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.
The tomb complex of the royal family from the period of the Ungjin Baekje Kingdom (475 to 538 AD) in Gongju, Korea, contains the tomb of King Muryeong and other royal tombs. After the excavation of the tomb of King Muryeong in 1971, these tombs were opened up to the public, without the establishment of systems for their safety, conservation and management. The tombs have consequently experienced rapid environmental changes and suffered various damages. In this study, specific vulnerable parts inside the tombs were selected for deviation analysis using 3D scanning, and 3D image models were constructed on this basis. Progressive displacement was identified in tomb No. 5, and basic data for future investigations was acquired from tomb No. 6 and the tomb of King Muryeong. In the deviation analysis for the southern plastered wall of tomb No. 5, the damage was not found to exceed the ranges of ±18 mm and ±2 mm. However, the lintel stone was found to be sagging by 0.32 mm on average, and the distance between the walls to have increased by 0.36 mm on average. Direct water seepage occurring in tomb No. 5 is considered to be increasing the damage within the tomb, such as the dropping and sagging of the lintel. The 3D image models constructed in this study will play an important role as baseline data for future research, and can be used to discuss a secure conservation scheme for the tombs through cross-validation with precise measurement monitoring.
Geologic sequestration technologies such as CCS (carbon capture and storage), EGS (enhanced geothermal systems), and EOR (enhanced oil recovery) have been widely implemented in recent years, prompting evaluation of the mechanical stability of storage sites. As fluid injection can stimulate mechanical instability in storage layers by perturbing the stress state and pore pressure, poroelastic models considering various injection scenarios are required. In this study, we calculate the pore pressure, stress distribution, and vertical displacement along a surface using commercial finite element software (COMSOL); fault slips are subsequently simulated using PyLith, an open-source finite element software. The displacement fields, are obtained from PyLith is transferred back to COMSOL to determine changes in coseismic stresses and surface displacements. Our sequential use of COMSOL-PyLith-COMSOL for poroelastic modeling of fluid-injection and induced-earthquakes reveals large variations of pore pressure, vertical displacement, and Coulomb failure stress change during injection periods. On the other hand, the residual stress diffuses into the remote field after injection stops. This flow pattern suggests the necessity of numerical modeling and long-term monitoring, even after injection has stopped. We found that the time at which the Coulomb failure stress reaches the critical point greatly varies with the hydraulic and poroelastic properties (e.g., permeability and Biot-Willis coefficient) of the fault and injection layer. We suggest that an understanding of the detailed physical properties of the surrounding layer is important in selecting the injection site. Our numerical results showing the surface displacement and deviatoric stress distribution with different amounts of fault slip highlight the need to test more variable fault slip scenarios.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.29-38
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2022
In this study, the shaking table tests were carried out on six types of non-structural elements installed on a full-scale two-story steel structure. The shaking table tests were performed for non-structural elements with and without seismic isolators. In this study, the seismic performance of Uninterruptible Power Supply (UPS) specimens was tested and investigated. Non-seismic details were composed of conventional channel section steel beams, and the seismic isolators were composed of high damping rubber bearing (HDRB) and wire isolator. The input acceleration time histories were artificially generated to satisfy the requirements proposed by the ICC-ES AC156 code. Based on the test results, the damage and dynamic characteristics of the UPS with the seismic isolator were investigated in terms of the natural frequency, damping ratio, acceleration time history responses, dynamic amplification factors, and relative displacements. The results from the shaking table showed that the dynamic characteristics of the UPS including the acceleration response were significantly improved when using the seismic isolator.
The effect of the soil-structure interaction (SSI) on has been recently evaluated in shaking table tests. However, most of these tests were conducted on single-degree-of-freedom (SDOF) superstructures and a single-pile. This study investigates the inertial interaction effect of a multi-degree-of-freedom (MDOF) superstructure system with a group piles on a large-scale shaking table test. Whereas the SDOF superstructure system shows a single-frequency amplification tendency, the MDOF superstructure system exhibited amplification tendencies of the acceleration phase and frequency responses for multiple frequencies. In addition, the amplification phenomenon between the footing and the column-type superstructure exceeded that between the footing and the wall-type superstructure, indicating a greater inertial interaction effect of the column-type superstructure. The relationship between shear force and inertial force, the relative vertical and horizontal displacements on the footing was figured out. Also, the ananlysis of dynamic p-y curve at each depth was conducted. In summary, the MDOF and SDOP superstructure systems exhibited different behaviors and the column-type superstructure exerted a higher interaction effect than the wall-type superstructure.
