Rock fracture mechanics has been widely applied to various fields of rock and civil engineering. But most researches covered mode I behavior, though mode II behavior is dominant in rock engineering. Until now, there is only one ISRM suggested method for mode II toughness of rock. A new SCC (Short Core in Compression) mode II toughness test method was developed considering 1) application of confining pressure, 2) easiness of notch creation, 3) utilization of existing equipment, 4) simple test procedure. The stress intensity factors were determined by 3D finite element method considering line and distributed loading conditions. The tests with granite specimens were carried out using MTS 815 rock test system with a loading rate of 0.002 mm/s. The mean value of mode II fracture toughness of granite showed $2.33MPa{\sqrt{m}}$. Mode I toughness of the same granite was $1.12MPa{\sqrt{m}}$, determined by Brazilian disk test and $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$. The smooth fracture surface with rock powder formation also supported mode II behavior of SCC method. The SCC method can be used for the determination of mode II fracture toughness of rocks based on the current results.
This study established a displacement ductility ratio model for ductile design for the boundary element of shear walls. To determine the curvature distribution along the member length and displacement at the free end of the member, the distributions of strains and internal forces along the shear wall section depth were idealized based on the Bernoulli's principle, strain compatibility condition, and equilibrium condition of forces. The confinement effect at the boundary element, provided by transverse reinforcement, was calculated using the stress-strain relationship of confined concrete proposed by Razvi and Saatcioglu. The curvatures corresponding to the initial yielding moment and 80% of the ultimate state after the peak strength were then conversed into displacement values based on the concept of equivalent hinge length. The derived displacement ductility ratio model was simplified by the regression approach using the comprehensive analytical data obtained from the parametric study. The proposed model is in good agreement with test results, indicating that the mean and standard deviation of the ratios between predictions and experiments are 1.05 and 0.19, respectively. Overall, the proposed model is expected to be available for determining the transverse reinforcement ratio at the boundary element for a targeted displacement ductility ratio.
The lateral load which is applied to the pile foundation supporting the superstructure during an earthquake is divided into the inertia force of the upper structure and the kinematic force of the ground. The inertia force and the kinematic force could cause failure to the pile foundation through different complex mechanisms. So it is necessary to predict and evaluate interaction of the ground-pile-structure properly for the seismic design of the foundation. The interaction is affected by the lateral behavior of the structure, the length of the pile, the boundary conditions of the head, and the relative density of the ground. Confining pressure and ground stiffness change accordingly when the relative density changes, and it results that the coefficient of subgrade reaction varies depending on each system. Horizontal bearing behavior and capacity of the pile foundation vary depending on lateral load condition and relative density of the sandy soil. Therefore, the 1g shaking table tests were conducted to confirm the effect of the relative density of the dried sandy soil to dynamic behavior of the group pile supporting the superstructure. The result shows that, as the relative density increases, maximum acceleration of the superstructure and the pile cap increases and decreases respectively, and the slope of the p-y curve of the pile decreases.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1A
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pp.45-52
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2009
In conventional structural design, deterministic optimization which satisfies codified constraints is performed to ensure safety and maximize economical efficiency. However, uncertainties are inevitable due to the stochastic nature of structural materials and applied loads. Thus, deterministic optimization without considering these uncertainties could lead to unreliable design. Recently, there has been much research in reliability-based design optimization (RBDO) taking into consideration both the reliability and optimization. RBDO involves the evaluation of probabilistic constraint that can be estimated using the RIA (Reliability Index Approach) and the PMA(Performance Measure Approach). It is generally known that PMA is more stable and efficient than RIA. Despite the significant advancement in PMA, RBDO still requires large computation time for large-scale applications. In this paper, A new reliability-based design optimization (RBDO) method is presented to achieve the more stable and efficient algorithm. The idea of the new method is to integrate a response surface method (RSM) with PMA. For the approximation of a limit state equation, the moving least squares (MLS) method is used. Through a mathematical example and ten-bar truss problem, the proposed method shows better convergence and efficiency than other approaches.
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.
