Among various borehole seismic testing techniques for determining body wave velocity, crosshole seismic method has been known as one of the most suitable technique for evaluating reliably geotechnical dynamic properties. In this study, to perform successfully the crosshole seismic test for rock as well as soil layers regardless of the groundwater level, multi-purposed spring-loaded source which impact horizontally a subsurface ground in vertical borehole was developed and applied at major facility sites in Korea. The geotechnical dynamic properties were evaluated by determining efficiently the body wave velocities such as shear wave velocity and compressional wave velocity from the horizontally impacted crosshole seismic tests at study sites, and were provided as the fundamental parameters for the seismic performance evaluation and seismic design of the target facilities.
Gheddar, Kamal;Sbartai, Badreddine;Messioud, Salah;Dias, Daniel
Structural Engineering and Mechanics
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v.83
no.3
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pp.377-386
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2022
This paper considers dynamic impedance functions and presents a detailed analysis of the soil plasticity influence on the pile-group foundation dynamic response. A three-dimensional finite element model is proposed, and a calculation method considering the time domain is detailed for the nonlinear dynamic impedance functions. The soil mass is modeled as continuum elastoplastic solid using the Mohr-Coulomb shear failure criterion. The piles are modeled as continuum solids and the slab as a structural plate-type element. Quiet boundaries are implemented to avoid wave reflection on the boundaries. The model and method of analysis are validated by comparison with those published on literature. Numerical results are presented in terms of horizontal and vertical nonlinear dynamic impedances as a function of the shear soil parameters (cohesion and internal friction angle), pile spacing ratio and frequencies of the dynamic signal.
Kim, Dowan;Kim, Myungsun;Byun, Joongmoo;Seol, Soon Jee
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.18
no.2
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pp.64-73
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2015
Recently, hydraulic fracturing is used in various fields and microseismic monitoring is one of the best methods for judging where hydraulic fractures exist and how they are developing. When locating microseismic events using single vertical well data, distances from the vertical array and depths from the surface are generally decided using time differences between compressional (P) wave and shear (S) wave arrivals and azimuths are calculated using P wave hodogram analysis. However, in field data, it is sometimes hard to acquire P wave data which has smaller amplitude than S wave because microseismic data often have very low signal to noise (S/N) ratio. To overcome this problem, in this study, we developed a grid search algorithm which can find event location using all combinations of arrival times recorded at receivers. In addition, we introduced and analyzed the method which calculates azimuths using S wave. The tests of synthetic data show the inversion method using all combinations of arrival times and receivers can locate events without considering the origin time even using only single phase. In addition, the method can locate events with higher accuracy and has lower sensitivity on first arrival picking errors than conventional method. The method which calculates azimuths using S wave can provide reliable results when the dip between event and receiver is relatively small. However, this method shows the limitation when dip is greater than about $20^{\circ}$ in our model test.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.2
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pp.113-120
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2021
The wave-propagation phenomenon in an infinite medium has been used to describe the physics in many fields of engineering and natural science. Analytical or numerical methods have been developed to obtain solutions to problems related to the wave-propagation phenomenon. Energy radiation into infinite regions must be accurately considered for accurate solutions to these problems; hence, various numerical and mechanical models as well as boundary conditions have been developed. This paper proposes a new boundary condition that can be applied to scalar-wave or horizontally-polarized shear-wave (or SH-wave) propagation problems in layered waveguides. A governing equation is obtained for the SH waves by applying finite-element discretization in the vertical direction of the waveguide and subsequently modified to derive the boundary condition for the infinite region of the waveguide. Using the orthogonality of the eigenmodes for the SH waves in a layered waveguide, the new boundary condition is shown to be equivalent to the existing root-finding absorbing boundary condition; further, the accuracy is shown to increase with the degree of the new boundary condition, and its stability can be proven. The accuracy and stability are then demonstrated by applying the proposed boundary condition to wave-propagation problems in layered waveguides.
There has been an increase in the investigation of deep sea sediments with a consequent increase in the amount of energy required to undertake these investigations. The geotechnical characteristics of Ulleung Basin sediment are explored by using depressurized specimens following methane production tests carried out on pressured core samples obtained at 2,100 m water depth and 110 m below sea floor. Geotechnical index tests, X-ray diffraction, and scanning electron microscope are conducted to identify the geotechnical index parameters, clay mineralogy, chemical composition, and microstructure of the sediments. Compressibility, and elastic and electromagnetic wave parameters are investigated for two samples by using a multi sensing instrumented oedometer cell. The strength chatracteristics are obtained by the direct shear tests. The dominant clay minerals are mostly kaolinite, illite, chlorite, and calcite. The SEM shows a well-developed flocculated structure of the microfossil. Void ratio, electrical resistivity, real permittivity, conductivity, and shear wave velocity show bi-linear behavior with the effective vertical stress: as the vertical effective stress increases. The friction angle obtained by the direct shear test is about $21^{\circ}$, which is similar to the value observed in the Ulleung Basin sediments. This study shows that the understanding of the behavior acting on the diatomaceous marine sediment is important because it often maintains the useful energy resources such as gas hydrate and so will be the new engineering field in the next generation.
