A hydrogeomechanical numerical model is presented to evaluate rainfall impacts on groundwater flow in slopes and slope stability. This numerical model is developed based on the fully coupled poroelastic governing equations for groundwater flow in deforming variably saturated geologic media and the Galerkin finite element method. A series of numerical experiments using the model developed are then applied to an unsaturated slope under various rainfall rates. The numerical simulation results show that the overall hydromechanical slope stability deteriorates, and the potential failure nay initiate from the slope toe and propagate toward the slope crest as the rainfall rate increases. From the viewpoint of hydrogeology, the pressure head and hence the total hydraulic head increase as the rainfall rate increases. As a result, the groundwater table rises, the unsaturated zone reduces, the seepage face expands from the slope toe toward the slope crest, and the groundwater flow velocity increases along the seepage face. From the viewpoint of geomechanics, the horizontal displacement increases, and the vertical displacement decreases toward the slope toe as the rainfall rate increases. This may result from the buoyancy effect associated with the groundwater table rise as the rainfall rate increases. As a result, the overall deformation intensifies toward the slope toe, and the unstable zone, in which the factor of safety against shear failure is less than 1, becomes thicker near the slope toe and propagates from the slope toe toward the slope crest. The numerical simulation results also suggest that the potential tension failure is likely to occur within the slope between the potential shear failure surface and the ground surface.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.30-39
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2023
Large dams, which are critical infrastructures for disaster prevention, are exposed to various risks such as aging, floods, and earthquakes. Better dam safety inspection and diagnosis using digital transformation technologies are needed. Traditional visual inspection methods by human inspectors have several limitations, including many inaccessible areas, danger of working at heights, and know-how based subjective inspections. In this study, drone photogrammetry was performed on two large dams to evaluate the applicability of digital data-based dam safety inspection and propose a data management methodology for continuous use. High-quality 3D digital models with GSD (ground sampling distance) within 2.5 cm/pixel were generated by flat double grid missions and manual photography methods, despite reservoir water surface and electromagnetic interferences, and severe altitude differences ranging from 42 m to 99.9 m of dam heights. Geometry profiles of the as-built conditions were easily extracted from the generated 3D mesh models, orthomosaic images, and digital surface models. The effectiveness of monitoring dam deformation by photogrammetry was confirmed. Cracks and deterioration of dam concrete structures, such as spillways and intake towers, were detected and visualized efficiently using the digital 3D models. This can be used for safe inspection of inaccessible areas and avoiding risky tasks at heights. Furthermore, a methodology for mapping the inspection result onto the 3D digital model and structuring a relational database for managing deterioration information history was proposed. As a result of measuring the labor and time required for safety inspection at the SYG Dam spillway, the drone photogrammetry method was found to have a 48% productivity improvement effect compared to the conventional manpower visual inspection method. The drone photogrammetry-based dam safety inspection is considered very effective in improving work productivity and data reliability.
During the construction of circular underground pipe, the non-proper compaction along the pipe and the decrease of compaction efficiency have been the main problems to induce the failure of underground pipe or facility. The use of CLSM (controlled low strength materials) should be one of the possible applications to overcome those problems. In this research, the full-scaled field test and the numeric analysis using PENTAGON-3D FEM program were carried out for three different cases on the change of backfill materials, including the common sand, the soil from construction site, and the CLSM. From the full-scaled test in field, the use of in-situ CLSM as backfill materials reduced the vertical and lateral deformation of the pipe, as well as the deformation of the ground surface. The main reason for reducing the deformation would be the characteristics of the CLSM, especially self-leveling and self-hardening properties. The measured earth pressure at the surround of the corrugated pipe using the CLSM backfills was the smaller than the other cases, and the absolute value was almost zero. Judging from the full-scaled field test and FEM analysis, the use of CLSM as backfill materials should be one of the best choices reducing the failure of the underground pipes.
