Tafreshi, S.N. Moghaddas;Darabi, N. Joz;Dawson, A.R.
Geomechanics and Engineering
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제14권2호
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pp.115-129
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2018
This paper presents a set of results of plate load tests that imposed incremental cyclic loading to a sandy soil bed containing multiple layers of granulated rubber-soil mixture (RSM) at large model scale. Loading and unloading cycles were applied with amplitudes incrementally increasing from 140 to 700 kPa in five steps. A thickness of the RSM layer of approximately 0.4 times the footing diameter was found to deliver the minimum total and residual settlements, irrespective of the level of applied cyclic load. Both the total and residual settlements decrease with increase in the number of RSM layers, regardless of the level of applied cyclic load, but the rate of reduction in both settlements reduces with increase in the number of RSM layers. When the thickness of the RSM layer is smaller, or larger, settlements increase and, at large thicknesses may even exceed those of untreated soil. Layers of the RSM reduced the vertical stress transferred through the foundation depth by distributing the load over a wider area. With the inclusion of RSM layers, the coefficient of elastic uniform compression decreases by a factor of around 3-4. A softer response was obtained when more RSM layers were included beneath the footing damping capacity improves appreciably when the sand bed incorporates RSM layers. Numerical modeling using "FLAC-3D" confirms that multiple RSM layers will improve the performance of a foundation under heavy loading.
In case of soil nailing system, there have been many attempts to expand into slope and temporary earth retaining system stabilization method since the first ground excavation earth retaining system construction in 1993. Recently, jointing wall, underground wall of buildings and excavation earth retaining wall, construction were increasingly applied for effective utilization of the limited underground space and land application maximized. However, the application of joining wall into retaining wall or building by temporary soil nailing system and design of permanent wall were performed by using Rankine earth pressure theory without considering the distribution of earth pressure in the soil nailing. In this study was performed to introduce the design case by 'Two-Body Translation mechanism (TBTM)' to be able to consider distribution of earth pressure in the soil nailing when designing the permanent jointing wall using soil nailing system for effective utilization of ground space. Also, this study attempts to evaluate the earth pressure change, decreasing effect of wall displacement and increasing effect of stability when advanced soil nailing system is constructed using $FLAC^{2D}$${\nu}er.$ 3.30 program and 'Two-Body Translation mechanism'.
Underground tunnelling is one of the sustainable construction methods which can facilitate the increasing passenger transportation in the urban areas and benefit the community in the long term. Tunnelling in various ground conditions requires careful consideration of the stability factor. This paper investigates three dimensional stability of a shallow circular tunnel in a layered soil. Upper bound theorem of limit analysis was utilised to solve the tunnel face stability problem. A three dimensional kinematic admissible failure mechanism was improved to model a layered soil and limiting assumptions of the previous studies were resolved. The study includes calculation of the minimum support pressure acting on the face of the excavation in closed-face excavations. The effects of the characteristics of the layers on the minimum support pressure were examined. It was found that the ratio of the thickness of cover layers particularly when a weak layer is overlying a stronger layer, has the most significant influence on the minimum tunnel support pressure. Comparisons have been made with the results of the numerical modelling using FLAC3D software. Results of the current study were in a remarkable agreement with those of numerical modelling.
Dynamic compaction has evolved as an acceptable method of site improvement by treating poor soils in situ. The method is often an economical alternative for utilizing shallow foundations and preparing subgrades for construction when compared with conventional solutions. In general, the installation purpose of dynamic compaction are to increase bearing capacity and decrease differential settlement within a specified depth of improvement. This method involves the s systematically dropping large weights onto the ground surface to compact the underlying ground. The weights used on dynamic compaction projects have been typically constructed of steel plates, sand or concrete filled steel shells, and reinforced concrete. Typically, weights range from 5-20 ton and base configurations are, circular or octagonal. In this study, the effective depth of improvement is evaluated based on the numerical analysis code, the dynamic analysis of FLAC-3D program, in order to analyze the influence parameters ; ground conditions, maximum applied load and the area of compaction plate.
This paper presents an actual microstructure-based numerical method to investigate the mechanical properties of concrete at mesoscopic level. Digital image processing technique is used to capture the concrete surface image and generate the actual 3-phase microstructure of the concrete, which consists of aggregate, matrix and interfacial transition zones. The microstructure so generated is then transformed into a mesh or grid for numerical analysis. A finite difference code FLAC2D is used for the numerical analysis to simulate the mechanical responses and failure patterns of the concrete. Several cases of concrete with different degrees of material heterogeneity and under different compression loading conditions have been analysed. From the numerical results, the effects of the internal material heterogeneities as well as the external confining stresses are studied. It is shown that the material heterogeneities arising from the presence of different phases and the existence of interfacial transition zones have great influence on the overall mechanical behaviour of concrete and that the numerically simulated behaviour of concrete with or without confining stresses applied agrees quite well with the general observations reported in the literature.
