Thermal behavior of soils is mainly focused on thermal conduction, and the study of natural convection is very limited. Increase of soil temperature causes natural convection due to buoyancy from density change of pore water. The limitations of the analysis using fluid dynamics for natural convection in the porous media is discussed and a new numerical analysis is presented for natural convection in porous media using THM governing equations fully coupled in the macroscopic view. Numerical experiments for thermal probe show increase in the uncertainty of thermal conductivity estimated without considering natural convection, and suggest appropriate experimental procedures to minimize errors between analytical model and numerical results. Burial of submarine power cable should not exceed the temperature changes of $2^{\circ}C$ at the depth of 0.2 m under the seabed, but numerical analysis for high permeable ground exceeds this criterion. Temperature and THM properties of the seafloor are important design factors for the burial of power cable, and in this case effects of natural convection should be considered. Especially, in the presence of heat sources in soils with high permeability, natural convection due to the variation of density of pore water should be considered as an important heat transfer mechanism.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.38
no.4
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pp.555-565
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2018
Nowadays, the artificial ground freezing (AGF) method has been used in many geotechnical engineering applications such as temporary excavation support, underpinning, and groundwater cutoff. The AGF method conducts the freezing process by employing a refrigerant circulating through a set of embedded freezing pipes to form frozen walls serving as an excavation support and cutoff wall. Two refrigerants of brine with the freezing temperature of $-20{\sim}-40^{\circ}C$ and liquid nitrogen with the freezing (evaporating) temperature of $-196^{\circ}C$ are commonly being used in geotechnical applications. This paper performed a series of field experiments to evaluate the freezing rate of marine clay in application of the AGF method. The field experiments consisted of the single freezing-pipe test and the frozen-wall formation test by circulating liquid nitrogen, which is a cryogenic refrigerant, into freezing pipes constructed at a depth of 3.2 m in the ground. The temperature of discharged liquid nitrogen was maintained through the automatic valve, and the temperature change induced by AGF method was measured at the freezing pipes and in the ground with time. According to the experimental results, the single freezing-pipe test consumed about 11.9 tons of liquid nitrogen for 3.5 days to form a cylindrical frozen body with the volume of about $2.12m^3$. In addition, the frozen-wall formation test used about 18 tons of liquid nitrogen for 4.1 days to form a frozen wall with the volume of about $7.04m^3$. The radial freezing rate decreased with increasing the radius of frozen body because the frozen area at a certain depth is proportional to the square of the radius. The radial freezing rate was formulated as a simple equation.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.17
no.11
s.114
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pp.1120-1131
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2006
This paper describes the numerical analysis techniques using the Combined Integration/Matrix Method to calculate ground potential rise which can be occurred in the various grounding systems. Combined Integration/Matrix Method is used to reduce the error and computation time with the analytical integration equation and the proper segmentaion of earth embedded conductor. To do it, optimal segmentaion method for the buried conductors is presented through error analysis which is capable of applying the practical scaled various grounding systems. The optimum length of segmented element is much co-related with the buried depth of grounding electrode and the maximum length of buried electrode. As a result, less 3 precent errors was obtained by proposed model. The proposed model is applied to verify an effect of multi-grounding problems which was aroused much controversy with separated or common grounding between the high power grounding system and low power grounding system such as signal and telecommunication grounding.
Aging and damaged underground utilities cause cavity and ground subsidence under roads, which can cause economic losses and risk user safety. This study used infrared cameras to assess the thermal characteristics of such cavities and evaluate their reliability using a CNN algorithm. PVC pipes were embedded at various depths in a test site measuring 400 cm × 50 cm × 40 cm. Concrete blocks were used to simulate road surfaces, and measurements were taken from 4 PM to noon the following day. The initial temperatures measured by the infrared camera were 43.7℃, 43.8℃, and 41.9℃, reflecting atmospheric temperature changes during the measurement period. The RP algorithm generates images in four resolutions, i.e., 10,000 × 10,000, 2,000 × 2,000, 1,000 × 1,000, and 100 × 100 pixels. The accuracy of the CNN model using RP images as input was 99%, 97%, 98%, and 96%, respectively. These results represent a considerable improvement over the 73% accuracy obtained using time-series images, with an improvement greater than 20% when using the RP algorithm-based inputs.