Seo, Hyung-Joon;Park, Sung-Won;Jeong, Kyeong-Han;Choi, Hang-Seok;Lee, In-Mo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.25
no.7
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pp.35-46
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2009
Pressure grouting is a common technique in geotechnical engineering to increase the stiffness and strength of the ground mass and to fill boreholes or void space in a tunnel lining and so on. Recently, the pressure grouting has been applied to a soil-nailing system which is widely used to improve slope stability. The soil-nailing design has been empirically performed in most geotechnical applications because the interaction between pressurized grouting paste and the adjacent ground mass is complicated and difficult to analyze. The purpose of this study is to analyze the increase of pullout resistance induced by pressurized grouting with the aid of performing laboratory model tests and field tests. In this paper, two main causes of pullout resistance increases induced by pressurized grouting were verified: the increase of mean normal stress and the increase of coefficient of pullout friction. From laboratory tests, it was found that dilatancy angle could be estimated by modified cavity expansion theory using the measured wall displacements. The radial displacement increases with dilatancy angle decrease and the dilatancy angle increases with injection pressure increase. The measured pullout resistance obtained from field tests is in good agreement with the estimated one from the modified cavity expansion theory.
CFRD (Concrete Faced Rockfill Dam) has been world-widely constructed due to a lot of advantages which it has compared with rockfill dam and recently, sand/gravel materials, Instead of crushed rock materials, are also utilized as a main rockfill material to overcome geological and environmental problems. In Korea, two dams using sand/gravel materials as a main fill material were designed and are being constructed. In this research, the strength and deformation characteristics of the rockfill and sand/gravel materials taken from 2 dam sites were tested by using a laboratory large triaxial testing equipment for a total of 7 cases. From the results of large triaxial and compaction tests, it was observed that two kinds of materials show a little different compaction, shear strenght and deformation characteristics. It could be expected that the shear strength of sand/gravel material was not disadvantageous compared with that of rockfill materials, however, there was some difference between two materials with respect to behavior characteristics. On the other hand, smaller displacements were observed from numerical analysis based on the data from a large triaxial test when the sand/gravel is used as a main fill material compared with the case when the crushed rock material is used as a main fill material. Finally, in spite of a little different shear strength and behavior characteristic between two materials, it was concluded that it will not lead to a significant problem when the sand/gravel material is used as a main rockfill material.
Among a variety of influencing components, time-variant seepage and long-term underground motion are important to understand the abnormal behavior of tunnels. Excessiveness of these two components could be the direct cause of severe damage on tunnels, however, it is not easy to quantify the effect of these on the behavior of tunnels. These parameters can be estimated by using inverse methods once the appropriate relationship between inputs and results is clarified. Various inverse methods or parameter estimation techniques such as artificial neural network and least square method can be used depending on the characteristics of given problems. Numerical analyses, experiments, or monitoring results are frequently used to prepare a set of inputs and results to establish the back analysis models. In this study, a back analysis method has been developed to estimate geotechnically hard-to-known parameters such as permeability of tunnel filter, underground water table, long-term rock mass load, size of damaged zone associated with seepage and long-term underground motion. The artificial neural network technique is adopted and the numerical models developed in the first part are used to prepare a set of data for learning process. Tunnel behavior, especially the displacements of the lining, has been exclusively investigated for the back analysis.
Kim, Young-Ho;Jeong, Sang-Seom;Kim, Jeong-Hwan;Lee, Yang-Gu
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.23
no.6
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pp.37-51
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2007
In this study, pile load tests have been carried out to develop new P-y curves and then, to investigate the effects of pile rigidities on laterally loaded offshore drilled shafts in Incheon marine clay. This paper consists mainly of two parts: the first part, performance of a series of lateral load tests on small- and full-scale piles under one- and two-way loadings and the second part, comparison between the measured and predicted results by using O'Neill's and Matlock's clay models. Based on the results obtained, it is shown that relatively good agreements in bending moments and lateral displacements were obtained between the measured results using calculated P-y curves and predicted ones by O'Neill's and Matlock's clay models. The cases were considered with varying rigidity factors based on pile diameter, length and subgrade soil reaction. Through comparisons, it is found that soil P-y curve influences highly the behavior of flexible pile rather than that of rigid pile.
Most of roadway tunnels have been constructed in the form of parallel twin tunnel in Korea. If parallel twin tunnel does not have a sufficient separation distance between tunnels, the problem of tunnel stability can occur. Generally, it is reported that tunnels are not influenced by each other when a center distance between tunnels is two times longer than tunnel diameter under the complete elastic ground and five times under the soft ground. In this study, the scaled model tests of closely-spaced parallel twin tunnel using homogeneous material are performed and induced displacements are measured around the tunnel openings during excavation. The influence of separation distance between tunnels on the behavior of closely-spaced tunnel is investigated. The experimental results are expressed by the induced displacement vector and progress of crack during construction and at failure. The results show that based on the analysis of induced displacement at the crown during construction, the additional displacement of the preceding tunnel induced by the excavation of following tunnel decreases as the separation distance between twin tunnel increases until the center to center distance is two times of tunnel diameter. Beyond this point, however, the additional displacement has become stabilized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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