This paper presents the results of 2D and 3D finite element simulations conducted to analyze the effects of excavation depth (H), excavation width (L), and ground condition on the behavior of anchored earth retaining wall in inclined ground layers. The results of numerical analyses are compared with those of the site instrumentation analyses. Based on the results obtained, it appeared that 2D numerical analysis tends to overestimate the horizontal displacement of retaining wall compared to the 3D numerical analysis. When the excavation depth is deeper than 20m, it is found that 2D and 3D numerical analysis results of excavation work in soil ground condition are more different from the results in rock ground condition. For an accurate 3D numerical analysis, applying 3D mesh which has an excavation width twice longer than excavation depth is recommended. Consequently, 3D numerical analysis may be able to offer significantly better predictions of movement than 2D analysis.
Park, Jun-Sik;Cha, Hyun-Jong;Jo, Seon-Ah;Jung, Ju-Hwan;Oh, Tae-Min
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.5
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pp.395-409
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2022
To overcome the limitation of conventional rock excavation methods, the excavation with abrasive waterjet has been actively developed. The abrasive waterjet excavation method has the effect of reducing blasting vibration and enhancing the excavation efficiency by forming a continuous free surface on the rock. However, the waterjet cutting performance varies with rock fracturing characteristics. Thus, it is necessary to analyze the cutting performance for various rocks in order to effectively utilize the waterjet excavation. In this study, cutting experiments with the high pressure waterjet system were performed for basalt and granite specimens. Water pressure, standoff distance, and traverse speed were determined as effective parameters for the abrasive waterjet cutting. The cutting depth and width of basalt specimens were analyzed to compare with granite results. The averaged cutting depth of basalt was shown in 41% deeper than granite; in addition, the averaged cutting width of basalt was formed by 18.5% narrower than granite. The results of this study are expected to be useful basic data for applying rock excavation site with low strength and high porosity such as basalt.
A pre-load of bracing was imposed to prevent the horizontal displacement on the strut of the braced wall adjacent to the building during the ground excavation. For this purpose, large scale model tests were conducted, without and with pre-load on braced wall. Adjacent building load was also imposed in different locations, that were 0 m, 1D, 2D on ground surface. In this study, model tests in 1:10 scale were performed in real construction sequences, and adjacent building was 12 m in width and the size of model test pit was 2 m in width, 6 m in height, and 4 m in length. As a result, it was found that the stability of the existing building adjacent to the braced wall within Rankine's active zone could be greatly enhanced when the horizontal displacement of the braced wall was reduced by applying a pre-load. which was larger than the designated axial force on the strut of the braced wall.
Earth berms are often left in place to support retaining walls or piles in order to eliminate horizontal struts in excavations of soft soil areas. However, if the excavation depth is relatively large, an earth berm-supported retaining system may not be applicable and could be replaced by a multi-bench retaining system. However, studies on multi-bench retaining systems are limited. The goal of this investigation is to study the deformation characteristics, internal forces and interaction mechanisms of the retaining structures in a multi-bench retaining system and the failure modes of this retaining system. Therefore, a series of model tests of a two-bench retaining system was designed and conducted, and corresponding finite difference simulations were developed to back-analyze the model tests and for further analysis. The tests and numerical results show that the distance between the two rows of retaining piles (bench width) and their embedded lengths can significantly influence the relative movement between the piles; this relative movement determines the horizontal stress distribution in the soil between the two rows of piles (i.e., the bench zone) and thus determines the bending moments in the retaining piles. As the bench width increases, the deformations and bending moments in the retaining piles decrease, while the excavation stability increases. If the second retaining piles are longer than a certain length, they will experience a larger bending moment than the first retaining piles and become the primary retaining structure. In addition, for varying bench widths, the slip surface formation differs, and the failure modes of two-bench retained excavations can be divided into three types: integrated failure, interactive failure and disconnected failure.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.21
no.1
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pp.155-166
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2019
It is necessary to construct underground in the metropolis. Road traffic has reached saturation point. The city has several underground road construction projects. In abroad, double deck tunnels are planned and constructed. It is attained a high level of underground development technology. In case the double deck tunnel (2 lane) is planed instead of the bidirectional tunnel (2 lane), excavation area is similar. But tunnel width is decreased. The reduced width can cut cost for the tunnel reinforcement. This study evaluates the stability of excavation on double deck tunnel. By the assessment of the strength-stress ratio and strength reduction method, quantitative analysis is conducted between double deck tunnel and the bidirectional tunnel.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.4
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pp.331-341
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2007
Pre-loads could be imposed on the braced wall to prevent the horizontal displacements during the ground excavation adjacent to the existing tunnel. For this purpose, new pre-loading system through which large pre-loads could be applied to the braced wall was used in the model tests. Large scale model tests were performed in the real scale test pit which was 2.0 m in width and 6.0 m in hight and 4.0 m in length. Test ground was constructed by sand. Model tunnel in 1.2 m diameter was constructed before test ground excavation. Test ground was excavated adjacent to existing tunnel and was braced. To investigate the effect of pre-loading, tests without pre-load were also performed. During the ground excavation were the behavior of braced wall, test tunnel, and ground measured. Model tests were also numerically analysed and their results were compared to that of the real scale tests. As a result, it was found that the stability of the existing tunnel was greatly enhanced when the horizontal displacements of braced wall was reduced by applying pre-load larger than the design load.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.5
