This paper is an experimental work of estimating friction angle of very coarse grained soil such as rubble mound by performing laboratory experiments. Two crushed rocks of rubble mound were used for tests. Triaxial compression tests with drained conditions were performed to measure friction angles of soils prepared by mixing the crushed soil having an identical coefficient of uniformity with different maximum grain size distribution. Centrifuge model experiments with those soils were also performed to measure angle of repose and to estimate friction angle of soil from measuring the slope of slip line in the active stress state. Model tests were carried out by changing the G-levels of 1G and 50G. From triaxial compression tests, the measured value of friction angle of soil is in the range of $41{\sim}57^{\circ}$. The measured value of repose angle is in the range of $32{\sim}35^{\circ}$. The values of friction angle are found not so sensitive to the maximum grain size of soil as long as the coefficient of uniformity is identical. Estimated value of friction angle from measuring the slope of slip line in the active stress state is in the range of $30{\sim}46^{\circ}$. Thus, the estimated angle of friction are found to be greater in the order of the measured angle of repose, the estimated value from the slope of active state, and triaxial compression test results. On the other hand, the measured values of friction angle from triaxial tests were compared with empirical equations, based on the relation between friction angle and void ratio. Equations proposed by Helenelund(l966) and Hansen(1967) found to be relatively reliable to estimate friction angles of soil.
Han, Jin Hee;Choi, Jong Kyoung;Heo, In Sung;Kim, Sung Bo
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.20
no.2
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pp.279-288
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2008
In this study, the slip behavior of high-tension bolted joints subjected to compression force is investigated through 3D finite element analysis and experiments. The relation with sliding load, bolt deformation, and failure load are studied with the metal thickness affecting the bolted joint. The post-sliding behavior considering bolt stiffness is presented and compared with the results by finite element and experiments. The finite element model is constructed by solid elements in ABAQUS, in consideration of all the friction effects between metal plates and bolts. The stress-strain relations in the literature are used, and the sliding displacements and axial stresses around the bolt connection are investigated. The flexural buckling of species happened when the plate thickness is less than the bolt diameter. However, the shear failures of bolt occurred in the opposite case.
Clay veins that occurred in a slope by hydrothermal alteration, can significantly affect its slope stability. The effect of clay veins on the slope stability was investigated by numerical modeling study. Various parameters such as cohesion, internal friction angle, orientation, groundwater level, rainfall intensity and duration, have been modelled. As shear strength increased, factor of safety increased. As groundwater level developed, factor of safety decreased. For the case of slip surface developed on interface, factor of safety was lower than that for case of slip surface developed on either weathered soil or clay vein. The effect of various soil types of the slope stability was also investigated by simulating seepage through the slopes with various soils. The groundwater level significantly increased on the slopes with silty and generic soils. For the slope with sandy soil, almost no change in groundwater level was observed due to rapid drainage.
The purpose of this paper is to investigate the degradation law of stiffness of steel-concrete composite beams after certain fatigue loads. First, six test beams with stud connectors were designed and fabricated for static and fatigue tests. The resultant failure modes under different fatigue loading cycles were compared. And an analysis was performed for the variations in the load-deflection curves, residual deflections and relative slips of the composite beams during fatigue loading. Then, the correlations among the stiffness degradation of each test beam, the residual deflection and relative slip growth during the fatigue test were investigated, in order to clarify the primary reasons for the stiffness degradation of the composite beams. Finally, based on the stiffness degradation function under fatigue loading, a calculation model for the residual stiffness of composite beams in response to fatigue loading cycles was established by parameter fitting. The results show that the stiffness of composite beams undergoes irreversible degradation under fatigue loading. And stiffness degradation is associated with the macrobehavior of material fatigue damage and shear connection degradation. In addition, the stiffness degradation of the composite beams exhibit S-shaped monotonic decreasing trends with fatigue cycles. The general agreement between the calculation model and experiment shows good applicability of the proposed model for specific beam size and fatigue load parameters. Moreover, the research results provide a method for establishing a stiffness degradation model for composite beams after fatigue loading.
