Nonlinear dynamic analysis is performed to calculate the response of U-shaped cantilever retaining structure under seismic loading using the finite element (FE) analysis program OpenSees. A particular interest of the study is to evaluate whether the moment demand in the cantilever can be accurately predicted, because it is an important component in the seismic design. The numerical model is validated against a centrifuge test that was performed on cantilever walls with dry medium dense sand in backfill. Seismic analysis is performed using the pressure-dependent, multi-yield-surface, plasticity based soil constitutive model implemented in OpenSees. Normal springs are used to simulate the soil-structure interface. Comparison with centrifuge show that FE analysis provides good estimates of both the acceleration response and bending moment. The lateral earth pressure near the bottom of the wall is overestimated in the numerical model, but this does not contribute to a higher prediction of the moment.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.253-265
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1993
This paper presents a numerical method for implementing a nonlinear constitutive material model developed by Lade, into a finite element computer program. The techniques used are based on the displacement method for the solution of axial symmetric and plane strain nonlinear boundary value problems. Laboratory behaviour of Baekma river sand(#40-60) is used to illustrate the determination of the parameters and verification of the model. Computer procedure is developed to determine the material parameters for the nonlinear model from the raw laboratory test data. The model is verified by comparing its predictions with observed data used for the determination of the parameters and then with observed data not used for the determination. Three categories of tests are carried out in the back-prediction exercise; (1) A hydrostatic test including loading and unloading response, (2) Conventional triaxial drained compression tests at three different confining pressure and (3) A model strip footing test not including in the evaluation of material parameters. Pertinent observations are discussed based on the comparison of predicted response and experimental data.
In the design of a piled raft, the axial resistance is offered by the raft and group piles acting on the same supporting ground soils. As a consequence, pile - soil - raft and pile - soil interactions, occurring by stress and displacement duplication with pile and raft loading conditions, act as a key element changing resistances of the raft and group piles. In this study, a series of centrifuge model tests have been performed to compare the axial behavior of group pile and raft with that of a piled raft (having 16 component piles with an array of $4{\times}4$) in sands with different relative densities. The test results revealed that the increase of settlement resistance occurs separately with settlement by group pile - soil interactions. The axial resistance of group piles (at piled raft) increases by group pile - raft (pile cap) interactions and that of raft (at piled raft) decreases by group pile - raft (pile cap) interactions.
Kim, Soo-Il;Park, Keun-Bo;Park, Seong-Yong;Seo, Kyung-Bum
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.3
s.49
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pp.125-134
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2006
Conventional methods for the assessment of liquefaction potential were primary for severe earthquake regions $(M{\geq}7.5)$ such as North America and Japan. In Korea, an earthquake related research has started in 1997, but most contents in the guidelines were still quoted from literature reviews of North America and Japan, which are located in strong earthquake region. Those are not proper in a moderate earthquake regions including Korea. Also the equivalent uniform stress concept (Seed & Idriss, 1971) using regular sinusoidal loading which is used, in a conventional method for the assessment of liquefaction potential, can't reflect correctly the dynamic characteristics of real irregular earthquake motions. In this study, cyclic triaxial tests using irregular earthquake motions are performed with different earthquake magnitudes, relative densities, and fines contents. Assessment of liquefaction potential in moderate earthquake regions is discussed based on various laboratory test results. From the results, screening limits in seismic design were re-investigated and proposed using normalized maximum stress ratios under real irregular earthquake motions. Also from the tests using constant wedge loading and incremental wedge loading, the characteristics of liquefaction resistance of saturated sand under irregular ground motions are investigated.
Baek, Cheolmin;Kim, Yeong Min;Kwon, Soo-Ahn;Hwang, Sung Do;Kim, Jin Man
International Journal of Highway Engineering
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v.15
no.2
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pp.105-112
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2013
PURPOSES : Compared to the criteria from advanced countries, Korea has conservative criteria for the buried depth of pipeline (about 30~70cm deeper) causing the waste of cost and time. Therefore, this research investigated the effect of various buried depths of pipeline on pavement performance in order to modify the criteria to be safe but economical. In addition, a recycled aggregate which is effective in economical and environmental aspect was evaluated to be used as a refilling material. METHODS : In this study, total 10 pilot sections which are composed with various combinations of pavement structure, buried depth of pipeline, and refilling material were constructed and the telecom cable was utilized as a buried pipeline. During construction, LFWD (Light Falling Weight Deflectometer) tests were conducted on each layer to measure the structural capacity of underlying layers. After the construction is completed, FWD (Falling Weight Deflectometer) tests and moving load tests were performed on top of the asphalt pavement surface. RESULTS : It was found from the LFWD and FWD test results that as the buried depth decrease, the deflections in subbase and surface layer were increased by 30% and 5~10%, respectively, but the deflection in base layer remained the same. In the moving load test, the longitudinal maximum strain was increased by 30% for 120mm of buried depth case and 5% for 100mm of buried depth case. Regarding the effect of refilling material, it was observed that the deflections in subbase and surface layer were 10% lager in recycled aggregate compared to the sand material. CONCLUSIONS : Based on the testing results, it was found that the change in buried depth and refiliing material would not significantly affect the pavement performance. However, it is noted that the final conclusion should be made based on an intensive structural analysis for the pavement under realistic conditions (i.e., repeated loading and environmental loading) along with the field test results.
