Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.194-205
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2009
In geotechnical engineering, the mechanical characteristics of soil, the main material of geotechnical engineering, is highly related to the confining stress. Reduced-scale physical modeling is often conducted to evaluate the performance or to verify the behavior of the geotechnical systems. However, reduced-scale physical modeling cannot replicate the behavior of the full-scale prototype because the reduced-scale causes difference of self weight stress level. Geotechnical centrifuges are commonly used for physical model tests to compensate the model for the stress level. Physical modeling techniques using centrifuge are widely adopted in most of geotechnical engineering fields these days due to its various advantages. In this paper, fundamentals of geotechnical centrifuge modeling and its application area are explained. State-of-the-art geotechnical centrifuge equipment is also described as an example of KOCED geotechnical centrifuge facility at KAIST.
Centrifuge modeling and numerical analysis on works of breakwater construction were performed to investigate the behavior of caisson type of breakwater and foundation treated with the method of DCM (Deep Cement Mixing) under the condition of wave action in field. In centrifuge modeling, construction sequence of breakwater caisson such as preparation of ground, treatment of DCM, installation of rubble mound, placement of breakwater caisson and lateral loading on the breakwater due to wave action were reconstructed. Lateral movement of model breakwater and ground reaction in the vertical direction were monitored during test. Stress concentration ratio between the untreated ground and the treated ground with DCM was evaluated from measurement of vertical stresses on each ground. Numerical analysis with the software of PLAXIS was carried to compare with Results of centrifuge model test. It was found that stability of model breakwater was maintained during stage of construction and the compared results about stress concentration ratio were in relatively good agreements.
The centrifuge test result on capped sediment was compared to the advection- dispersion equation proposed for one layered to predict contaminant transport parameters. The fitted contaminant transport parameters for the centrifuge test results were one to three orders of magnitude greater than the estimated parameters from the advection-dispersion equation. This indicates that the centrifuge model over estimated the contaminant transport phenomena. Thus, the centrifuge provides a non-conservative approach to modeling contaminant transport. It should be also noted that the advection-dispersion equation used in this study is a one layered model. Two layered modeling approaches are more appropriate for modeling this data since there are two layers with different partitioning coefficients. Further research is required to model the centrifuge test using two-layered advection-dispersion models.
This paper is results of experimental research on the effect of application of similarity related to permeability of soil on the consolidation behavior as centrifuge modeling of consolidation is performed with the centrifuge model facility. In this research, the permeability of soil was controlled by changing the viscosity of porewater as the mixed water with glycerin was used during the centrifuge model experiments. The effect of drainage path on consolidation was investigated by installing the vertical drains. A serise of centrifuge model tests with conditions of single vertical and radial horizontal drainage were carried out. Kaolinite and Jumunjin standard sand were used as soft clay and surcharges respectively during tests. For testing condition of single vertical drainage considering similarity of permeability, it was found that consolidation with mixed porewater with glycerin was delayed in comparisons sons with test results with water only. For conditions of horizontal drainage with vertical drains, a low permeability by changing the viscosity of pore water resulted in delayed degree of consolidation at an initial stage of consolidation. But, it predicted not much differences in settlement as long as the consolidation time was sufficiently long enough to finish consolidation. Consequently, it was found that similarity in permeability should be considered to be critical for the case of centrifuge model experiments related to consolidation with long drainage path.
Ha, Jeong-Gon;Lee, Sei-Hyun;Choo, Yun-Wook;Kim, Se-Hee;Kim, Dong-Soo
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.16
no.4
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pp.27-36
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2012
The simulation of the field dynamic soil properties for soil modeling in the centrifuge test is important. In this study, the process of soil modeling based on the shear wave velocity profile is developed. From the resonant column test in each confining pressure, the shear wave velocity profile is expected and the modeling condition is determined by comparing it with that in the field. During the dynamic centrifuge test, the bender element test is performed for measuring the in-flight shear wave velocity profile, and the applicability of the proposed method was verified. This modeling method is applied to the centrifuge test of the Hualien Large-Scale Seismic test.