This study experimentally investigates the flexural behavior of steel-UHPC composite slabs composed of an innovative negative Poisson's ratio (NPR) steel plate and Ultra High Performance Concrete (UHPC) slab connected via demountable high-strength bolt shear connectors. Eight demountable composite slab specimens were fabricated and tested under traditional four-point bending method. The effects of loading histories (positive and negative bending moment), types of steel plate (NPR steel plate and Q355 steel plate) and spacings of high-strength bolts (150 mm, 200 mm and 250 mm) on the flexural behavior of demountable composite slab, including failure mode, load-deflection curve, interface relative slip, crack width and sectional strain distribution, were evaluated. The results revealed that under positive bending moment, the failure mode of composite slabs employing NPR steel plate was distinct from that with Q355 steel plate, which exhibited that part of high-strength bolts was cut off, part of pre-embedded padded extension nuts was pulled out, and UHPC collapsed due to instantaneous instability and etc. Besides, under the same spacing of high-strength bolts, NPR steel plate availably delayed and restrained the relative slip between steel plate and UHPC plate, thus significantly enhanced the cooperative deformation capacity, flexural stiffness and load capacity for composite slabs further. While under negative bending moment, NPR steel plate effectively improved the flexural capacity and deformation characteristics of composite slabs, but it has no obvious effect on the initial flexural stiffness of composite slabs. Meanwhile, the excellent crack-width control ability for UHPC endowed composite members with better durability. Furthermore, according to the sectional strain distribution analysis, due to the negative Poisson's ratio effect and high yield strength of NPR steel plate, the tensile strain between NPR steel plate and UHPC layer held strain compatibility during the whole loading process, and the magnitude of upward movement for sectional plastic neutral axis could be ignored with the increase of positive bending moment.
The Jangsan Quartzite of the Joseon Supergroup and the foliated granite (so-called granitlc gneiss of presumed Precambrian age) of the Yeongnam massif are in direct contact at Cheondong-ri area, 6 km @SE of Danyang. sllthough it has been thought traditionally that the Jangsan Quartzite overlies unconformably the f&ted granite, it is difficult to interpret the contact as an unconformity smce the basal conglomerate in- the lower part of the Jangsan Quartzite does not have any clast of the foliated granite, Rather, recent structural studies of this area indlcate that the contact is a ductile shear zone. However, the sense and age of the shear movement are still problematic. Our mesoscopic and microscopic studies of &tre Cheondong-11 semi-brittle shear zone involving foliated cataclasite and phyllonite, which is a pa& of the Ogdong fault, indlcate a top-to-the northeast shearing, i.e., dextral strike slip. We also performed Pb-Pb dating for the age-unknown foliated granite, since the age of deformed granite ccarr emtrain the maximum age of deformation. The whole rock and feldspar Pb isotape data for the foliated granite and a micaceous xenolith define an isoc chron age of $2.16{\pm}0.15$ Ga ($2{\sigma}$;MSWD=4.4) which is interpreted as the emplacement age of the granite. This early Proterozoic age agrees with those of Precambrian igneous activity In the Yeongnam massif reported previously. The obtaiPrfid gge confirms the traditional idea about the age of the foliated granite and indicates that other methd(s) should be employed to constrain the age of the shear movement.
Slip along a frictional fracture can be approached as initiation and propagation of a mode II crack along its own plane. Fracture mechanics theories predict that under pure mode II loading initiation will occur when the energy release rate of the fracture attains a critical value ($G_{IIC}$), which is generally taken as a material property. For the past few years the rock mechanics group at Purdue University has investigated experimentally the dependence of $G_{IIC}$ on normal stress and on the frictional characteristics of a fracture. A number of experiments has been conducted first on acrylic, a material that, using photoelastic methods, allows visualization of the stress field ahead of the fracture tip; and later on gypsum, a rock model material with relatively low unconfined compression strength. The experimental investigation has been expanded to include other frictional materials with higher unconfined compression strength. Direct shear tests have been conducted on specimens made with cement paste. New observations together with previous experiments indicate that $G_{IIC}$ can only be considered a material property when the peak friction angle of the discontinuity is similar to the residual friction angle; otherwise the critical energy release rate increases with normal stress.