no.3
s.19
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pp.71-78
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2004
In conventional method of supporting soil shuttering wall during excavation a system of struts and wales to provide cross-lot bracing is common in trench excavations and other excavations of limited width. This method, however, becomes difficult and costly to be adopted for large excavations since heavily braced structural systems are required. Another expensive and unsafe situations are expected when temporary struts must be removed for the construction of underground structures. This paper introduces innovative strut systems which can be used as permanent underground structures after its role as brace system to resist earth pressure during excavation phase. Underground structural system suggested from architect is checked against the soil lated pressures before the analysis of stresses developed from gravity loads. In this technology, named SPS(Struts as Permanent System), retaining wall is installed first and excavation proceeds until the first level of bracing is reached. Braces used as struts during excavation will serve as permanent girders when buildings are in operation. Simultaneous construction of underground and superstructure can proceeds when excavation ends with the last level of braces being installed. In this paper, construction sequence and the calculation concept are explained in detail with some photo illustrations. SPS technology was applied to three selected buildings. One of them was completed and two others are being constructed Many sensors were installed to monitor the behavior of retaining wall, braces as column in terms of stress change and displacement. Adjacent ground movement was also obtained. These projects demonstrate that SPS technology contributes to the speed as well as the economy involved in construction.
Recently, planning road construction in South Korea is focused on upgrading of the existing road by rerouting or restructuring. For this, roads under current construction in Korea go for more straight in its alignments and routing. Straight routing makes it all the more required to construct many mountain tunnels and bridges in Korea where mountains are so widely spread. Some portal of mountain tunnel is not rarely planed at high steep slope of mountain valley where it is not easy to secure working space for tunnel excavation. Reverse excavation is an alternative measure for excavation of tunnel portal at high steep slope. Construction in reverse excavation method has three important points requiring careful consideration: 1)planning of pilot tunnel in proper width, height, and length etc., 2)measure against the effect of one-side earth pressure to the direction of tunnel portal, 3)securing tunnel safety against shallow ground condition at portal zone. This paper intends to suggest applicable range of pilot tunnel for reverse excavation at the portal zone located at high steep slope, and shows result of study on the appropriateness of a reverse excavation by means of 3D numerical analysis. Result of 3D numerical analysis for reverse excavation at high steep slope shows that pilot tunneling will be applicable to start from the point $20{\sim}25m$ before the portal from inside the tunnel.
Shin Kang Ho;Park Tu Sung;Park O Sung;Kim Jae Kwon
Proceedings of the KSR Conference
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2004.06a
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pp.1007-1013
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2004
A three-arch NATM tunnel with a total length of 53.5m has been constructed for a metropolitan subway station in Daejon, Korea. The tunnel, whose crown is located 22m below the ground, crosses the old Daejon station underneath. Since the tunnel comprises a very large section (10${\times}$28 m; largest in Korea), it shows complicated mechanical behaviors, especially near portal, due to its short length relative to width. As far as its construction step is concerned, the center tunnel is excavated with pre-excavated pilot tunnel, which is a unique feature of this tunnel (first in Korea) to secure safety during construction and prevent excessive settlements. The both side tunnels are then excavated along with the center tunnel. Since significant amount of settlement was predictable from the design stage, extensive monitoring was performed during construction. During excavation of the side tunnels, unexpected large settlements up to ${\~}$140mm (estimated 41.8 mm at design stage) was measured at the center tunnel. In this paper, we study the causes of this unusually large ground settlement. We believe that the extra-wide tunnel excavation increases the stress influence zone of portal in longitudinal direction and consequently add more settlements to the existing due to excavation and consolidation.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.39
no.1
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pp.112-121
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1997
The aim of this study was to analyze the slope stability relating to the failure of cut slopes and the characteristics of stress-strain relations obtained by limit equilibrium method, finite element method, and stereographic projection method for the reinforced cut slopes. The following conclusions were made : 1.To use stereographic projection method led to little possibility to take the toppling and wedge failure while to use the other methods led to the failure. It was recommended to reduce the slope inclination from 1:1 to 1: 1.5~1 :1.8 and adopt coir mesh method to protect the slope surface. position with the horizontal displacement after final excavation moved to the excavation base. The maximum shear strain values concentrated at the excavation base indicated the possibility to induce the local failure. 3. It was recommended that the slope inclination for blast rock with the slope height larger than l0m was 1: 0.5, 1:1, and 1: 1~1 :1.5 for hard rocks, soft and ordinary rocks, and ripping and soils, respectively. 4. Berm width criteria for blast rock with the slope height larger than l0m were recommended as follow : 2~3m per 20m slope height for hard rocks, 1 ~2m per l0m slope height for soft and ordinary rocks, 1 ~ l.5m per 5m slope height for ripping and soils.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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