The behavior of earth retention wall installed in cut slope is different from the behavior of retention wall applied in urban excavation. In order to establish the design method of anchored retention walls in cut slope, the behavior of anchored retention wall can be investigated and checked in detail. In this study, the behavior of anchored retention wall was investigated by instrumentation installed in cut slope for an apartment construction stabilized by a row of piles. The horizontal displacement of anchored retention wall was larger than the displacement of slope soil behind the wall at the early stage of excavation. As the excavation depth became deeper, the horizontal displacement of slope soil was larger than the displacement of anchored retention wall. It means that the horizontal displacement of anchored retention wall due to excavation is restrained by soldier pile stiffness and jacking force of anchor. Jacking force of anchor was mainly influenced in the horizontal displacement of anchored retention wall. The displacements of anchored retention wall and slope soil were affected mainly by an rainfall infiltrated from the ground surface. Meanwhile, the horizontal displacement of anchored retention wall with slope backside was about 2-6 times larger than the displacement of anchored retention wall with horizontal backside of excavation.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.26
no.6
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pp.367-380
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2014
Tsunami take away life, wash houses away and bring devastation to social infrastructures such as breakwaters, bridges and ports. The targeted coastal structure object in this study can be damaged mainly by the tsunami force together with foundation ground failure due to scouring and liquefaction. The increase of excess pore water pressure composed of oscillatory and residual components may reduce effective stress and, consequently, the seabed may liquefy. If liquefaction occurs in the seabed, the structure may sink, overturn, and eventually increase the failure potential. In this study, the solitary wave was generated using 2D-NIT(Two-Dimensional Numerical Irregular wave Tank) model, and the dynamic wave pressure acting on the seabed and the estimated surface boundary of the vertical revetment. Simulation results were used as an input data in a finite element computer program(FLIP) for elasto-plastic seabed response. The time and spatial variations in excess pore water pressure, effective stress, seabed deformation, structure displacement and liquefaction potential in the seabed were estimated. From the results of the analysis, the stability of the vertical revetment was evaluated.
The 2017 Pohang Earthquakes occurred near a drill site in the Pohang Enhanced Geothermal System. Water injected for well stimulation was believed to have reactivated the buried near-critically stressed Miocene faults by the accumulation of the Quaternary tectonic strain. However, surface expressions of the Quaternary tectonic activity had not been reported near the epicenter of the earthquakes before the site construction. Unusual, large-scale water-escaped structures were identified 4 km away from the epicenter during a post-seismic investigation. The water-escaped structures comprise Miocene mudstones injected into overlying Pleistocene coastal sediments that formed during Marine Isotope Stage 5. This indicates the vulnerable state of the mudstones long after deposition, resulted from the combined effects of rapid tectonic uplift (before significant diagenesis) and the development of an aquifer at their unconformable interface of the mudstone. Based on the detailed field analysis and consideration of all possible endogenic triggers, we interpreted the structures to have been formed by elevated pore pressures in the mudstones (thixotropy), triggered by cyclic ground motion during the earthquakes. This interpretation is strengthened by the presence of faults 400 m from the study area, which cut unconsolidated coastal sediment deposited after Marine Isotope Stage 5. Geological context, including high rates of tectonic uplift in SE Korea, paleo-seismological research on Quaternary faults near the study area, and historical records of paleoearthquakes in SE Korea, also support the interpretation. Thus, epicenter and surrounding areas of the 2017 Pohang Earthquake are considered as a paleoseismologically active area, and the causative fault of the 2017 Pohang Earthquakes was expected to be nearly critical state.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.27
no.1
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pp.63-77
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2015
Tsunami take away life, wash houses away and bring devastation to social infrastructures such as breakwaters, bridges and ports. The coastal structure targeted object in this study can be damaged mainly by the wave pressure together with foundation ground failure due to scouring and liquefaction. The increase of excess pore water pressure composed of oscillatory and residual components may reduce effective stress and, consequently, the seabed may liquefy. If liquefaction occurs in the seabed, the structure may sink, overturn, and eventually increase the failure potential. In this study, the bore was generated using the water level difference, its propagation and interaction with a vertical revetment analyzed by applying 2D-NIT(Two-Dimensional Numerical Irregular wave Tank) model, and the dynamic wave pressure acting on the seabed and the surface boundary of the vertical revetment estimated by this model. Simulation results were used as input data in a finite element computer program(FLIP) for elasto-plastic seabed response. The time and spatial variations in excess pore water pressure ratio, effective stress path, seabed deformation, structure displacement and liquefaction potential in the seabed were estimated. From the results of the analysis, the stability of the vertical revetment was evaluated.
