The mechanical behaviour and stability of coal mining engineering underground is significantly affected by ground water. In this study, nuclear magnetic resonance imaging (NMRI) technique was employed to determine the water distribution characteristics in coal specimens during saturation process, based on which the functional rule for water distribution was proposed. Then, using discrete element method (DEM), an innovative numerical modelling method was developed to simulate water-weakening effect on coal behaviour considering moisture content and water distribution. Three water distribution numerical models, namely surface-wetting model, core-wetting model and uniform-wetting model, were established to explore the water distribution influences. The feasibility and validity of the surface-wetting model were further demonstrated by comparing the simulation results with laboratory results. The investigation reveals that coal mechanical properties are affected by both water saturation coefficient and water distribution condition. For all water distribution models, micro-cracks always initiate and nucleate in the water-rich area and thus lead to distinct macro fracture characteristics. With the increase of water saturation coefficient, the failure of coal tends to be less violent with less cracks and ejected fragments. In addition, the core-wetting specimen is more sensitive to water than specimens with other water distribution models.
Our objective is to model static multi-cracking processes in concrete. The explicit dynamic relaxation (DR) method, which gives the solutions of non-linear static problems on the basis of the steady-state conditions of a critically damped explicit transient solution, is chosen to deal with the high geometric and material non-linearities stemming from such a complex fracture problem. One of the common difficulties of the DR method is its slow convergence rate when non-monotonic spectral response is involved. A modified concept that is distinct from the standard DR method is introduced to tackle this problem. The methodology is validated against the stable three point bending test on notched concrete beams of different sizes. The simulations accurately predict the experimental load-displacement curves. The size effect is caught naturally as a result of the calculation. Micro-cracking and non-uniform crack propagation across the fracture surface also come out directly from the 3D simulations.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.643-650
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2002
The large planar failure has occurred in a rock cut slope of highway construction site in Boeun. This area is considered as unstable since the discontinuities whose orientations are similar to the orientation of the failure plane, are observed in many areas. Therefore, several analysis techniques such as SMR, stereographic analysis, limit equilibrium, numerical analysis, which are commonly used in rock slope stability analysis, are adopted in this area. In order to analyze the stress redistribution and nonlinear displacement caused by cut, which are not obtained in limit equilibrium method, the UDEC and shear strength reduction technique were used in this study Then the factors of safety evaluated by shear strength reduction technique and limit equilibrium were compared. In addition, the factor of safety under fully saturated slope condition was calculated and subsequently, the effect of the reinforcement was evaluated.
In this study, the rebar rock bolt sensor and GFRP rock bolt sensor, which can be monitored, were embedded in a large model slope, and the behavior of slopes occurred in the early stage of slope collapse was analyzed after performing the field failure test, numerical analysis of the individual element method and finite element method. By comparing and analyzing the field test and numerical analysis results, field applicability of rock slope collapse monitoring on the rebar rock bolt sensor and GFRP rock bolt sensor was investigated. Through this study, smart slope collapse prediction and warning system was developed, which can be used to induce effective evacuation of residents living in the collapsible area by detecting landslide and ground decay precursor information in advance.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.13
no.3
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pp.169-180
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2009
A discontinuous Galerkin method with interior penalty terms is presented for linear Sobolev equation. On appropriate finite element spaces, we apply a symmetric interior penalty Galerkin method to formulate semidiscrete approximate solutions. To deal with a damping term $\nabla{\cdot}({\nabla}u_t)$ included in Sobolev equations, which is the distinct character compared to parabolic differential equations, we choose special test functions. A priori error estimate for the semidiscrete time scheme is analyzed and an optimal $L^\infty(L^2)$ error estimation is derived.
Park, Jung-Wook;Park, Chan;Ryu, Dongwoo;Choi, Byung-Hee;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.26
no.3
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pp.235-252
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2016
This study presents a methodology to reproduce the mechanical behavior of isotropic or transversely isotropic rock using the polygonal grain-based distinct element model. A numerical technique to monitor the evolution of micro-cracks during the simulation was developed in the present study, which enabled us to examine the contribution of tensile cracking and shear cracking to the progressive process of the failure. The numerical results demonstrated good agreement with general observations from rock specimens in terms of the behavior and the evolution of micro-cracks, suggesting the capability of the model to represent the mechanical behavior of rock. We also carried out a parametric study as a fundamental work to examine the relationships between the microscopic properties of the constituents and the macroscopic behavior of the model. Depending on the micro-properties, the model exhibited a variety of responses to the external load in terms of the strength and deformation characteristics. In addition, a numerical technique to reproduce the transversely isotropic rock was suggested and applied to Asan gneiss from Korea. The behavior of the numerical model was in good agreement with the results obtained in the laboratory-scale experiments of the rock.
