DDARF (Discontinuous Deformation Analysis for Rock Failure) is a numerical algorithm for simulating jointed rock masses' discontinuous deformation. While its reinforcement simulation is only limited to end-anchorage bolt, which is assumed to be a linear spring simply. Here, several new reinforcement modes in DDARF are proposed, including lining reinforcement, full-length anchorage bolt and equivalent reinforcement. In the numerical simulation, lining part is assigned higher mechanical strength than surrounding rock masses, it may include multiple virtual joints or not, depending on projects. There must be no embedding or stretching between lining blocks and surrounding blocks. To realize simulation of the full-length anchorage bolt, at every discontinuity passed through the bolt, a set of normal and tangential spring needs to be added along the bolt's axial and tangential direction. Thus, bolt's axial force, shearing force and full-length anchorage effect are all realized synchronously. And, failure criterions of anchorage effect are established for different failure modes. In the meantime, from the perspective of improving surrounding rock masses' overall strength, a new equivalent and tentative simulation method is proposed, it can save calculation storage and improve efficiency. Along the text, simulation algorithms and applications of these new reinforcement modes in DDARF are given.
This paper presents two new extensions to the DDA method. The extensions consist of sequential loading or unloading and rock reinforcement by rockbolts, shotcrete or concrete lining. Examples of application of the DDA method with the new extensions are presented. Simulations of the underground excavation of the Unju Tunnel of Kyungbu High Speed Railway Project in Korea were carried out to evaluate the influence of excavation sequence and reinforcement on the tunnel stability. The results of the present study indicate that improper selection of excavation sequence could have a destabilizing effect on the tunnel stability. On the other hand, reinforcement by rockbolts and shotcrete can stabilize the tunnel. It is found that, in general, the DDA program with the three new extensions can now be used as d practical tool in the design of underground structures. In particular, phases of construction (excavation, reinforcement) can now be simulated more realistically.
A powerful numerical method that can be used for modeling rock-structure interaction is the Discontinuous Deformation Analysis (D D A) method developed by Shi in 1988. In this method, rock masses are treated as systems of finite and deformable blocks. Large rock mass deformations and block movements are allowed. Although various extensions of the D D A method have been proposed in the literature, the method is not capable of modeling water-block interaction, sequential loading or unloading and rock reinforcement; three features that are needed when modeling surface or underground excavation in fractured rock. This paper presents three new extensions to the D D A method. The extensions consist of hydro-mechanical coupling between rock blocks and steady water flow in fractures, sequential loading or unloading, and rock reinforcement by rockbolts, shotcrete or concrete lining. Examples of application of the D D A method with the new extensions are presented. Simulations of the underground excavation of the \ulcornerUnju Tunnel\ulcorner in Korea were carried out to evaluate the influence of fracture flow, excavation sequence and reinforcement on the tunnel stability. The results of the present study indicate that fracture flow and improper selection of excavation sequence could have a destabilizing effect on the tunnel stability. On the other hand, reinforcement by rockbolts and shotcrete can stabilize the tunnel. It is found that, in general, the D D A program with the three new extensions can now be used as a practical tool in the design of underground structures. In particular, phases of construction (excavation, reinforcement) can now be simulated more realistically.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.5
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pp.869-886
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2018
Rockbolt is one of the most common supports used to reinforce discontinuous rock during underground excavation. Extra drain pipes are installed to improve excavation workability and the anchorage of rockbolts in water bearing ground. The drain pipe is effective in improving the workability by providing drainage path, but it is difficult to expect the reinforcement effect, increasing disturbance of the discontinuous rock mass and the construction cost. To solve this problem, dual purpose rockbolt (DPR) has been developed for the reinforcement of rock and the drainage of ground water. DPR was able to improve the mechanical and hydraulic stability of the rocks quickly and economically. Two kinds of DPRs using FRP (Fiber Reinforced Plastic) and steel were investigated for the mechanical and hydraulic performance. Also, the workability and stability of DPR were analyzed.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.9
no.5
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pp.1178-1183
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2008
The variable structure control(VSC) with sliding mode is an important and interesting topic in modern control of nonlinear systems. However, the discontinuous control law in VSC leads to undesirable chattering in practice. As a method solving this problem, in this paper, we propose a scheme of the VSC with neural network sliding surface. A neural network sliding surface with boundary layer is employed to solve discontinuous control law. The proposed controller can eliminate the chattering problem of the conventional VSC. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by simulation results.
