The multi-region model, to describe preferential flow, is an equation representing solute transport in soils by dividing soil into numerous pore groups and using the hydraulic properties of the soil. As the model partial differential equation (PDE) is solved numerically with finite difference methods. a modified equivalent partial differential equation(MEPDE) of the partial differential equation of the multi-region model is derived to analyze the accuracy and consistency of the solution of the model PDE and the Von Neumann method is used to analyze the stability of the finite difference scheme. The evaluation obtained from the MEPDE indicated that the finite difference scheme was found to be consistent with the model PDE and had the second order accuracy The stability analysis is performed to analyze the model PDE with the amplification ratio and the phase lag using the Von Neumann method. The amplification ratio of the finite difference scheme gave non-dissipative results with various Peclet numbers and yielded the most high values as the Peclet number was one. The phase lag showed that the frequency component of the finite difference scheme lagged the true solution. From the result of the stability analysis for the model PDE, it is analyzed that the model domain should be discretized in the range of Pe < 1.0 and Cr < 2.0 to obtain the more accurate solution.
Limit equilibrium methods of slope stability analysis have been widely adopted mainly due to their simplicity and applicability. However, the conventional methods may not give reliable and convincing results for various geological conditions such as nonhomogeneous and anisotropic soils. Also, they do not take into account soil slope history nor the initial state of stress, for example excavation or fill placement. In contrast to the limit equilibrium analysis, the analysis of deformation and stress distribution by finite element method can deal with the complex loading sequence and the growth of inelastic zone with time. This paper proposes a technique to determine the critical slip surface as well as to calculate the factor of safety for shallow failure on partially saturated soil slope. Based on the effective stress field in finite element analysis, all stresses are estimated at each Gaussian point of elements. The search strategy for a noncircular critical slip surface along weak points is appropriate for rainfall-induced shallow slope failure. The change of unit weight by seepage force has an effect on the horizontal and vertical displacements on the soil slope. The Drucker-Prager failure criterion was adopted for stress-strain relation to calculate coupling hydraulic and mechanical behavior of the partially saturated soil slope.
The aim of this study is to check the application criteria of the conventional techniques and clarify the effects of breaker depth, seabed conditions on the stability in relation to the effects of uncertainty of storm duration and directional irregular waves. The typical damage modes were divided by the direct wave force on the armor unit and by the local scouring around the toe of a breakwater head by the model experiments. The destruction modes are defined, and some criteria on the damage modes and scouring/deposition at the toe of a breakwater head in relating the wave-bottom-structural conditions can be checked using the multi-directonal irregular wave generator system. According to the results, it is emphasized that the 3-D effects on the stability should be analyzed in the design of multi-purpose/function coastal structures in consideration of the evaluation of spatial variation of damage modes and hydraulic characteristics as well as the wave distribution along the structures.
In this paper, the unsaturated slope stability analysis considering suction stress (Lu and Godt, 2008) was introduced and the results applied for a certain sand slope were analyzed. The unsaturated slope stability analysis considering suction stress can analyze both conditions of steady infiltration and no infiltration, and it can estimate the safety factor of slope as a function of soil depth. Also, the influence of weathering phenomenon at a certain depth from the ground surface can be considered. The stability analysis considering suction stress was applied to the unsaturated infinite slope composed of sand with the relative density of 60%. The suction stress under no infiltration condition was affected by ground water table until a certain influencing depth. However, the suction stress under steady infiltration condition was affected by seepage throughout the soils. Especially, the maximum suction stress was displayed around ground surface. The factor of safety in the infinite slope under no infiltration condition rapidly increased and decreased within the influence zone of ground water table. As a result of slope stability analysis, the factor of safety is less than 1 at the depth of 2.4 m below the ground surface. It means that the probability of slope failure is too high within the range of depths. The factor of safety under steady infiltration condition is greater than that under no infiltration condition due to the change of suction stress induced by seepage. As the steady infiltration rate of precipitation was getting closer to the saturated hydraulic conductivity, the factor of safety decreased. In case of the steady infiltration rate of precipitation with $-1.8{\times}10^{-3}cm/s$, the factor of safety is less than 1 at the depths between 0.2 m and 3 m below the ground surface. It means that the probability of slope failure is too high within the range of depths, and type of slope failure is likely to be shallow landslides.
Nam, Myeong Jun;Lee, Jae Young;Lee, Cheol Woo;Kim, Ki Young
Journal of Korea Water Resources Association
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v.50
no.4
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pp.277-288
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2017
A probabilistic risk analysis of levee system estimates the overall level of flood risk associated with the levee system, according to a series of possible flood scenarios. It requires the uncertainty analysis of all the risk components, including hydrological, hydraulic and geotechnical parts computed by employing MCMC (Markov Chain Monte Carlo), MCS (Monte Carlo Simulation) and FOSM (First-Order Second Moment), presents a joint probability combined each probability. The methodology was applied to a 12.5 km reach from upstream to downstream of the Gangjeong-Goryeong weir, including 6 levee reaches, in Nakdong river. Overtopping risks were estimated by computing flood stage corresponding to 100/200 year high quantile (97.5%) design flood causing levee overflow. Geotechnical risks were evaluated by considering seepage, slope stability, and rapid drawdown along the levee reach without overflow. A probability-based compound risk will contribute to rising effect of safety and economic aspects for levee design, then expect to use the index for riverside structure design in the future.
Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology
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v.10
no.4
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pp.305-313
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2016
Movements of the lower limb are important for normal walking and smooth oscillation of the center of gravity. The ankle rotations such as dorsi-flexion, plantar-flexion, inversion and eversion allows the foot to accommodate to ground during level ground walking. Current below knee (B/K) prostheses are used for replacing amputated ankle, and make it possible for amputees to walk again. However, most of amputees with B/K prostheses often experience a loss of terrain adaptability as well as stability because of limited ankle rotation. This study is focused on the development of multi-rotational prosthetic foot for lower limb amputee. Our prosthesis is possible for amputees to easily walk in level ground by rotating ankle joint in sagittal plane and adapt to the abnormal terrain with ankle rotation in coronal plane. The resistance of ankle joint in the direction of dorsi/plantar-flexion can be manually regulated by hydraulic damper with controllable nozzle. Furthermore, double layered rubber induce the prosthesis adapt to irregular ground by tilting itself in direction of eversion and inversion. The experimental results highlights the potential that our prosthesis induce a normal gait for below knee amputee.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.6
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pp.737-743
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2016
Coastal hazards such as high waves are expected to increase due to global climate change. Therefore, we investigated new armor unit structures for disaster prevention. Recently, a concrete caisson has been used in many breakwaters against high waves in South Korea, but the demand for concrete armor unit has increased due to the high cost and many installation requirements. Though many new armor units have been developed over the world since Tetrapod in 1950, few have been used due to lack of systematical development. The representative armor units in current use have many advantages, but they cannot be applied to waves higher than 8 m. One of the new armor units developed by the design guide based on recent trend and hydraulic model experiments were conducted. The new armor unit was developed as a single layer due to cost effectiveness. However, the thickness is close to 1.5 times by overlapping the alphabet A and V. It showed higher overtopping compared to a double layer because of the thickness and the high packing density. It has a high interlocking vertically but low horizontally. It shows good stability at 9 m in model testing.
Hur Dong Soo;Kim Chang Hoon;Lee Kwang Ho;Kim Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.17
no.2
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pp.86-97
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2005
Accurate estimation of the wave-induced pore water pressure in the seabed is key factor in studying the stability of the seabed in the vicinity of coastal structure. Most of the existing numerical models for wave structure seabed interaction have been linked through applying hybrid numerical technique which is analysis method separating the wave field and seabed regime. Therefore, it is necessary to develope a numerical model f3r simulating accurately wave$\cdot$structure$\cdot$ seabed interaction under wave loadings by the single domain approach for wave field and seabed regime together. In this study, direct numerical simulation is newly proposed. In this model, modeled fluid drag has been used to detect the hydraulic properties according to the varied geometrical shape inside the porous media by considering the turbulence resistance as well as laminar resistance. Contrary to hybrid numerical technique, direct numerical simulation avoids the explicit formulation of the boundary conditions at the fluid/porous media interface. A good agreement has been obtained by the comparison between existed experimental results by hydraulic model test and direct numerical simulation results far wave $\cdot$structure$\cdot$seabed interaction. Therefore, the newly proposed numerical model is a powerful tool for estimating the nonlinear dynamic responses among a structure, its seabed foundation and water waves.
An integrated wastewater treatment pond system is developed for treatment and recycling of excreta from dairy cattle. It is composed of three ponds in series. A pit with a capacity of $10m^3$, 2-day hydraulic residence time, and overflow velocity of $1.5m^3m^{-2}day^{-1}$ is located internally in primary pond. It is designed for efficient sludge sedimentation and effective methane fermentation. It receives $5m^3/day$ of diluted cattle excreta by the water used for clearing stalls. A submerged gays collector for the recovery of methane is installed on the top of the pit. The average BOD_5 concentration of influent is 398.7mg/l. That of the effluent from primary pond is 49.2mg/l. About 88% of BOD_5 are removed in primary pond. It is assumed that about 60% of the influent BOD_5 is removed in the pit and that almost all of the carbon of the removed BOD_5 in the pit is converted to methane and carbon dioxide. Methane fermentation of the pit is well established at $16^{\circ}C$. This phenomena results from temperature stability, complete anaerobic condition, and neutral pH of the pit. Gas from the collector is almost 90% methane, less than 9% nitrogen, and less than 1% carbon dioxide. Thus a purified methane is produced, which can be used as energy source.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2008.05a
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pp.500-504
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2008
The objective of this paper is to evaluate the feasibility of using an optimization model as a effective way to search conjunctive operation scheme to meet two conditions; one is to minimize the electric cost for pumping and another is to meet the water demand for satisfying customers. The feasibility is confirmed as comparing the best combinations of pumps between multi-regional water supply networks from multiple sources which are obtained through an optimization modeling and EPAnet modeling. KModsim model, a network optimization model, was used to determine conjunctive operation scheme in the pipe system. KModsim, based on Lagrangian Relaxation algorithm, is useful for modeling network system and obtaining simultaneously pump combination and water allocation with given input option such as energy unit cost supplying from a source into a consumer, operating pumping combination. This study develops the procedure of determining optimal conjunctive operation scheme with using KModsim model. As a study region, the water supplying systems of the Geojae-city in the Geongsang Namdo Province was selected and investigated. The EPAnet hydraulic simulation result(Ryu et al, 2007, KSWW) gave input data for optimization model; energy unit price(won/$m^3$), water service available area etc.. It was assured that the combination of pump operation through optimum conjunctive operation is to be optimum scheme to obtain the best economic water allocation with comparison to the hydraulic simulation result such as electric cost and pump combination cases. The results obtained through the study are as follows. First, It was found that a well-allocated water supply scheme, the best combination of pump operation through optimum joint operation, promises to save the electric cost and satisfy all operational goals such as stability and revenues during the period. Second, an application of KModSim, a network model, gave the amount of water allocation from each source to a consumer with consideration of economic supply. Finally, in a service area available to supply through conjunctive operation of existing inter-regional water supply networks within short distance, a conjunctive operation is useful for determining each transmission pipeline's service area and maximizing the effectiveness of optimizations in pumping operation time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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