Chung, Hyung Sik;Chun, Byung Sik;Lee, Hyoung Soo;Koh, Yong Il
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.1
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pp.153-166
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1991
In an attempt to investigate the effect of intermedate principal stresses which are related to the stress-strain behavior of standard sands, a series of three-Principal stress control tests were conducted for individual stress paths. The results have shown that shear strengths of sands vary with the stress paths. The variations in internal friction angle are accorded with the Habibs stress parameter, b which represents Stress paths, showing on abropt increase at the values between 0.0 and 0.268, a moderate level between 0.268 and 0.682, and a slight decrease between 0.682 and 1.0 However, the friction angles under a triaxial extention state, were found relatively larger than under a triaxial compression state. In general, such veriations were found to have the same tendency without any relevant relation with the density of specimens and confining pressures. Therefore, it is concluded, that the shear strength of sands are positively influeced by the intermediate principal stresses present in the media. And the influnce of intermediate principal stresses on shear strengths of sands found from the present study are well compared with the previous studies by Lade-Duncan and Matsuoka-Nakai revealing a similar tendency within the failure criteria proposed by them.
An experimental investigation was conducted to examine the hysteretic behaviors of ultra-high strength concrete tied columns. The purpose of this study is to investigate the safety of ultra-high strength concrete columns with 100 MPa compressive strength for the requirement of ACI provisions. Eight 1/3 scaled columns were fabricated to simulate an 1/2 story of actual structural members with the cross section $300{\times}300mm$ and the aspect ratio 4. The main variables are axial load ratio, configurations and volumetric ratios of transverse reinforcement. The results show that the deformability of columns are affected by the configurations and volumetric ratios of transverse reinforcement. Especially, it has been found that the behavior of columns are affected by axial load ratio rather than the amounts and the configurations of transverse reinforcement. Consequently, to secure the ductile behavior of 100 MPa ultra-high strength concrete columns, ACI provisions for the requirement of transverse steel may considered axial load level and the details of transverse reinforcement.
Unconfined compression test (UC) has been widely used to determine the undrained shear strength ($c_u$) of clay, because it is convenient and economical. However, UC can not represent the behaviour of in-situ stress condition and the strength obtained by the test is generally underestimated compared to that of triaxial compression, due to no confining pressure. Therefore, a simple and practical method to correct the ($c_u$) for sample disturbance and to be used in geotechnical practice is needed. This study is aimed at proposing the method to estimate in-situ undrained shear strength from UC with suction measurement. The proposed method is based on theoretical shear strength equation of perfect sample (Noorany & Seed, 1965), and effective overburden stress and analysis results ($A_f,\phi'$) of effective stress behaviour by UC are needed for the equation. The shear resistance angle ($\phi'$) can be simply estimated through the result that $K_f$-line slope of the UC is 1.6 times higher than that of triaxial compression test. The result of this study shows that the measured strength by this method is very similar to that of the undrained shear strength by triaxial compression test (CK$_0$UC).
Park, Sung Woo;Park, Seung Su;Hwang, In Baek;Cha, Chul Joon
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.5
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pp.19-28
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2012
In this study, cause of longitudinal crack which is found on duct slab of road tunnel is studied. In-depth investigation, such as visual inspection, non-destructive testing and geometrical surveying of duct slab, is carried out. In order to perform cause analysis, the investigated results are compared to the results of numerical analysis. Many factors, which cause longitudinal crack, are classified as constrained condition of the duct slab, location of the rebar, temperature, shrinkage and so on. According to the classified causes of longitudinal crack, numerical analysis is performed considering construction stage of the tunnel lining. Especially, in order to predict shrinkage stain due to discrepancy of curing date, ACI-209 model, KCI structural design code and other researcher's shrinkage test results are compared. The results show that shrinkage strain is one of the main factors causing longitudinal crack. Other investigated tunnels are classified along with the construction method of duct slab and patterns of cracks. As a result, improving ways to construct duct slab are suggested.
A pile is a type of medium for constructing superstructures in weak geotechnical conditions. A pretensioned spun high-strength concrete (PHC) pile is composed of high-strength concrete with a specified strength greater than 80 MPa. Therefore, it has advantages in resistance to axial and bending moments and quality control and management since it is manufactured in a factory. However, the skin friction of a pile, which accounts for a large portion of the pile bearing capacity, is only approximated using empirical equations or standard penetration test (SPT) N-values. Particularly, there are some poor research results on the pile-soil interface under the seismic loads in Korea. Additionally, some studies do not consider geoenvironmental elements, such as groundwater pH values. This study performs sets of cyclic simple shear tests using submerged concrete specimens for 1 month to consider pH values of groundwater and clay specimens composed of kaolinite to generate a pile-soil interface. 0.2 and 0.4 MPa of normal stress conditions are considered in the case of pH values. The disturbed state concept is employed to express the dynamic behavior of the interface, and the disturbed function parameters are newly suggested. Consequently, the largest disturbance increase under basic conditions is observed, and an early approach to the failure under low normal stress conditions is presented. The disturbance function parameters are also suggested to express this disposition quantitatively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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