Tasiopoulou, Panagiota;Taiebat, Mahdi;Tafazzoli, Nima;Jeremic, Boris
Coupled systems mechanics
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v.4
no.1
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pp.37-65
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2015
Modeling and simulation of mechanical response of infrastructure object, solids and structures, relies on the use of computational models to foretell the state of a physical system under conditions for which such computational model has not been validated. Verification and Validation (V&V) procedures are the primary means of assessing accuracy, building confidence and credibility in modeling and computational simulations of behavior of those infrastructure objects. Validation is the process of determining a degree to which a model is an accurate representation of the real world from the perspective of the intended uses of the model. It is mainly a physics issue and provides evidence that the correct model is solved (Oberkampf et al. 2002). Our primary interest is in modeling and simulating behavior of porous particulate media that is fully saturated with pore fluid, including cyclic mobility and liquefaction. Fully saturated soils undergoing dynamic shaking fall in this category. Verification modeling and simulation of fully saturated porous soils is addressed in more detail by (Tasiopoulou et al. 2014), and in this paper we address validation. A set of centrifuge experiments is used for this purpose. Discussion is provided assessing the effects of scaling laws on centrifuge experiments and their influence on the validation. Available validation test are reviewed in view of first and second order phenomena and their importance to validation. For example, dynamics behavior of the system, following the dynamic time, and dissipation of the pore fluid pressures, following diffusion time, are not happening in the same time scale and those discrepancies are discussed. Laboratory tests, performed on soil that is used in centrifuge experiments, were used to calibrate material models that are then used in a validation process. Number of physical and numerical examples are used for validation and to illustrate presented discussion. In particular, it is shown that for the most part, numerical prediction of behavior, using laboratory test data to calibrate soil material model, prior to centrifuge experiments, can be validated using scaled tests. There are, of course, discrepancies, sources of which are analyzed and discussed.
Marine sediment capping is a technique where clean sand is placed over contaminated sediment to reduce the migration of contaminants to the environment. The design of in-situ caps placed over marine sediment must take into consideration the self-weight consolidation of the cap and the consolidation of the sediment as a result of adding the cap layer. Centrifuge tests were adopted to simulate the effects of consolidation settlement of capped marine sediment caused by the placement of a clean sand layer. The modeling of models technique was utilized to verify the correct modeling procedures used in this study. Two centrifuge tests were conducted with the same boundary conditions at different gravitational accelerations of 100 g and 50 g. There was good agreement between these tests. It can be concluded that the centrifuge experiment is able to model consolidation settlement of capped marine sediment.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.20
no.4
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pp.201-209
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2016
Damages of large embankment dams by recent strong earthquakes in the world highlight the importance of seismic security of dams. Some of recent dam construction projects for water storage and hydropower are located in highly seismic zone, hence the seismic performance evaluation is an important issue. While state-of-the-art numerical analysis technology is generally utilized in practice for seismic performance evaluation of large dams, physical modeling is also carried out where new construction technology is involved or numerical analysis technology cannot simulate the behavior appropriately. Geotechnical centrifuge modeling is widely adopted in earthquake engineering to simulate the seismic behavior of large earth structures, but sometimes it can't be applied for large embankment dams due to various limitations. This study proposes a dynamic centrifuge testing method for large embankment dams and evaluated its applicability. Scaling relations for a case which model scale and g-level are different could be derived considering the stress conditions and predominant period of the structure, which is equivalent to previously suggested scaling relations. The scaling principles and testing method could be verified by modified modeling of models using a model at different acceleration levels. Finally, its applicability was examined by centrifuge tests for an embankment dam in Korea.
Recently, as the seismic performance based design methods have been introduced, dynamic numerical analyses need to be performed to evaluate the actual performance of structures under earthquakes. The verification of the numerical modeling is the most important for the performance based design. Therefore, 2-dimensional numerical analyses were performed to simulate the seismic behavior of a pile-supported structure, to provide the proper numerical modeling and to determine of input parameters. A dynamic centrifuge test of a pile group in dry loose sand was simulated to verify the applicability of the numerical model. The numerical modeling was carefully made to reflect the actual condition of the centrifuge test including dynamic soil properties, soil-pile interaction, boundary condition, the modeling of the group pile and structure and so on. The predicted behavior of the numerical analyses successfully simulated the acceleration variation in ground, the moment and displacement of the pile, and the displacement and acceleration of the structure. Therefore, the adopted numerical modeling and the input parameters can be used to evaluate the seismic performance of pile groups.
For physical experiments like analogue modeling that designed for studying geological deformation, reproducibility of the deformation is important to guarantee the reliability of the experiment. In this study, the normal fault generated by extensional stress is benchmarked using a sand box model. The scaling factors for the modeling test are considered and the experiments are conducted by setting the appropriate material, extensional stress, and boundary condition in the same way as in a benchmark experiment. In addition, a large centrifuge facility is used to vary the centrifugal acceleration and extension rate in the same sized model to account for the scaling factors of the physical quantity during extensional behavior. At 1 g benchmark condition and a centrifugal field at 10 g, a constant rate of the extensional stress is implemented and the topographic evolution is reliably measured. In this study, the reliability and applicability of large centrifuge model tests are evaluated for formulating experiments designed to study geological deformation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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