Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.976-984
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2009
This study proposes a simple method that uses a simple mass-spring model to predict the natural frequency of a soil-pile-structure system in sandy soil. This model includes a pair of matrixes, i.e., a mass matrix and a stiffness matrix. The mass matrix is comprised of the masses of the pile and superstructure, and the stiffness matrix is comprised of the stiffness of the pile and the spring coefficients between the pile and soil. The key issue in the evaluation of the natural frequency of a soil-pile system is the determination of the spring coefficient between the pile and soil. To determine the reasonable spring coefficient, subgrade reaction modulus, nonlinear p-y curves and elastic modulus of the soil were utilized. The location of the spring was also varied with consideration of the infinite depth of the pile. The natural frequencies calculated by using the mass-spring model were compared with those obtained from 1-g shaking table model pile tests. The comparison showed that the calculated natural frequencies match well with the results of the 1-g shaking table tests within the range of computational error when the three springs, whose coefficients were calculated using Reese's(1974) subgrade reaction modulus and Yang's (2009) dynamic p-y backbone curves, were located above the infinite depth of the pile.
Kim, Hyun-Uk;Ha, Jeong-Gon;Kim, Dong-Soo;Joo, Kwang-Ho
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.21
no.5
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pp.227-236
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2017
This study reviews concepts, theories and formulas included in standards on soil-structure interaction and also shows practical example of application for engineers. Real structures are 3 dimensional and multi degree of freedom but they are often idealized to single degree of freedom for convenience. In this study, detailed procedures to calculate soil spring constants and damping coefficients and method to model soil-structure system are explained. Additionally, case studies to judge fixed base condition and evaluation of applicability of simple analysis method based on response spectra are performed.
It is important to calculate the natural frequency of a piled structure in the design stage in order to prevent resonance-induced damage to the pile foundation and analyze the dynamic behavior of the piled structure during an earthquake. In this paper, a simple but relatively accurate method employing a mass-spring model is presented for the evaluation of the natural frequency of a pile-soil system. Greatly influencing the calculation of the natural frequency of a piled structure, the spring stiffness between a pile and soil was evaluated by using the coefficient of subgrade reaction, the p-y curve, and the subsoil elastic modulus. The resulting natural frequencies were compared with those of 1-g shaking table tests. The comparison showed that the natural frequency of the pile-soil system could be most accurately calculated by constructing a stiffness matrix with the spring stiffness of the Reese (1974) method, which utilizes the coefficient of the subgrade reaction modulus, and Yang's (2009) dynamic p-y backbone curve method. The calculated natural frequencies were within 5% error compared with those of the shaking table tests for the pile system in dry dense sand deposits and 5% to 40% error for the pile system in saturated sand deposits depending on the occurrence of excess pore water pressure in the soil.
Kim, Doo-Kie;Seo, Hyeong-Yeol;Park, Jin-Woo;Choe, In-Jung
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.6
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pp.133-142
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2006
This study performed earthquake response analyses of underground structures using displacement responses of soil. In this study, spring coefficients of surrounding soil proposed by specifications and researchers were adopted and then their corresponding analysis results were compared. The free field analyses using ProShake were carried out in order to predict ground responses of the field without underground structures. Several earthquakes such as El Centro, Ofunato, and Hachinohe earthquakes were considered to calculate maximum displacements. Numerical examples were analyzed, and then the results were compared and commented depending on spring coefficients of soil for the analyses using displacement responses of soil. The soil coefficients ranged from 0.05 to 14.39 times of those calculated by Korean Bridge Design Specification (2005). In conclusion, the coefficients of soil proposed by standard specifications seemed to be overestimated compared with those by the finite element method(FEM).
This study was conducted to quantify soil $CO_2$ efflux using the continuous measurement method and to examine the applicability of an automatic continuous measurement system in a Korean deciduous broad-leaved forest. Soil respiration rate (Rs) was assessed through continuous measurements during the 2004-2005 full growing seasons using an automatic opening/closing chamber system in sections of a Gwangneung temperate deciduous forest, Korea. The study site was an old-growth natural mixed deciduous forest approximately 80 years old. For each full growth season, the annual Rs, which had a gap that was filled with data using an exponential function derived from soil temperature (Ts) at 5-cm depth, and Rs values collected in each season were 2,738.1 g $CO_2$$m^{-2}y^{-1}$ in 2004 and 3,355.1 g $CO_2$$m^{-2}y^{-1}$ in 2005. However, the diurnal variation in Rs showed stronger correlations with Ts (r = 0.91, P < 0.001 in 2004, r = 0.87, P < 0.001 in 2005) and air temperature (Ta) (r = 0.84, P < 0.001 in 2004, r = 0.79, P < 0.001 in 2005) than with deep Ts during the spring season. However, the temperature functions derived from the Ts at various depths of 0, -2, -5, -10, and -20 cm revealed that the correlation coefficient decreased with increasing soil depth in the spring season, whereas it increased in the summer. Rs showed a weak correlation with precipitation (r = 0.25, P < 0.01) and soil water content (r = 0.28, P < 0.05). Additionally, the diurnal change in Rs revealed a higher correlation with Ta than that of Ts. The $Q_{10}$ values from spring to winter were calculated from each season's dataset and were 3.2, 1.5, 7.4, and 2.7 in 2004 and 6.0, 3.1, 3.0, and 2.6 in 2005; thus, showing high fluctuation within each season. The applicability of an automatic continuous system was demonstrated for collecting a high resolution soil $CO_2$ efflux dataset under various environmental conditions.