The mechanical behavior of Fiber Reinforced Cementitious Composites (FRCC) under direct shear is studied through experiment and analytical simulation. The cementitious composite considered contains 55% replacement of cement with fly ash and 2% (volume ratio) of short discontinuous synthetic fibers (in the form of mass reinforcement, comprising PVA - Polyvinyl Alcohol fibers). This class of cementitious materials exhibits ductility under tension with the formation of multiple fine cracks and significant delay of crack stabilization (i.e., localization of cracking at a single location). One of the behavioral parameters that concern structural design is the shear strength of this new type of fiber reinforced composites. This aspect was studied in the present work with the use of Push-off tests. The shear strength is then compared to the materials' tensile and splitting strength values.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.1
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pp.133-142
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2013
The shear wall system with coupling beams has been known as an effective means for moderate and high rise buildings up to 40 stories, because this structural system can provide the enhanced lateral stiffness compared to individual shear walls. Typical reinforced concrete coupling beams have difficulties in construction due to complicated reinforcing work on site, and steel coupling beams also have disadvantages in economical point of view because of a large number of stiffeners required for its stability under lateral loading. To overcome these disadvantages in existing coupling beam systems, this study developed the prestressed composite coupling beam with discontinuous webs, which have improved constructability, economic feasibility, and reduced sectional size. The reversed cyclic loading test on two prestressed composite coupling beams with discontinuous webs having different shear reinforcement ratios have been conducted to investigate their structural performances, and test results showed that the proposed composite coupling beams had good seismic performances.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.4
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pp.39-49
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2001
In this paper, inelastic analysis procedures are presented for the seismic performance evaluation of RC bridge piers with premature termination of main reinforcement. The mechanical characteristic of cracked concrete and reinforcing bar in concrete has been modeled, considering the bond effect between reinforcing bars and concrete, the effect of aggregate interlocking at crack surface and the stiffness degradation after the crack. The smeared crack approach is incorporated. In boundary plane at which each member with different thickness is connected, local discontinuous deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into account by introducing interface element. The increase of concrete strength due to the lateral confining reinforcement has been also taken into account to model the confined concrete. The proposed numerical method for seismic performance evaluation of RC bridge piers with premature termination of main reinforcement will be verified by comparison with reliable experimental results.
Rock is a heterogeneous material, which introduces complexity in the analysis of rock slopes, since both the existing discontinuities within the rock mass and the intact rock contribute to the degradation of strength. Rock failure is often catastrophic due to the brittle nature of the material, involving the sliding along structural planes and the fracturing of rock bridge. This paper proposes an advanced discretization method of rock mass based on block theory. An in-house software, GeoSMA-3D, has been developed to generate the discrete fracture network (DFN) model, considering both measured and artificial joints. Measured joints are obtained from the photogrammetry analysis on the excavation face. Statistical tools then facilitate to derive artificial joints within the rock mass. Key blocks are searched to provide guidance on potential reinforcement measures. The discretized blocky system is subsequently implemented into a discontinuous deformation analysis (DDA) code. Strength reduction technique is employed to analyze the stability of the slope, where the factor of safety can be obtained once excessive deformation of slope profile is observed. The combined analysis approach also provides the failure mode, which can be used to guide the choice of strengthening strategy if needed. Finally, an illustrated example is presented for the analysis of a rock slope of 20 m height inclined at $60^{\circ}$ using combined GeoSMA-3D and DDA calculation.
Kim, Myungsoo;Kong, Kyungil;Kim, Nari;Park, Hyung Wook;Park, Ounyoung;Park, Young-Bin;Jung, Mooyoung;Lee, Sang Hwan;Kim, Su Gi
Composites Research
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v.26
no.1
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pp.72-78
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2013
This study explores the resistive heating characteristics of discontinuous carbon fiber (CF)-epoxy composites. Test samples including 1, 3, and 5 wt.% CF were fabricated using sonication and cast molding processes. For heating performance characterization, DC currents were applied to the composite samples, and surface temperatures were evaluated visually and quantitatively using an infrared camera. To estimate the thermal performance of composites and verify the experimental results, finite element analyses were performed. The resistive heating mechanism was investigated in connection with CF loading and applied voltages. Resistive heating efficiency increased proportionately with CF concentration and applied voltage. To obtain homogeneous temperature distribution of the samples, high degree of CF dispersion is required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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