The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.
Ning Jiao;Xing Wan;Jianwen Ding;Sai Zhang;Jinyu Liu
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.2
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pp.131-143
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2024
Shield tunneling construction commonly crosses underground pipelines in urban areas, resulting in soil loss and followed deformation of grounds and pipelines nearby, which may threaten the safe operation of shield tunneling. This paper investigated the pipeline deformation caused by double curved shield tunnels in soil-rock composite stratum in Nanjing, China. The stratum settlement equation was modified to consider the double shield tunneling. Moreover, a three dimensional finite element model was established to explore the effects of hard-layer ratio, tunnel curvature radius, pipeline buried depth and other influencing factors. The results indicate the subsequent shield tunnel would cause secondary disturbance to the soil around the preceding tunnel, resulting in increased pipeline and ground surface settlement above the preceding tunnel. The settlement and stress of the pipeline increased gradually as buried depth of the pipeline increased or the hard-layer ratio (the ratio of hard-rock layer thickness to shield tunnel diameter within the range of the tunnel face) decreased. The modified settlement calculation equation was consistent with the measured data, which can be applied to the settlement calculation of ground surface and pipeline settlement. The modified coefficients a and b ranged from 0.45 to 0.95 and 0.90 to 1.25, respectively. Moreover, the hard-layer ratio had the most significant influence on the pipeline settlement, but the tunnel curvature radius and the included angle between pipeline and tunnel axis played a dominant role in the scope of the pipeline settlement deformation.
Kim, Nag-Young;Park, Du-Hee;Jung, Hyuk-Sang;Kim, Myoung-Il
Geomechanics and Engineering
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v.21
no.2
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pp.171-178
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2020
Mountainous areas cover more than 70% of Korea. With the rapid increase in tunnel construction, tunnel-collapse incidents and excessive deformation are occurring more frequently. In addition, longer tunnel structures are being constructed, and geologically weaker ground conditions are increasingly being encountered during the construction process. Tunnels constructed under weak ground conditions exhibit long-term deformation behavior that leads to tunnel instability. This study analyzes the behavior of the bottom region of tunnels under geological conditions of long-term deformation. Long-term deformation causes various types of damage, such as cracks and ridges in the packing part of tunnels, as well as cracks and upheavals in the pavement of tunnels. We observed rapid tunnel over-displacement due to the squeezing of a fault rupture zone after the inflow of a large amount of groundwater. Excessive increments in the support member strength resulted in damage to the support and tunnel bottom. In addition, upward infiltration pressure on the tunnel road was found to cause severe pavement damage. Furthermore, smectite (a highly expandable mineral), chlorite, illite, and hematite, were also observed. Soil samples and rock samples containing clay minerals were found to have greater expansibility than general soil samples. Considering these findings, countermeasures against the deformation of tunnel bottoms are required.
Due to the enormous amount of fills required, broken rock-fine grain soil mixtures have been increasingly used in the construction of high-fill foundations for airports, railways and highways in the mountain areas of western China. However, the compressibility behavior of those broken rock-fine grain soil mixtures remains unknown, which impose great uncertainties for the performance of those high-fill foundations. In this research, the mixture of broken limestone and a fine grain soil, Douposi soil, is studied. Large oedometer tests have been performed on specimens with different soil content. This research reveals the significant influence of fine grains on the compressibility of the mixture, including immediate settlement, creep, as well as wetting deformation.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.5
no.5
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pp.11-21
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2002
A series of model tests is performed to evaluate the relationship between soil and a buried pipe in soil undergoing lateral movement. As the result of the model tests, a wedge zone and plastic flow zones could be observed in front of the pipe. And also an arc failure of cylindrical cavity could be observed at both upper and lower zones. Failure shapes in both cohesionless and cohesive soils are nearly same, which was investigated failure angle of $45^{\circ}+{\phi}/2$. In the cohesionless soil, the higher relative density produces the larger arc of cylindrical cavity. On the basis of failure mode observed from model tests, the lateral earth pressure acting on a buried pipe in soil undergoing lateral movement could be applying the cylindrical cavity extension mode. The deformation behavior of soils was typically appeared in three divisions, which are elastic zones, plastic zones and pressure behavior zones.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.268-275