A field experiment generating shear waves by trench method was conducted at two places in Taejun area. We were able to separate the P- and S-waves by summing and subtracting the vertical and horizontal component of the data recorded at a three component downhole geophone in the borehole. The analysis of the records revealed that the shear waves were polarized to NS and EW directions. The faster shear waves were polarized to NS direction. The NS direction generally agrees with the dominant joints direction observed from the cores collected from the borehole.
Soils naturally contain grains of different minerals which may be dissolved under chemical or physical processes. The dissolution leads changes in microstructure of particulate media, such as an increase in local void or permeability, which affects the strength and deformation of soils. This study focuses on the small strain stiffness characteristics of vanishing mixtures, which consist of sand and salt particles at different volume fractions. Experiments are carried out in a conventional oedometer cell (Ko-loading) integrated with bender elements for the measurement of shear waves. Dissolutions of particles are implemented by saturating the mixtures at various confining stresses. Axial deformation and shear waves are recorded after each loading stage and during dissolution process. Experimental results show that after dissolution, the vertical strain and the void ratio increase, while the shear wave velocity and small strain shear modulus decrease. The decrease of the velocity results from the void ratio increase and particle contact decrease. The process monitoring during dissolution of the particles shows that the vertical strain dramatically increases at the beginning of the saturation process and converges after vanishing process finishes, and that the shear wave velocity decreases at the beginning and increases due to the particle reorientation. Specimens prepared by sand and salt particles are proved to be able to provide a valuable insight in macro structural behaviors of the vanishings mixtures.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.6
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pp.306-318
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2018
In order to evaluate the seismic capacity of massive vertical type breakwaters which have intensively been deployed along the coast of South Korea over the last two decades, we carry out the preliminary numerical simulation against the PoHang, GyeongJu, Hachinohe 1, Hachinohe 2, Ofunato, and artificial seismic waves based on the measured time series of ground acceleration. Numerical result shows that significant sliding can be resulted in once non-negligible portion of seismic energy is shifted toward the longer period during its propagation process toward the ground surface in a form of shear wave. It is well known that during these propagation process, shear waves due to the seismic activity would be amplified, and non-negligible portion of seismic energy be shifted toward the longer period. Among these, the shift of seismic energy toward the longer period is induced by the viscosity and internal friction intrinsic in the soil. On the other hand, the amplification of shear waves can be attributed to the fact that the shear modulus is getting smaller toward the ground surface following the descending effective stress toward the ground surface. And the weakened intensity of soil as the number of attacking shear waves are accumulated can also contribute these phenomenon (Das, 1993). In this rationale, we constitute the numerical model using the model by Hardin and Drnevich (1972) for the weakened shear modulus as shear waves go on, and shear wave equation, in the numerical integration of which $Newmark-{\beta}$ method and Modified Newton-Raphson method are evoked to take nonlinear stress-strain relationship into account. It is shown that the numerical model proposed in this study could duplicate the well known features of seismic shear waves such as that a great deal of probability mass is shifted toward the larger amplitude and longer period when shear waves propagate toward the ground surface.
Offshore wind turbine foundations are subjected to wind, current and wave loadings. Hence, both static and cyclic behaviors of foundation's soil are important for the design of offshore wind turbine foundation. Undrained cyclic behaviors of soils depend upon the number of loading cycles, vertical effective stress, cyclic shear strain, relative density, and the combination of cyclic and average shear stresses. In order to evaluate the effect of average and cyclic shear stresses on the undrained cyclic behavior of marine silty sand, cyclic direct simple shear (CDSS) tests are performed with relative density of 85%, vertical effective stress of 200 and 300 kPa, and failure criteria of either 15% double amplitude cyclic shear strain (${\gamma}_{cyc}$) or permanent shear strain (${\gamma}_{p}$). The results are presented in the form of design graphs or contour diagrams. The undrained cyclic behavior of marine silty sand is found to be dependent on cyclic and average shear stresses and/or the combination of both shear stresses. It is found that when significant average shear stress exists the permanent or progressive shear strain is the govering failure criteria instead of cyclic shear strain.
To solve the seismic response problem of a vertical floating roof tank with base isolation, the floating roof is assumed to experience homogeneous rigid circular plate vibration, where the wave height of the vibration is linearly distributed along the radius, starting from the theory of fluid velocity potential; the potential function of the liquid movement and the corresponding theoretical expression of the base shear, overturning the moment, are then established. According to the equivalent principle of the shear and moment, a simplified mechanical model of a base isolation tank with a swinging effect is established, along with a motion equation of a vertical storage tank isolation system that considers the swinging effect based on the energy principle. At the same time, taking a 150,000 m 3 large-scale storage tank as an example, a numerical analysis of the dampening effect was conducted using a vibration mode decomposition response spectrum method, and a comparative analysis with a simplified mechanical model with no swinging effect was applied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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