The behavior of earth retention wall installed in a cut slope is different from the behavior of retention wall applied in an urban excavation. In order to establish the design method of anchored retention wall in the cut slope, the behavior of anchored retention wall needs to be investigated and checked in detail. In this study, the behavior of anchored retention wall was investigated by the instrumentation installed in the cut slope, where was stabilized by a row of piles in an apartment construction site. The horizontal displacement of anchored retention wall was larger than the displacement of slope soil behind the wall at the early stage of excavation. As the excavation depth became deeper, the horizontal displacement of slope soil was larger than the displacement of anchored retention wall. It means that the horizontal displacement of anchored retention wall due to excavation is restrained by soldier pile stiffness and jacking force of anchor at the early stage of excavation. lacking force of anchor was mainly influenced on the horizontal displacement of anchored retention wall. The displacements of anchored retention wall and slope soil were affected mainly by rainfall infiltrated from the ground surface. Meanwhile, the horizontal displacement of anchored retention wall with a sloped backside was about $2\~6$ times larger than the displacement of anchored retention wall with a horizontal backside of excavation.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.33
no.5
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pp.443-451
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2015
In photogrammetry, GCPs (Ground Control Points) have traditionally been used to determine EOPs (Exterior Orientation Parameters) and to produce DEM (Digital Elevation Model). The existing DEM can be used as GCPs, where the observer’s approach is a difficult area, because it is very restrictive to survey in the field. For this, DEM matching should be performed. This study proposed the fusion method using ICP (Iterative Closest Point) and RT (proposed method by Rosenholm and Torlegard, 1988) in order to improve accuracy of the DEM matching. The proposed method was compared to the ICP method to evaluate its usefulness. Pseudo reference DEM with resolution 10m, and modified DEM (random-numbers are added from 0 to 2 at height; scale is 0.9; translation is 100 meters in 3-D axes; rotation is from 10° to 50° from the reference DEM) were used in the experiment. The results proposed accuracy was highest in the matching and absolute orientation. In the case of ICP, according to rotation of the modified DEM being increased, absolute orientation error is increased, while the proposed method generally showed consistent results without increasing the error. The proposed method would be applied to matching when the DEM is modified up to 30° rotation, compared to the reference DEM, based on the results of experiments. In addition when we use Drone, this method can be utilized to identify EOPs or detect 3-D surface deformation from the existing DEM of the inaccessible area.
When a tunnel is excavated in a rock mass of poor condition, the adjacent zone of excavation surface may be reinforced by adopting the appropriate methods such as grouting and rock bolting. The reinforced effect can be evaluated by use of various numerical approaches, where the reinforcing elements may be expressed as distinct discretizations or smeared into the equivalent material properties. In this study, a simple numerical method, which can be classified as the latter approach, was developed for the elasto-plastic analysis of a circular tunnel. If a circular tunnel in a Mohr-Coulomb rock mass is reinforced to a finite thickness, the reinforced annulus may have different material properties from the in-situ rock mass. In the proposed elasto-plastic method for assessing the reinforcing effect, Lee & Pietruszczak (2007)'s method is applied to both the reinforced annulus and the outer insitu rock mass of the fictitious tunnel, and then two results are combined by enforcing the compatibility condition. The method were verified through comparing the results with the proposed method and the commercial finite difference code FLAC. When taking the variation of deformation modulus and strength parameters in the reinforced zone into account, the distributions of stress and radial displacement were much different from those obtained with the assumption of homogeneous rock mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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