High-stress and complex geological conditions impose great challenges to maintain excavation stability during deep underground mining. In this research, large anisotropic deformation and its management by support system at a deep underground mine in Western Australia were simulated through three-dimensional finite-difference model. The ubiquitous-joint model was used and calibrated in FLAC3D to reproduce the deformation and failure characteristics of the excavation based on the field monitoring results. After modeling verification, the roles of mining depth also the intercept angle between excavation axis and foliation orientation on the deformation and damage were studied. Based on the results, quantitative relationships between key factors and damage classifications were presented, which can be used as an engineering tool. Subsequently, the performance of support system installation sequences was simulated and compared at four different scenarios. The results show that, first surface support and then reinforcement installation can obtain a better controlling effect. Finally, the influence of bolt spacing and ring spacing were also discussed. The outcomes obtained in this research may play a meaningful reference for facing the challenges in thin-bedded or foliated ground conditions.
In a super-large underground with "large span and high side wall", it is buried in mountains with uneven lithology, complicated geostress field and developed geological structure. These surrounding rocks are more susceptible to stability issues during the construction period. This paper takes the left bank of Baihetan hydropower station (span is 34m) as a case study example, wherein the deformation mechanism of surrounding rock appears prominent. Through analysis of geological, geophysical, construction and monitoring data, the deformation characteristics and factors are concluded. The failure mechanism, spatial distribution characteristics, and evolution mechanism are also discussed, where rock mechanics theory, $FLAC^{3D}$ numerical simulation, rock creep theory, and the theory of center point are combined. In general, huge underground cavern stability issues has arisen with respect to huge-scale and adverse geological conditions since settling these issues will have milestone significance based on the evolutionary pattern of the surrounding rock and the correlation analyses, the rational structure of the factors, and the method of nonlinear regression modeling with regard to the construction and development of hydropower engineering projects among the worldwide.
Physical conditions play vital role on the mechanical properties of frozen soil, especially for the temperature and moisture content of frozen soil. Subsequently, they influence the subsidence and stress law of permafrost layer. Taking Jiangcang No. 1 Coal Mine as engineering background, combined with laboratory experiment, field measurements and empirical formula to obtain the mechanical parameters of frozen soil, the thick plate mechanical model of permafrost was established to evaluate the safety of permafrost roof. At the same time, $FLAC^{3D}$ was used to study the influence of temperature and moisture content on the deformation and stress law of frozen soil layer. The results show that the failure tensile stress of frozen soil is larger than the maximum tensile stress of permafrost roof occurring in the process of mining. It indicates that the permafrost roof cannot collapse under the conditions of moisture content in the range from 20% to 27% as well as temperature in the range from $-35^{\circ}C$ to $-15^{\circ}C$. Moreover, the maximum subsidence of the upper and lower boundary of the overlying permafrost layer decreases with the increase of moisture content in the range of 15% to 27% or the decrease of temperature in the range of $-35^{\circ}C$ to $-15^{\circ}C$ if the temperature or moisture content keeps consistent with $-25^{\circ}C$ or 20%, respectively.
Rahimpour, Nima;Omran, Morteza MohammadAlinejad;Moghaddam, Amir Bazrafshan
Geomechanics and Engineering
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제30권4호
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pp.363-372
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2022
One of the most frequent issues in tunnel excavation is the collapse of rock blocks and the dropping of rock fragments from the tunnel face. The tunnel face can be reinforced using a number of techniques. One of the most popular and affordable solutions is the use of face longitudinal dowels, which has benefits including high strength, flexibility, and ease of cutting. In order to examine the reinforced face, this work shows the longitudinal deformation profile and ground response curve for a tunnel face. This approach is based on assumptions made during the analysis phase of problem solving. By knowing the tunnel face response and dowel behavior, the interaction of two elements can be solved. The rock element equation derived from the rock bolt method is combined with the dowel differential equation to solve the reinforced ground response curve (GRC). With a straightforward and accurate analytical equation, the new differential equation produces the reinforced displacement of the tunnel face at each stage of excavation. With simple equations and a less involved computational process, this approach offers quick and accurate solutions. The FLAC3D simulation has been compared with the suggested analytical approach. A logical error is apparent from the discrepancies between the two solutions. Each component of the equation's effect has also been described.
Ground vibration generated repeatedly in blasting tunnel excavation sites is known to be one of the major hazards induced by blasting operations. Various studies have been conducted to minimize these hazards, both theoretical and empirical methods using electronic detonator, the deck charge method, the center-cut method among others Among these various existing methods for controlling the ground vibration, in this study, we investigated the cut method. In particular, we analyzed and compared the V-cut method, which is commonly used in tunnel blasting, to the double-drilled parallel method, which has recently been introduced in tunnel excavation site. To understand the rock fragmentation efficiency as well as the ground vibration controllability of the two methods, we performed in-situ field blasting tests with both cut methods at a tunnel excavation site. Additionally, numerical analysis by FLAC3D has been executed for a better understanding of fracture propagation pattern and ground vibration generation by each cut method. Ground vibration levels, by PPVs measured in field blasting tests and PPVs estimated in numerical simulations, showed a lower value in the double-drilled parallel compared with the V-cut method, although the exact values are quite different in field measurement and numerical estimation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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