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2006
Excavation works of cylindrical shafts and tunnels for the construction of a variety of infrastructures have been frequently going on in the urban areas. When ground excavations of cylindrical shafts and shallow tunnels proceed in the ground condition of high water level and silt particle component, ground water drawdown involving soil particle migration causes loosening of ground around tunnels and shafts, causes settlement and deformation of ground. Damages due to ground sinking and differential settlement can occur in the adjacent ground and structures. The extent and possibility of damage relevant to ground water drawdown and soil particle migration can't be so precisely expected in advance that we will face terrible damages in case of minor carefulness. This paper introduces two examples of construction management where using incremental deformation graph of inclinometer, we noticed the possibility of soil migration due to ground water drawdown in the excavation process of vertical shaft and shallow tunnel, analysed a series of measurement data in coupled connection, properly prepared countermeasures, so came into safe and successful completion of excavation work without terrible damages. The effort of this article aims to improve and develop the technique of design and construction in the coming projects having similar ground condition and supporting method.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.3
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pp.125-131
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1989
Since the paved road suffers from various types of repeated loads for the duration of it's life, it is likely to cause permanent deformation and fatigue finaly destroying the pavement performance. Accordingly, if we are to keep the pavement performance in good condition, it is required to take staps to prevent such troubles from happening in each stage of pavement, and thus to improve the stability of pavement. We find it is quite important to settle the problems such as permanent deformation and fatigue rupture by repeated loads both on subbase course and on subgrade. In this regard, we examined the deformation characteristics of soil cements, on which repeated loads are applied. For the effective examination, we chose to use soil-cements made of cohesive soil and sandy soil respectively, which had $20kg/cm^2$ of unconfined compression strength, at the age of 7 days. The experimental results are: 1. The elastic modulus of soil cement from sandy soil is higher than that of soil cement from cohesive soil. 2. The elastic modulus thends to decrease as the repeated loads rund up to 1,000 times, while increasing between 1,000 times and $1{\times}10^5$ times. 3. Unconfined compression strength is seen to increase about 30%.
This paper reports the application study of the ground reinforcement under a buried conduit subjected to differential settlement via a finite element modeling. The soil-reinforcement inter- action helps to minimize the differential settlement between the adjoining conduit segments. Three different field conditions have been considered. The settlement pattern and deformation slope have been evaluated for each boundary condition. The analysis results are compared for both non-reinforced and reinforced case to measure the effectiveness of the soil reinforcement for restraining deformation of the conduit.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.3-26
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2009
Superloading yield surface concept is newly introduced together with subloading yield surface conception in order to describe full gradation continuously of the mechanical behavior of soils from typical sand through intermediate soil to typical clay (All Soils). Finite deformation theory has been applied to the soil skeleton-pore water coupled continuum mechanics, which enables us to discuss things in a perpetual stream from stable state to unstable state like from deformation to failure and vice versa like from liquefaction to post liquefaction consolidation of sand (All States). Incremental form of the equation of motion has been employed in the continuum mechanics in order to incorporate a rate type constitutive equation, which is "All Round" enough to predict ground behavior under both static and dynamic conditions. The present paper is the shortened version of the lecture note delivered in 2008 Theoretical and Applied Mechanics Conference, Science Council Japan, but with newly developed application examples.
A novel theoretical solution is presented for created (zero initial radius) cavity expansion problem based on CamClay model and considers the effect of initial anisotropic in-situ stress and drained conditions. Here the strain of this theoretical solution is small deformation in elastic region and large deformation in plastic region. The works for cylindrical and spherical cavities expanding in drained condition from zero initial radius are investigated. Most of the conventional solutions were based on the isotropic and undrained condition, however, the initial stress state of natural soil mass is anisotropy by soil deposition history, and drained cavity expansion calculation is closer to actual engineering in permeable soil mass. Finally, the parametric study is presented in order to the engineering significance of this work.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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