Jung-Wook, Park;Li, Zhuang;Jeong Seok, Yoon;Chan-Hee, Park;Changlun, Sun;Changsoo, Lee
Tunnel and Underground Space
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v.32
no.6
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pp.568-585
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2022
In the present study, we proposed a numerical method for simulating thermally induced fracture slip using a grain-based distinct element model (GBDEM). As a part of DECOVALEX-2023, the thermo-mechanical loading test on a saw-cut rock fracture conducted at the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology was simulated. In the numerical model, the rock sample including a saw-cut fracture was represented as a group of random Voronoi polyhedra. Then, the coupled thermo-mechanical behavior of grains and their interfaces was calculated using 3DEC. The key concerns focused on the temperature evolution, thermally induced principal stress increment, and fracture normal and shear displacements under thermo-mechanical loading. The comparisons between laboratory experimental results and the numerical results revealed that the numerical model reasonably captured the heat transfer and heat loss characteristics of the rock specimen, the horizontal stress increment due to constrained displacement, and the progressive shear failure of the fracture. However, the onset of the fracture slip and the magnitudes of stress increment and fracture displacement showed discrepancies between the numerical and experimental results. We expect the numerical model to be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOVALEX-2023 Task G and validated in further study.
Reduced thickness of the water pipes due to corrosion makes it difficult to perform the original functions since corrosion in metallic water pipes can occur over time. In this study, reliability model that can estimate the probability of pipe breakage is developed regarding corrosion depth increment according to service year. Probability of pipe breakage was calculated by FORM(First Order Reliability Method) and unsteady analysis was performed to analyze the statistical properties of water pressure. And KCIP(Korea Cast Iron Pipe) equation was adopted for the reliability function. Furthermore, change of pipe thickness was estimated by Nahal and Khelif equation and Romanoff equation. Therefore, pipe thickness was calculated due to change of corrosion depth and probability of pipe breakage was calculated and compared with 10, 20, 30 service years. From the results, probability of pipe breakage for network A is gradually increased from 6.8% to 8.6% according to service year of 10, 20, 30 when Nahal and Khelif equation is applied. And probability of pipe breakage for network A is also gradually increased from 6.4% to 8.9% according to service year of 10, 20, 30 when Romanoff equation is applied.
A lot of twin tunnels were modelled with different pillar widths, rock mass classes and stress ratios in order to consider various site conditions, and the stabilities of the pillars were estimated by numerical analyses and scaled model tests. The strength-stress ratios of the pillar were obtained from three different methods which were using the stresses appeared at the middle point, the whole average and the left/right edges of the pillar. The strength-stress ratio of the pillar edges showed relatively conservative values among them, and it was also practically consistent with the tunnel excavating steps comprising the construction sequence analyses which included the partial excavation and the support system. Scaled model tests were also performed to investigate the tunnel stability, where it was found that cracks were progressively generated from the pillar edges toward the middle point of the pillar. Therefore, in order to both prevent the local damage of pillar and conservatively estimate the tunnel stability, it was thought to be an appropriate method using the strength-stress ratio obtained from the left/right edges of the pillar.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.2
no.2
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pp.62-71
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2000
The abandoned mines causing settlement of the surface above and collapse of the cavities are the major influencing factor on the stability of the nearby underground structures. To prevent the harmful effect, the backfill methods are commonly applied to the cavities although the design criteria and the analysis method are not properly addressed in some cases. An approximate analytical method together with the numerical technique is considered in this study to simulate the gradual deterioration of the rock masses around the cavities and, therefore, the influential zone to the underground structures passing through the cavities. Also considered in this study is the backfill effect on the stability of the rock masses around the cavities. Specifically, the incomplete backfill effect is compared with that of the idealized backfill method by adopting elasto-plastic analysis involving a strain softening material law.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.4
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pp.79-88
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1986
A nonlinear cumulative damage theory, which can model the effects of the magnitude and sequence of variable amplitude fatigue loadings, is proposed. The concrete beam specimens are prepared and tested in four-point flexural loading conditions. The variable-amplitude fatigue loadings in two and three stages are considered. The present experimental study indicates that the fatigue failure of concrete is greatly influenced by the magnitude and sequence of applied, variable-amplitude fatigue loadings. It is seen that the linear damage theory proposed by Palmgren and Miner is not directly applicable to the concrete under such loading cases. The sum of the cumulative damage is found to be greater than 1 when the magnitude of fatigue loading is gradually increased and less than 1 when the magnitude of fatigue loading is gradually decreased. The proposed nonlinear damage theory, which includes the effects of the magnitude and sequence of applied fatigue loadings, allows more realistic fatigue analysis of concrete structures.
In this study, a comparison was made between the resulting behaviors of scaled model test and particle flow analysis for blasting demolition of a reinforced concrete structure. For the test and analysis, a progressive failure of a five-story structure was considered. The dimension analysis was carried out to properly scale down the real structure into the laboratory size. The test model was made of the mixture of gypsum, sand and water along with soldering lead to analogy reinforcing steel bars. The ratio of mixing components was chosen to best represent the scaled down strength and deformation modulus. The columns and girders of the structure were precasted in the laboratory and assembled right before the blasting test. The numerical analysis of the blasting demolition was carried out using PFC2D (Particle Flow Analysis 2-Dimension by Itasca). The results of the blasting of concrete lahmen structure showed roughly identical demolition behavior between scaled model test and numerical test. For the blasting of the reinforced concrete structure, the results were more identical and closer to the real demolition behavior, since the demolition behavior was better represented in this case due to the increased tensile strength of the component.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.15
no.5
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pp.11-24
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2011
A real-time hybrid test of a 3 story-3 bay reinforced concrete frame which is divided into numerical and physical substructure models under uniaxial earthquake excitation was run using a fixed iteration implicit HHT time integration method. The first story inner non-ductile column was selected as the physical substructure model, and uniaxial earthquake excitation was applied to the numerical model until the specimen failed due to severe damage. A finite-element analysis program, Mercury, was newly developed and optimized for a real-time hybrid test. The drift ratio based on the top horizontal displacement of the physical substructure model was compared with the result of a numerical simulation by OpenSees and the result of a shaking table test. The experiment in this paper is one of the most complex real-time hybrid tests, and the description of the hardware, algorithm and models is presented in detail. If there is an improvement in the numerical model, the evaluation of the tangent stiffness matrix of the physical substructure model in the finite element analysis program and better software to reduce the computational time of the element state determination for the force-based beam-column element, then the comparison with the results of the real-time hybrid test and the shaking table test deserves to make a recommendation. In addition, for the goal of a "Numerical simulation of the complex structures under dynamic loading", the real time hybrid test has enough merit as an alternative to dynamic experiments of large and complex structures.