In recent times, there has been a growing need to retrofit and strengthen reinforced concrete (RC) structures that have been damaged. Numerous studies have explored various methods for strengthening RC beams. However, there is a significant dearth of research investigating the utilization of ultra-high-performance concrete (UHPC) for retrofitting damaged RC beams within a concrete frame. This study aims to develop a finite element (FE) model capable of accurately simulating the nonlinear behavior of RC beams and subsequently implementing it in an RC concrete frame. The RC frame is subjected to loading until failure at two distinct degrees, followed by retrofitting and strengthening using Ultra high performance shotcrete (UHPS) through two different methods. The results indicate the successful simulation of the load-displacement curve and crack patterns by the FE model, aligning well with experimental observations. Novel techniques for reinforcing deteriorated concrete frame structures through ABAQUS are introduced. The second strengthening method notably improves both the load-carrying capacity and initial stiffness of the load-displacement curve. By incorporating embedded rebars in the frame's columns, the beam's load-carrying capacity is enhanced by up to 31% compared to cases without embedding. These findings indicate the potential for improving the design of strengthening methods for damaged RC beams and utilizing the FE model to predict the strengthening capacity of UHPS for damaged concrete structures.
The effect of particle breakage and intermediate principal stress ratio on the behaviour of crushable granular assemblies under true triaxial stress conditions is studied using the discrete element method. Numerical results show that the increase of intermediate principal stress ratio $b(b=({\sigma}_2-{\sigma}_3)/({\sigma}_1-{\sigma}_3))$ results in the increase of dilatancy at low confining pressures but the decrease of dilatancy at high confining pressures, which stems from the distinct increasing compaction caused by breakage with b. The influence of b on the evolution of the peak apparent friction angle is also weakened by particle breakage. For low relative breakage, the relationship between the peak apparent friction angle and b is close to the Lade-Duncan failure model, whereas it conforms to the Matsuoka-Nakai failure model for high relative breakage. In addition, the increasing tendency of relative breakage, calculated based on a fractal particle size distribution with the fractal dimension being 2.5, declines with the increasing confining pressure and axial strain, which implies the existence of an ultimate graduation. Finally, the relationship between particle breakage and plastic work is found to conform to a unique hyperbolic correlation regardless of the test conditions.
Road subsidence, frequently occurring in urban areas, is caused by collapsing of surface layer due to underground cavities followed by a loss of soils. To better understand this phenomenon, the mechanism of cavity formation should be identified firstly. Two kinds of possible subsidence mechanisms were established through previous case studies and the numerical analyses based on Distinct Element Method were conducted for each of these mechanisms. It was confirmed that particle loss and surface settlement can develop differently depending on slit size, void ratio, and particle shape among the various factors influencing the road subsidence. The result demonstrated that the effects of varying cavity diameter and depth could be quantified as a damage chart.
Park, Jong-Sung;Ryu, Chang-Ha;Lee, Chung-In;Ryu, Dong-Woo
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.2
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pp.133-141
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2007
The excavation damaged zone (EDZ) is an area around an excavation where in situ rock mass properties, stress condition, displacement, groundwater flow conditions have been altered due to the processes induced by the excavation. Various studies have been carried out on EDZ, but most studies have focused on the mechanical bahavior of EDZ by in situ experiment. Even though the EDZ could potentially form a high permeable pathway of groundwater flow, only a few studies were performed on the analysis of groundwater flow in EDZ. In this study, the 'hydraulic EDZ' was defined as the rock zone adjacent to the excavation where the hydraulic aperture has been changed due to the excavation by using H-M coupling analysis. Fundamental principles of distinct element method (DEM) were used in the analysis. In the same groundwater level, the behavior of hydraulic aperture near the cavern was analyzed for different stress ratios, initial apertures, fracture angles and fracture spacings by using a two-dimensional DEM program. We evaluate the excavation induced hydraulic aperture change. Using the results of the study, hydraulic EDZ was defined as an elliptical shape model perpendicular to the joint.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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