Jung-Wook, Park;Li, Zhuang;Jeong Seok, Yoon;Chan-Hee, Park;Changlun, Sun;Changsoo, Lee
Tunnel and Underground Space
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v.32
no.6
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pp.568-585
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2022
In the present study, we proposed a numerical method for simulating thermally induced fracture slip using a grain-based distinct element model (GBDEM). As a part of DECOVALEX-2023, the thermo-mechanical loading test on a saw-cut rock fracture conducted at the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology was simulated. In the numerical model, the rock sample including a saw-cut fracture was represented as a group of random Voronoi polyhedra. Then, the coupled thermo-mechanical behavior of grains and their interfaces was calculated using 3DEC. The key concerns focused on the temperature evolution, thermally induced principal stress increment, and fracture normal and shear displacements under thermo-mechanical loading. The comparisons between laboratory experimental results and the numerical results revealed that the numerical model reasonably captured the heat transfer and heat loss characteristics of the rock specimen, the horizontal stress increment due to constrained displacement, and the progressive shear failure of the fracture. However, the onset of the fracture slip and the magnitudes of stress increment and fracture displacement showed discrepancies between the numerical and experimental results. We expect the numerical model to be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOVALEX-2023 Task G and validated in further study.
The Quaternary faults are extensively observed along major inherited fault zones (i.e. Yangsan Fault System, Ulsan Fault, Yeonil Tectonic Line, Ocheon Fault System) in SE Korea. Their geometry and kinematics provide a very useful piece of information about the Quaternary crustal deformation and stress field in and around Korean Peninsula. Using magnetic fabrics (AMS), we attempted to determine the slip senses of Jinti, Mohwa, Suseongji2, and Wangsan faults and then interpreted the fabric development process of fault gouge and the characteristics of stress field during the Quaternary. All the magnetic fabrics of the faults, except the Wangsan Fault, consistently indicate a dominant reverse-slip sense with weak strike-slip component. Most of the oblate fabrics are nearly parallel to the fault surface and the anisotropy degrees generally increase in proportion to the oblatenesses. These results suggest that the fabrics of the fault gouges resulted from a progressive deformation due to continuous simple shear during the last reactivation stage as reverse faulting. It is also interpreted that the pre-existing fabrics were overwhelmed and obliterated by the re-activated faulting. Paleostress field calculated from the fault slip data indicates an ENE-WNW compressive stress, which is in accord with those determined from previous fault tectonic analysis, focal mechanism solution, and hydraulic fracturing test in and around Korean Peninsula.
After detailed geological mapping, structural and fracture-density data were collected and analyzed in the vicinity of Cheonseong and Jeongjok Mts., Gyeongsangnam-do. A extensive dextral strike-slip fault (Beopgi Fault) Parallel to Yangsan and Dongrae Faults, a dextral-transtensional-NW fault, and a few intermittent faults have been found in the study area. Based on strike and frequency, fracture system has been divided into three sets such as NNE-trending J1 ($NS-40^{\circ}E$), WNW-trending J2 ($N50^{\circ}-80^{\circ}W$), and ENE-trending J3 ($N60^{\circ}-90^{\circ}E$). According to analysis of fracture density, it is revealed as follows: (a) Jl is the combination of Y-, P-, and R-shear fractures due to the dextral strike-slip of the Beopgi Fault. (b) J2 is the preexisted fracture zone conducting the intrusion of granite. Two tensional fractures dipping to NNE and SSW respectively have been induced by intrusion of granite and followed crustal uplift. (c) J3 is the tensional fracture developed between Yangsan and Dongrae Faults having NNE trend and dextral strike-slip sense. This study aims to reduce environmental impact and insure stability of underground facilities and tunnels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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