Kim, Ki-Young;Lee, Jung-Mo;Baag, Chang-Eob;Jung, Hee-Ok;Hong, Myung-Ho;Kim, Jun-Yeong
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.13
no.2
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pp.153-158
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2010
To investigate the velocity structure in the central and southern parts of the Korean peninsula, a 299-km NW-SE seismic refraction profile KCRT-2008was obtained across major tectonic boundaries. Seismic waves were generated by detonating 250 ~ 1500 kg explosives at depths of 50 ~ 100 m in eight drill holes located at intervals of 21 ~ 113 km. The seismic signals were detected by 4.5 Hz geophones at a nominal interval of 500 m. The first-arrival times were inverted to derive a velocity tomogram. The raypaths indicate several mid-crust interfaces including those at approximate depths of 2 ~ 3, 11 ~ 13, and 20 km. The Moho discontinuity with refraction velocity of 7.7 to 8.1 km/s has a maximum depth of 34.5 km under the central portion of the peninsula. The Moho becomes shallower as the Yellow Sea and the East Sea are approached on the west and east coasts of the peninsula, respectively. The depth of the 7.6 km/s velocity contour varies from 31.3 km to 34.4 km. The velocity tomogram shows the existence of a 129 km wide low-velocity zone centered at 7.2 km depth under the Okchon fold belt and Gyeonggi massif and low-velocity(< 5.4 km/s) rocks in the Gyeongsang sedimentary basin with a maximum thickness of 2.6 km
The horizontal-to-vertical spectral ratio (HVSR) has been widely applied to evaluate ground characteristics such as site response and thickness of the soft sedimentary layer on top of the bedrock via dominant frequencies and amplification factors of microtremors. Eight seismic stations were selected to investigate the HVSR results at the surface and at varying depths, and their variations due to wind speeds. These stations are equipped with seismic sensors on the surface and downhole(s) at depths. The borehole data analysis reveals that the geological condition at burial depth influences the HVSR results. Their dominant frequencies indicate the entire thickness of the soft layer, not the thickness to the bottom or top of the soft sedimentary layer from the seismometer burial depth. Analysis of the background noise observed at the surface showed that the resonance frequency estimation varied with wind speed changes. In the studied cases, the background noise observed in the sedimentary layer at depths of 20 to 66 meters yielded stable and consistent resonance frequency estimation regardless of wind speed fluctuations. The results of the seismic sensors buried deeper than 100 meters are unstable. The result indicates that the background noise from the buried seismometer at shallow depths (~0.3 m) under light wind conditions (wind speeds less than 3 m/s) is sufficient to achieve the purpose of the HVSR analysis.
Purpose: The cavity exploration of the lower part of the road is carried out to prevent ground-sinking. However, the detected communities cannot be identified by the cavity location and history information, such as repackaging the pavement. Therefore, the field applicability of RFID systems was evaluated in this study to enable anyone to accurately identify information. Method: During temporary recovery, tag recognition distance and recognition rate were measured according to underground burial materials and telecommunication tubes using RFID systems with electronic tag chips attached to the bottom of the rubber cap. Result: The perceived distance and perceived rate of depth for each position of the electron tag did not significantly affect the depth up to 15cm, but it did have some effect if the depth was 20cm. In addition, water effects from nearby underground facilities and rainfall are relatively small, and the effects of wind will need to be considered during the weather conditions of the road. Conclusion: The RFID tags for field application of the pavement management system store various information such as location and size of cavity, identification date, cause of occurrence, and surrounding underground facilities to maximize cavity management effect with a system that can be computerized and mobile utilization.
