KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.2
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pp.99-107
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1988
A limited number of cubical triaxial tests with independent control of the three principal stresses were performed on an overconsolidated clay. The cubical undisturbed specimens with overconsolidation ratio of 5 were prepared in triaxial chamber after sampling in field. It was found that the intermediate principal stress influences on the stress-strain, undrained strength effective strength, effective friction angle and pore pressure of the overconsolidated clay. When the magnitude of the intermediate principal stress is not same as the minimum principal stress, the failure strength of the overconsolidated clay is underestimated by use of Mohr-Coulomb failure criterion while it can be estimated quite well by use of Lade failure criterion. And the undrained strength of the overconsolidated clay does not coincide with that obtained by Tresca failure criterion.
Kim, Jong-Woo;Park, Chan;Kim, Ju-Hwan;Heo, Seok;Kim, Dong-Kyu;Lee, Dong-Kil;Jo, Young-Do;Park, Sam-Gyu
Tunnel and Underground Space
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v.25
no.3
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pp.231-243
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2015
In this study, both in-situ stress measurements and a lot of laboratory rock tests were conducted at a metal mine in Jeongseon, Korea. The stress ratio obtained from in-situ stress measurements showed a tendency to decrease according to depth below surface and its average value was 1.10. The mechanical properties such as unit weight, absorption ratio, porosity, elastic wave velocity, uniaxial compressive strength, Young's modulus, Poisson's ratio, tensile strength, shore hardness, friction angle and cohesion were investigated for the four different rocks mainly distributed at a studied mine, which were dolomite, felsite, granite and magnetite. The mechanical properties of the four different rocks were compared by means of statistical analyses, whereupon the felsite and the granite turned out to have more strength characteristics than the magnetite. The correlation of mechanical properties was also investigated, whereupon a few results against the general correlation were found out. The failure criteria of the four different rocks were finally discussed by means of both Mohr-Coulomb criterion and Hoek-Brown criterion.
In this paper, a comparative study of the effects of soil modelling on the interaction between tunnelling in soft soil and adjacent piled structure is presented. Several three-dimensional finite element analyses are performed to study the deformation of pile caps and piles as well as tunnel internal forces during the construction of an underground tunnel. The soil is modelled by two material models: the simple, yet approximate Mohr Coulomb (MC) yield criterion; and the complex, but reasonable hardening soil (HS) model with hyperbolic relation between stress and strain. For the former model, two different values of the soil stiffness modulus ($E_{50}$ or $E_{ur}$) as well as two profiles of stiffness variation with depth (constant and linearly increasing) were used in attempts to improve its prediction. As these four attempts did not succeed, a hybrid representation in which the hardening soil is used for soil located at the highly-strained zones while the Mohr Coulomb model is utilized elsewhere was investigated. This hybrid representation, which is a compromise between rigorous and simple solutions yielded results that compare well with those of the hardening soil model. The compared results include pile cap movements, pile deformation, and tunnel internal forces. Problem symmetry is utilized and, therefore, one symmetric half of the soil medium, the tunnel boring machine, the face pressure, the final tunnel lining, the pile caps, and the piles are modelled in several construction phases.
Kim, Young-Su;Lee, Jae-Ho;Jin, Guang-Ril;Shin, Shi-Un;Kwon, Tea-Soon;Han, Hee-Su
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.821-832
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2008
The hazard warning levels are necessary for the rational design and safety construction of underground space, as mountain and urban tunnel. Sakurai provided the hazard warning levels for assessing the stability of tunnels using the critical strain of rock mass, which is defined as a ratio between uni-axial compressive strength and the Young's modulus. The concept of critical strain guidelines is introduced in this study for the assessment of tunnel safety during excavation. Moreover, in this paper, the critical strain properties of sedimentary rock in Korea has investigated and analysed in detail by Lab. test, as the uniaxial and triaxial compression tests. Finally, critical strain properties of sedimentary rock on uniaxial and triaxial stress condition is discussed the relationship of failure strain values, uniaxial and triaxial compression strengths, confining pressure and Young's modulus.
In this study, the finite element method for nonlinear problems is developed theroretically to see the design loads of foundation, when the circular plate resting on elasto-viscoplastic soil medium is loaded axisymmetrically. The paper shows that the plastic zone of soil medium is displayed at the near the edge of plate at the first place; when the plastic zone of soil medium is linked around central axis, the external load is termed by allowable load or design load, and then the contact pressure changes abruptly, in this case it is approved to be the risk of shear failure. The results of numerical analysis using the Mohr-Coulomb yield criterion, and experimental analysis for a appropriate safety factor are approximative, but numerical results are smaller than the value based on Terzaghi's theory.