Cui, Chunyi;Zhang, Shiping;Chapman, David;Meng, Kun
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.2
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pp.793-803
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2018
Based on the theory of porous media, an interaction system of a floating pile and a saturated soil in cylindrical coordinates subjected to vertical harmonic load is presented in this paper. The surrounding soil is separated into two distinct layers. The upper soil layer above the level of pile base is described as a saturated viscoelastic medium and the lower soil layer is idealized as equivalent spring-dashpot elements with complex stiffness. Considering the cylindrically symmetry and the pile-soil compatibility condition of the interaction system, a frequency-domain analytical solution for dynamic impedance of the floating pile embedded in saturated viscoelastic soil is also derived, and reduced to verify it with existing solutions. An extensive parametric analysis has been conducted to reveal the effects of the impedance of the lower soil base, the interaction coefficient and the damping coefficient of the saturated viscoelastic soil layer on the vertical vibration of the pile-soil interaction system. It is shown that the vertical dynamic impedance of the floating pile significantly depends on the real stiffness of the impedance of the lower soil base, but is less sensitive to its dynamic damping variation; the behavior of the pile in poro-visco-elastic soils is totally different with that in single-phase elastic soils due to the existence of pore liquid; the effect of the interaction coefficient of solid and liquid on the pile-soil system is limited.
The purpose of this study is to clarify correlations between soil environments and the growth of trees in forests and thereon analyze effects of seasonal changes in such environments on such growth. To determine seasonal factors of soil affecting the Tree Vitality of Pinus thunbergii, first of all, the study designated the Tree Vitality as a dependent variable and soil hardness, moisture, pH, K, Na, Mg and Ca as independent variables. Then the study performed Pearson's coefficient analysis. To clarify what soil factors influence the seasonal growth of Pinus thunbergii multiple regression analysis is carried out, and findings are as follow; the growth of Pinus thunbergii was basically influenced by pH, followed by soil hardness in spring, K, followed by moisture in summer, and by soil hardness in winter. However, no soil factors affected the vitality at the significance level of 5% for t.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.57
no.4
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pp.61-71
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2015
Quantitative variability of AMSR2 (Advanced Microwave Scanning Radiometer 2) soil moisture data shows that the remotely sensed soil moisture is underestimated during Spring and Winter seasons and is overestimated during Summer and Fall seasons. Therefore the bias correction of the remotely sensed data is essential for the purpose of water resource management. To enhance their applicability, the bias of AMSR2 soil moisture data was corrected using ground observation data at Cheorwon Chuncheon, Suwon, Cheongju, Jeonju, and Jinju sites. Test statistics demonstrated that the correlation coefficient R is improved from 0.107~0.328 to 0.286~0.559 and RMSE is improved from 9.46~14.36 % to 5.38~9.62 %. Bias correction using ground network data improved the applicability of remotely sensed soil moisture data.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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2005.10a
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pp.241-246
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2005
Doam watershed is located at alpine areas in the Kangwon province. The annual average precipitation, including snow accumulation during the winter, at the Doam watershed is significantly higher than other areas. Thus, pollutant laden runoff and sediment discharge from the alpine agricultural fields are causing water quality degradation at the Doam watershed. To estimate soil erosion from the agricultural fields, the Universal Soil Loss Equation (USLE) has been widely used because of its simplicity to use. The USLE rainfall erosivity (R) factor is responsible for impacts of rainfall on soil erosion. Thus, use of constant R factor for the Doam watershed cannot reflect variations in precipitation patterns, consequently soil erosion estimation. In the early spring at the Doam watershed, the stream flow increases because of snow melt, which results in erosion of loosened soil experiencing freezing and thaw during the winter. However, the USLE model cannot consider the impacts on soil erosion of freezing and thaw of the soil. Also, it cannot simulate temporal changes in USLE input parameters. Thus, the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was investigated for its applicability to estimate soil erosion at the Doam watershed, instead of the widely used USLE model. The SWAT hydrology and erosion/sediment components were validated after calibration of the hydrologic component. The $R^2$ and Nash-Sutcliffe coefficient values are higher enough, thus it was found the SWAT model can be efficiently used to simulate hydrology and sediment yield at the Doam watershed. The effects of snow melt on SWAT estimated stream flow and sediment were investigated using long-term precipitation and temperature data at the Doam watershed. It was found significant amount of flow and sediment in the spring are contributed by melting snow accumulated during the winter. Thus, it is recommend that the SWAT model capable of simulating snow melt and long-term weather data needs to be used in estimating soil erosion at alpine agricultural land instead of the USLE model for successful soil erosion management at the Doam watershed.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.451-458
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2002
To secure structures from strong earthquakes occurred recently and design economically seismic isolation design is spread rapidly. Specially, frictional isolator has superiority in application to bridge because it has many advantages. however, because isolator lies between pier and girder, responses of pier and superstructure contradict each other and we need to control the two responses to minimize the bridge's failure probability. In this study, frictional coefficient and horizontal stiffness is defined as design parameters of frictional isolator. the optimal design parameters of frictional isolator to minimize the bridge's failure probability are presented according to strength of earthquake and soil conditions. The result says that optimal friction coefficient is higher as the strength of earthquake is increased. And it is also higher as the soils are more flexible. But, optimal horizontal stiffness of rubber spring is insensitive to strength of earthquake and soil condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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