In this study, the Disturbed State Concept (DSC) constitutive model is calibrated and modified for steel-sand interface by using the HiS S model for relative intact (Rl) state and the critical state model for the fuBy adjusted (FA) part in the material. The general formulation for implementation is developed. Then, the DSC model with modification for interface is implemented in finite element program based on the generalized Biot's theory. The interface test under one-way monotonic and two-way cyclic loading were numerically simulated using the finite element program modified in this study. The DSC predictions show improved agreement with the observed results from laboratory test. Overall, the computer procedure with the DSC allows relatively improved simulation ofthe soil-structure interaction problems.oblems.
Piles passing through sloping liquefiable deposits are prone to lateral loading if these deposits liquefy and flow during earthquakes. These lateral loads caused by the relative soil-pile movement will induce bending in the piles and may result in failure of the piles or excessive pile-head displacement. Whilst the weak nature of the flowing liquefied soil would suggest that only small loads would be exerted on the piles, it is known from case histories that piles do fail owing to the influence of laterally spreading soils. It will be shown, based on dynamic centrifuge test data, that dilatant behaviour of soil close to the pile is the major cause of these considerable transient lateral loads which are transferred to the pile. This paper reports the results of geotechnical centrifuge tests in which models of gently sloping liquefiable sand with pile foundations passing through them were subjected to earthquake excitation. The soil close to the pile was instrumented with pore-pressure transducers and contact stress cells in order to monitor the interaction between soil and pile and to track the soil stress state both upslope and downslope of the pile. The presence of instrumentation measuring pore-pressure and lateral stress close to the pile in the research described in this paper gives the opportunity to better study the soil stress state close to the pile and to compare the loads measured as being applied to the piles by the laterally spreading soils with those suggested by the JRA design code. This test data shows that lateral stresses much greater than one might expect from calculations based on the residual strength of liquefied soil may be applied to piles in flowing liquefied slopes owing to the dilative behaviour of the liquefied soil. It is shown at least for the particular geometry studied that the current JRA design code can be un-conservative by a factor of three for these dilation-affected transient lateral loads.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.2
no.2
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pp.45-55
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1998
Although a number of methods have been proposed to predict the liquefaction potential, few methods have been developed by using the characteristic of material's microstructure. In this research, fundamental procedure is proposed for the assessment of liquefaction potential in saturated soils based on the Disturbed Sate Concept(DSC) model which can provide a unified constitutive model for the characterization of entire stress-strain behavior under cyclic loading. From this concept, the value of disturbance at threshold state (Critical Disturbance, $D_C$) in the deforming microstructure provides the basis for initial liquefaction. This method is verified with respect to data from Cyclic Truly Triaxial test for saturated Ottawa sand. Also, the relationship between liquefaction and initial confinig stress is defined using definition of $D_C$. It is believed that the new procedure for identifying liquefaction based on the DSC model can capture the behavior of liquefation, and as a result, it is shown to be on improvement over the available empirical procedures.
Haeri, Hadi;Sarfarazi, V.;Zhu, Zheming;Hokmabadi, N. Nohekhan;Moshrefifar, MR.;Hedayat, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.2
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pp.221-230
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2019
In this paper, shear behavior of non-persistent joint surrounded in concrete and gypsum layers has been investigated using experimental test and numerical simulation. Two types of mixture were prepared for this study. The first type consists of water and gypsum that were mixed with a ratio of water/gypsum of 0.6. The second type of mixture, water, sand and cement were mixed with a ratio of 27%, 33% and 40% by weight. Shear behavior of a non-persistent joint embedded in these specimens is studied. Physical models consisting of two edge concrete layers with dimensions of 160 mm by 130 mm by 60 mm and one internal gypsum layer with the dimension of 16 mm by 13 mm by 6 mm were made. Two horizontal edge joints were embedded in concrete beams and one angled joint was created in gypsum layer. Several analyses with joints with angles of $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, and $60^{\circ}$ degree were conducted. The central fault places in 3 different positions. Along the edge joints, 1.5 cm vertically far from the edge joint face and 3 cm vertically far from the edge joint face. All samples were tested in compression using a universal loading machine and the shear load was induced because of the specimen geometry. Concurrent with the experiments, the extended finite element method (XFEM) was employed to analyze the fracture processes occurring in a non-persistent joint embedded in concrete and gypsum layers using Abaqus, a finite element software platform. The failure pattern of non-persistent cracks (faults) was found to be affected mostly by the central crack and its configuration and the shear strength was found to be related to the failure pattern. Comparison between experimental and corresponding numerical results showed a great agreement. XFEM was found as a capable tool for investigating the fracturing mechanism of rock specimens with non-persistent joint.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.3
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pp.127-136
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1985
A simplified single degree of freedom analog with mass-spring-dashpot is proposed in this study. The simplified analog can describe the dynamic behavior of a rigid circular footings whose contact pressures are parabolic. The analog proposed in this study shows remarkable agreement when compared with the elastic half-space theory the analog is also compared with vertical vibration test results of model concrete footings. For the vibration experiments, 11 circular footings with different mass ratio are constructed. The elastic half-space is represented by compacted sand layer. A constant force excitation vibrator is used for the dynamic loading. The frequency range for vibration tests is 30 to 100 Hz. From the dynamic experiments, it is found that the measured resonant frequencies agree very well with the analog results, however, the ratio of theoretical and measured resonant amplitudes vary between 0.5 and 1.7. It is also found that, when the dynamic force is increased, the resonant frequency is decreased slightly and the resonant amplitude is increased slightly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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