWCC is proposed considering the dynamic change of contact angle and the moving of the contact line. The drying contact angle under dynamic condition is smaller than that under static condition, while the wetting contact angle under dynamic condition is larger than that under static condition. The dynamic contact angle is expressed as a function of the saturation rate according to the Laplace equation. The model is given by a differential equation, in which the slope of the scanning curve is related to the slope of the boundary curve by means of contact angle. Empirical models can simulate the boundary curves. Given the two boundary curves, the scanning curve can be well predicted. In this model, only two parameters are introduced to describe the dynamic effect. They can be easily obtained from the experiment, which facilitates the calibration of the model. The proposed model is verified by the experimental data recorded in the literature and is proved to be more convenient and effective.
A simulated rainfall system was built, and the unsaturated characteristics were examined by execution of simulated rainfall system test and soil water characteristic curve cell test(SWCC Cell Test) under the various rainfall and slope conditions. With the results, the applicability of infiltration behavior under rainfall and soil water characteristic curve models to the unsaturated weathered granite soil was examined. At the results of comparison the volumetric water content and matric suction measured in the wetting process(under rainfall) with those in the drying process(leaving as it was) of the simulated rainfall system, the volumetric water content showed a difference of $2{\sim}5%$ and matric suction of about $3{\sim}10\;kPa$, indicating the occurrence of hysteresis. In addition, the difference was relatively larger in matric suction than in the volumetric water content, and this tells that the hysteresis behavior is larger in matric suction. When the soil water characteristic curve derived from measurements in simulated rainfall system test were compared with those from the soil water characteristic curve cell test, both methods produced soil water characteristic curves close each other in the wetting process and the drying process, but in both, there was a difference between results obtained from in the wetting process and those from in the drying process. Thus, when soil water characteristic curves are rationally applied to the design and stability analysis considering of the properties of unsaturated soil, it is considered desirable to apply the soil water characteristic curve of the wetting process to the wetting process, and that of the drying process to the drying process.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.10
no.3
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pp.109-119
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1998
A horizontal tow-dimensional version of POM (Princeton Ocean Model) was modified in representing the bottom friction and the open boundary conditions. To simulate the flooding and drying of intertidal flats, a wetting-and-drying scheme was incorporated into the model. The model then was applied to the Chunsu Bay and its adjacent coastal water. Only the water movement due to tides, the dominant forcing in the study area, was considered. This presents the procedure and the results of model calibration and verification for the Chunsu Bay system. The model was calibrated, using the average tidal characteristics in Tide Tables, for the amplitudes and the phases of tidal waves throughout the modeling domain. Calibration results showed that the model gave a good reproduction of tidal waves. The calibrated model was verified using the time-series measurements of surface elevation and current velocity in the summer of 1995. The model reproduced the tides currents very well. calibration and verification results demonstrated that the model is capable of reproducing the tidal dynamics in the Chunsu Bay system.
The matric suction and volumetric water content of Jumunin standard sand with a relative density of 60% were measured using an Automated Soil-Water Characteristic Curve (SWCC) apparatus during both drying and wetting processes. The test time for the drying process was longer than that for the wetting process, because the flow of water is likely to be protected by air trapped in voids within the soils during the drying process. Based on the matric suction and volumetric water content, the SWCC was estimated using the model proposed by van Genuchten (1980). For the drying process, the unsaturated fitting parameters ${\alpha}$, n, and m were 0.399, 8.586, and 0.884, respectively; for the wetting process, the values were 0.548, 5.625, and 8.220, respectively. The hysteresis phenomenon occurred in the SWCCs, which means the SWCC of the drying process is not matched with the SWCC of the wetting process. Using these unsaturated parameters, we estimated the Suction Stress Characteristic Curve (SSCC), based on the relationship between suction stress and the effective degree of saturation. The suction stress showed a rapid decrease when the matric suction exceeds the Air Entry Value (AEV). Therefore, the effective stress of unsaturated soils is different from that of saturated soils when the matric suction exceeds the AEV. The suction stress of the drying process exceeds that of the wetting process for a given effective degree of saturation. The hysteresis phenomenon was also recognized in SSCCs. The hysteresis phenomenon of SSCCs arises from that of SWCCs, which is induced by the ink bottle effect and the contact angle effect. In the case of a sandy slope, the suction stress is positive and acts to enhance the slope stability as the water infiltrates the ground, but is negative when the suction stress exceeds the AEV. The results obtained for the wetting process should be applied in analyses of slope stability, because the process of water infiltration into ground is similar to the wetting process.