Kim, Daehoon;Eom, Jaewon;Ko, Youngjong;Lee, Kang-Il
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.17
no.4
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pp.169-177
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2018
Glass fiber reinforced polyester (GFRP) composites are widely used as structural materials in harsh environment such as underground pipes, tanks and boat hulls, which requires long-term water resistance. Especially, these materials might be damaged due to delamination between gelcoat and composites through an osmotic process when they are immersed in water. In this study, GFRP laminates were prepared by surface treatment of UPE (unsaturated polyester) gelcoat by vacuum infusion process to improve the durability of composite materials used in underground pipes. The composite surface coated with gelcoat was examined for surface defects, cracking, and hardness change characteristics in water-immersion environments (different temperatures of $60^{\circ}C$, $75^{\circ}C$, and $85^{\circ}C$). The penetration depth of cracks was investigated by micro CT imaging according to water immersion temperature. It was confirmed that cracks developed into the composites material at $75^{\circ}C$ and $85^{\circ}C$ causing loss of durability of the materials. The point at which the initial crack initiated was defined as the failure time and the life expectancy at $23^{\circ}C$ was measured using the Arrhenius equation. The results from this study is expected to be applied to reliability evaluation of various industrial fields where gelcoat is applied such as civil engineering, construction, and marine industry.
Park, Jeong-Jun;Shin, Heesoo;Kim, Dongwook;You, Seung-Kyong;Yun, Jung-Mann;Hong, Gigwon
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.17
no.4
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pp.293-304
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2018
This paper described a results of field test based on plate bearing test of the restoration material, which was developed to restore the ground cavity due to sewerage damage. The analysis of bearing capacity characteristics on the restoration materials was performed by experimental results. The results showed that the load bearing capacity in the maximum stress condition of the foundation ground is about 66%-70%, when the expansion mat is embedded at the bottom of 0.1 m and 0.2 m from the ground surface. However, The load bearing capacity of expansion mat according to embedded depth was not large. The load bearing capacity of concrete mats was about 82%-90% compared with that of ground surface, and it showed about 50% of the load bearing capacity compared with the expansion mat. As a result of analysis of allowable bearing capacity according to restoration materials, it was confirmed that the allowable bearing capacity of the expansion mat and the concrete was about 130%-150% and about 160% more than the foundation ground, respectively.
Lee, Sang Yun;Song, Ki-Il;Kang, Kyung Nam;Ryu, Hee Hwan
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.4
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pp.341-353
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2022
Pipelines are buried in urban area, and the position (depth and orientation) of buried pipeline should be clearly identified before ground excavation. Although various geophysical methods can be used to detect the buried pipeline, it is not easy to identify the exact information of pipeline due to heterogeneous ground condition. Among various non-destructive geo-exploration methods, ground penetration radar (GPR) can explore the ground subsurface rapidly with relatively low cost compared to other exploration methods. However, the exploration data obtained from GPR requires considerable experiences because interpretation is not intuitive. Recently, researches on automated detection technology for GPR data using deep learning have been conducted. However, the lack of GPR data which is essential for training makes it difficult to build up the reliable detection model. To overcome this problem, we conducted a preliminary study to improve the performance of the detection model using finite difference time domain (FDTD)-based numerical analysis. Firstly, numerical analysis was performed with homogeneous soil media having single permittivity. In case of heterogeneous ground, numerical analysis was performed considering the ground heterogeneity using fractal technique. Secondly, deep learning was carried out using convolutional neural network. Detection Model-A is trained with data set obtained from homogeneous ground. And, detection Model-B is trained with data set obtained from homogeneous ground and heterogeneous ground. As a result, it is found that the detection Model-B which is trained including heterogeneous ground shows better performance than detection Model-A. It indicates the ground heterogeneity should be considered to increase the performance of automated detection model for GPR exploration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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