The failure of a thin-walled tube was studied in this paper based on three failure models. Both proportional and non-proportional loading paths were applied. Proportional loading consisted of combined tension-torsion. Cyclic non-proportional loading was also applied. It was a circular out-of-phase axial-shear stress loading path. The third loading path was a combination of a constant internal pressure and a bending moment. The failure models under study were equivalent plastic strain, modified Mohr-Coulomb (Bai-Wierzbicki) and Tearing parameter models. The elasto-plastic analysis was conducted using J2 criterion and nonlinear kinematic hardening. The return mapping algorithm was employed to numerically solve the plastic flow relations. The effects of the hydrostatic stress on the plastic flow and the stress triaxiality parameter on the failure were discussed. Each failure model under study was utilized to predict failure. The failure loads obtained from each model were compared with each other. The equivalent plastic strain model was independent from the stress triaxiality parameter, and it predicted the highest failure load in the bending problem. The modified Mohr-Coulomb failure model predicted the lowest failure load for the range of the stress triaxiality parameter and Lode's angle.
Brittle failure mechanism has been well known as growth of initial micro-damage, that causes macro crack and failure in the end. Several precise criteria are suggested recently, based on experiments values in a whole load range. Among them, Mohr-Coulomb's criterion is used widely these days, but it has a big error compared with the real failure behavior since it does not show reciprocal actions of stresses. In this study, a new brittle failure criterion is proposed, which includes the effects of brittle damage evolution by taking a brittle damage parameter specifically. Comparisons between the proposed model and the previous ones are also given.
The stability assessment of a concrete liner of a compressed air storage tunnel should be performed by an approach which is different from that commonly used for the liners of road tunnels, since the liner is exposed to high air pressure. In this study, the stability analysis method for the liner of compressed air storage tunnel is proposed based on the elastic and elasto-plastic solutions of the thick-walled cylinder problem. In case of elastic analysis, the yield initiation condition at the inner boundary is considered as the failure condition of the liner, while the condition which results in the extension of yielding zone to a certain depth is taken as a failure indicator of the liner in the elasto-plastic analysis taking Mohr-Coulomb criterion. The application of the proposed method revealed that the influence of the relative magnitude of boundary loads on the stability of liner is considerable. In particular, noting that the estimation of the outer boundary load may be relatively difficult, it is thought that the precise prediction of outer boundary load is very important in the analysis. Accordingly, the emphasis is put on the selection of the liner installation time, which may govern the magnitude of outer boundary load.
Since the failure behavior of transversely isotropic rocks is significantly different from that of isotropic rocks, it is necessary to develop a transversely isotropic rock failure function in order to evaluate the stability of rock structures constructed in transversely isotropic rock masses. In this study, a spatial distribution function for strength parameters of transversely isotropic rocks is proposed, which is based on the Cassini oval curve proposed by 17th century astronomer Giovanni Domenico Cassini to model the orbit of the Sun around the Earth. The proposed distribution function consists of two model parameters which could be identified through triaxial compression tests on transversely isotropic rock samples. The original Mohr-Coulomb (M-C) failure function is extended to a three-dimensional transversely isotropic M-C failure function by employing the proposed strength parameter distribution function for the spatial distributions of the friction angle and cohesion. In order to verify the suitability of the transversely isotropic M-C failure function, both the conventional triaxial compression and true triaxial compression tests of transversely isotropic rock samples are simulated. The predicted results from the numerical experiments are consistent with the failure behavior of transversely isotropic rocks observed in the actual laboratory tests. In addition, the simulated result of true triaxial compression tests hints that the dependence of rock strength on intermediate principal stress may be closely related to the distribution of the microstructures included in the rock samples.
Based on the extended spatial mobilization plane (SMP) criterion, we present an elastic-brittle-plastic solution for an axisymmetric cylindrical tunnel. The influences of the intermediate principal compressive stress and material strain-softening behavior are considered. Closed-form formulas for the critical support force, radius of plastic zone, and distributions of stress and displacement in surrounding rock are proposed. The elastic-plastic solution based on SMP is compared with the Kastner solution to verify the credibility of the obtained elastic-plastic solution. The elastic-brittle-plastic solution following the SMP criterion and the current solution based on the Mohr-Coulomb criterion are also compared. The rock strain-softening rate and the intermediate principal stress affect the stability of the surrounding rock. The results provide guidance for optimizing the design of support systems for tunnels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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