This paper is to investigate the bearing capacity and the failure mechanism of slope subjected to strip surcharges adjassent to embankment slope of sandy soil. Parametric model tests under plain strain condition were performed by changing width of footing, relative density of slope materials, and position of footing from the crest of slopes. For model tests, Jumunjin standard sand was used as the slope material and its relative density was 45% and 70%, respectively. The angle of slope was formed with 1 : 1.5 and 1 2. Rigid model footings, made of aluminuu were used with their widths of 4, 7, 10 and 12cm. For the position of model footing, position ratios, distance of model footing from the crest of slope divided by footing width, were 0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5. Failure mechanism was observed by using ink colored sands and markers inserted in model slopes. Ultimate bearing capacity obtained from tests was analyzed and compared with limit equilibrium method, limit analysis method and empirical equation. Characteristics of load-settlement curves and failure mechanism were also analyzed and compared with the existing theories. Thus, their effects on ultimate bearing capacity of model footing adjacent to slope were assessed.
The behavior of the dry-stone masonry retaining structure has been investigated via physical model test and numerical simulation. In the model test, the digital image analysis using PIV technique was employed to measure horizontal displacements in the backfill soils and retaining blocks. For finite element numerical analyses, the commercial code, ABAQUS, was used. The horizontal displacements observed in the model test showed that the development of the failure surface is progressive. Numerical results showed that in most cases horizontal earth pressure is distributed similarly to a conventional Rankine’s distribution. However, lower values of the internal friction angle of the backfill soils and interface friction angle in the front blocks produce irregularly nonlinear distribution of the horizontal earth pressure.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2020.06a
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pp.368-368
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2020
최근 초대형화 되어 나타나고 있는 이상홍수와 지진 등에 의한 저수지 붕괴와 같은 대규모 비상상황 발생으로 하류지역 주민의 생명과 재산의 피해가 발생하고 있다. 국내의 경우 1996년 이후로 지속적으로 발생하고 있는 이상홍수로 인해 1998년에는 40개,1999년에는 5개의 소규모 저수지가 붕괴되었으며 최근 2013년과 2014년에도 저수지가 붕괴되는 상황이 발생했다. 댐붕괴의 원인은 구조물의 자연적 노화, 극심한 강우나 홍수, 지진, 제체전도, 파이핑, 침윤발생, 월류 및 파랑 등에 의한 자연적 상황 등이 요인이 될 수 있으며, 시공결함, 사고 또는 전쟁과 같은 인위적인 요인으로 발생할 수도 있다. 과거에 설계 및 시공기술이 부족하였거나 경제적인 이유로 부실하게 건설되어 있는 댐이 세계적으로 산재되어 있어 잠재적인 위험을 상당수 내재하고 있는 실정이다. 본연구는 댐의 점진적인 파괴에 의해 발생하는 유출수문곡선을 구하고 파괴의 성질을 예측 및 홍수파를 수리학적으로 추적하기위해 BREACH 모형과 DAMBRK 모형을 사용했으며 극한홍수(PMF)조건과와 최대지진발생(MCE)조건을 적용하여 원주시 관내 저수지 붕괴 모의 시나리오를 구축했다. 저수지 붕괴에 따른 유출수문곡선을 유도하기 위해서 본 연구에서는 기존의 EAP보고서 자료를 참고하여 붕괴지속시간, 붕괴부 평균폭, 붕괴부 측벽면 경사의 변화에 따라 다양한 모의를 수행함으로써 발생되는 붕괴부 유량 수문곡선을 도출하여 각각의 조건들이 붕괴파 형성에 미치는 영향에 대한 분석을 실시하였다. 그 결과 저수지의 붕괴시 첨두유출량에 민감한 영향을 주는 인자는 붕괴지속시간과, 붕괴부 평균폭으로서 이들 값이 붕괴유출량 변화에 많은 영향을 주는 것으로 나타났다. 최대지진발생(MCE)조건 해석결과 홍수류의 범람으로 인해 홍수파가 하류측으로 진행할수록 완만히 감소하며, 하천 중·상류부 인근 제내지로 홍수류의 범람이 발생하는 것으로 검토되었으며, 극한홍수(PMF)조건 해석결과 최대지진발생(MCE)조건과 같이 홍수파가 하류측으로 진행할수록 완만히 감소하는 특성을 보이며, 하천 전체 구간에서 인근제내지로 홍수류의 범람이 발생하는 것으로 검토되었다. 본 연구는 침수구역 피해규모 산정 및 비상대처계획도를 작성시 기초데이터가 되어 상황별 피해예상지역에 대해 응급행동요령, 주민대피계획비상대처계획을 수립하여 지역 주민생활에 안정을 기여하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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