The aim of the paper is to study the hydro-mechanical behaviour of a tuff and calcareous sand mixture. A first experimental phase was carried out in order to find the optimal mixture. This showed that the material composed of 80% tuff and 20% calcareous sand provides the maximum mechanical strength. The second experimental phase concerns the study of the drying- wetting behaviour of the optimal mixture. Triaxial shear tests in saturated and unsaturated states at constant water content were carried out on samples initially compacted at the MPO. Experimental results let to deduce the parameters necessary for the prediction of the hydro-mechanical behaviour of pavement formulated from tuff and calcareous sand mixtures, related to moisture. This optimal mixture satisfies the regulation rules and hence constitutes a good local eco-material, abundantly available, for the conception of pavements.
Chari, Mehdi Nemati;Shekarchi, Mohammad;Ghods, Pouria;Moradian, Masoud
Computers and Concrete
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v.18
no.3
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pp.367-388
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2016
In this paper, a simple practical method is introduced in which a simple weight measurement of concrete and finite element numerical analysis are used to determine the moisture transfer coefficient of concrete with a satisfactory accuracy. Six concrete mixtures with different water-to-cementitious material (w/cm) ratios and two pozzolanic materials including silica fume and zeolite were examined to validate the proposed method. The comparison between the distribution of the moisture content obtained from the model and the one from the experimental data during both the wetting and drying process properly validated the performance of the method.With the proposed method, it was also shown that the concrete moisture transfer coefficient considerably depends on the pore water saturation degree. The use of pozzolanic materials and also lowering w/cm ratio increased the moisture transfer coefficient during the initial sorption, and then, it significantly decreased with an increase in the water saturation degree.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.21
no.1
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pp.72-82
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2015
In order to effectively and economically apply the previous POM(Princeton Ocean Model) WAD(Wetting And Drying) to the coastal area, the POM WAD was modified such as the water elevation input of tidal harmonics in the open boundaries was included and a CTS(Computing Time Saving) technique was introduced to the model. The modified model was tested to the standing waves in the rectangular bay and the hydraulic experiments for the flow and heat diffusion in the 3D basin. The numerical results showed a good agreement with the analytical solutions of the standing waves and the observed values by the hydraulic experiments, respectively. And also when the modified model with the CTS technique was applied to Gwangyang Bay of Korea, the computing time was decreased by as much as 39.4%.
Tu, Yiliang;Zhong, Zuliang;Luo, Weikun;Liu, Xinrong;Wang, Sui
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.6
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pp.739-756
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2016
The shear strength reduction finite element method (SSRFEM) is a powerful tool for slope stability analysis. The factor of safety (FOS) of the slope can be easily calculated only through reducing effective cohesion (c′) and tangent of effective friction angle ($tan{\varphi}^{\prime}$) in equal proportion. However, this method may not be applicable to soil slope under wetting-drying cycles (WDCs), because the influence of WDCs on c′ and $tan{\varphi}^{\prime}$ may be different. To research the method of estimating FOS of soil slopes under WDCs, this paper presents an experimental study firstly to investigate the effects of WDCs on the parameters of shear strength and stiffness. Twelve silty clay samples were subjected to different number of WDCs and then tested with triaxial test equipment. The test results show that WDCs have a degradation effect on shear strength (${\sigma}_1-{\sigma}_3)_f$, secant modulus of elasticity ($E_s$) and c′ while little influence on ${\varphi}^{\prime}$. Hence, conventional SSRFEM which reduces c′ and $tan{\varphi}^{\prime}$ in equal proportion cannot be adopted to compute the FOS of slope under conditions of WDCs. The SSRFEM should be modified. In detail, c′ is merely reduced among shear strength parameters, and elasticity modulus is reduced correspondingly. Besides, a new approach based on sudden substantial changes in the displacement of marked nodes is proposed to identify the slope failure in SSRFEM. Finally, the modified SSRFEM is applied to compute the FOS of a slope example.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3B
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pp.335-343
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2008
A hydrodynamic numerical model, ESCORT, which enables wetting-and-drying simulation, is developed. The model is verified by applying it at the Mokpo coastal zone together with the MIKE21 model. This paper deals in only 2-dimensional aspects remaining 3-dimensional function for further research. To begin with, MIKE21 model is applied at the whole area where MIKE21 had been applied several times to produce boundary conditions for the main area. Unlike the whole area of uniform grid, main area adopts telescoping grid for ESCORT model and nested grid for MIKE21 model. The results of both model show not only good agreement for the values of water depth and tidal velocity between computed and observed ones, but also plausible wetting-and-drying simulation. However, ESCORT model needs some improvement of efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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