Conventional numerical analysis for rainfall-induced slope stability has been estimated by separating seepage and stress-strain behavior, respectively. Many researchers' models from commercial softwares and literatures define that partially saturated permeability is the only function of degree of saturation (or matrix suction) and then they do not consider hydraulic-mechanical characteristics for the analysis. However, in practice, the water flow processes in a deformable soil are influenced by soil skeleton movement and the pore water pressure changed due to seepage will lead to changes in stress and to deformation of a soil. The relationship between seepage and soil behavior causes a change of partially saturated permeability as well as saturated permeability with the lapse of time. Instability of partially saturated soil slopes due to infiltration would be analyzed from reduction of negative pore water pressure calculating the process of water flow based on predicted partially saturated permeability. Therefore, partially saturated permeability should be defined by the function of degree of saturation (or matric suction) and porosity. The paper presents the comparison between staggered and monolithic coupled analysis regarding seepage and stress deformation problems. As a result, the decrease in matric suction on soil slope from monolithic analysis is slower than that from staggered analysis.
Partially saturated permeability should be defined by the function of suction (or degree of saturation) and porosity. However, commercial software and most researchers' model often describe as the function of suction. The stability of a soil slope can be affected by both hydraulic and shear strength properties of partially saturated soils. For both studies, we generally use an uncoupled seepage analysis program Seep/W(Geo-Slope, 2007) and a series stress-deformation analysis program Sigma/W, or slope stability analysis program Slope/W. Seep/W is performed for simulations of partially saturated flow problems in non-deformable soil media. However, under real situations, the water flow processes in a deformable soil are influenced by soil skeleton movement and the pore water pressure changed due to seepage will lead to changes in stresses and to deformation of a soil. Many researchers are currently developing their models for solving coupled hydro-mechanical problems to simulate slope stability during a rainstorm. For a proper implementation in the field, the developed model should be still needed in order to achieve appropriate accuracy of the solution for coupled hydro-mechanical problems in soil slope stability. Thus, the paper presents the comparison of slope stability between uncoupled and coupled analyses of seepage and stress deformation problems.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.11
no.6
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pp.239-245
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2001
$Al/Al_2O_3$composites were prepared from the reaction of mullite preforms and amorphous silica in aluminum melt at $1100^{\circ}C$ for 5 hrs. The chemical reaction between mullite preform and aluminum melt has formed the interconnected microstructure. The metal content of $Al/Al_2O_3$composite was controlled with the variable of the apparent porosity according to the sintering temperature of mullite preforms; $1600^{\circ}C$,$ 1625^{\circ}C$, $1650^{\circ}C$ and $1700^{\circ}C$, the mechanical properties of $Al/Al_2O_3$composite were investigated upon the content of Al. The mullite preform sintered above $1600^{\circ}C$ showed the chemical reaction with the penetrated Al melt, but the mullite sintered at $1600^{\circ}C$ didnt react with aluminum melt owing to the non-wetting of Al melt/mullite preform. The influences of penetration direction on the mechanical properties of composites were considered with the two different models of the perpendicular pattern and the parallel pattern to the direction of Al melt penetration. With the increase of Al metal penetration content, the fracture strength of $Al/Al_2O_3$composite decreased and the fracture toughness of composite increased. The microstructure of $Al/Al_2O_3$composite was determined by the direction of metal penetration, but the fracture strength and fracture toughness of composite didnt show the dependence on metal penetration direction.
Well logging technologies are used to measure the physical properties of reservoirs through boreholes. These technologies have been utilized to understand reservoir characteristics, such as porosity, fluid saturation, etc., using equations based on rock physics models. The analysis of well logs is performed by selecting a reliable rock physics model adequate for reservoir conditions or characteristics, comparing the results using the Archie's equation or simandoux method, and determining the most feasible reservoir properties. In this study, we developed a joint inversion algorithm to estimate physical properties in shaly sandstone reservoirs based on the pre-existing algorithm for sandstone reservoirs. For this purpose, we proposed a rock physics model with respect to shale volume, constructed the Jacobian matrix, and performed the sensitivity analysis for understanding the relationship between well-logging data and rock properties. The joint inversion algorithm was implemented by adopting the least-squares method using probabilistic approach. The developed algorithm was applied to the well-logging data obtained from the Colony gas sandstone reservoir. The results were compared with the simandox method and the joint inversion algorithms of sand stone reservoirs.
Numerical simulations by three-dimensional Particle Flow Code($PFC^{3D}$, Itasca) considering distinct element method (DEM) were carried out for prediction of triaxial compression test with sand material. The effect of scale conditions for numerical model and distinct material on final prediction results was analyzed by numerical models under various scale conditions, and following observations were made from the numerical experiments. It is very useful to model the initial material condition without any porosity conversion from 2-D to 3-D DEM. Numerical experiments have shown that in all cases considered, 3D distinct element modeling could provide good agreement on stress-strain behavior, volume change and strength properties with laboratory testing results. It was important thing to assess reasonable scale ratio of numerical model and distinct elements for saving calculation time and securing calculation efficiency under condition with accuracy and appropriateness as numerical laboratory. As results of DEM simulations under various scale conditions, most of results show that shear strength properties as cohesion and internal friction angle are similar in condition of $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10. It shows that 3-D distinct element method could be used as efficient tool to assess strength properties by numerical laboratory technique.
Chang-Hun Kim;Youngmin Yoo;In-Chul Kim;Seung-Eun Nam;Jung-Hyun Lee;Youngbin Baek;Young Hoon Cho
Membrane Journal
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v.33
no.4
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pp.191-200
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2023
Polyethersulfone (PES) is a widely employed membrane material for water and industrial purification applications owing to its hydrophilicity and ease of phase separation. However, PES membranes and filters prepared using the nonsolvent induced phase separation method often encounter significant flux decline due to pore clogging and cake layer formation on the dense membrane surfaces. Our investigation revealed that tight microfiltration or loose ultrafiltration membranes can be subject to physical fouling due to the formation of a dense skin layer on the bottom side caused by water intrusion to the gap between the shrank membrane and the substrate. To investigate the effect of the bottom surface porosity on membrane fouling, two membranes with the same selective layers but different sub-layer structures were prepared using single and double layer casting methods, respectively. The double layered PES membrane with highly porous bottom surface showed high flux and physical fouling tolerance compared to the pristine single layer membrane. This study highlights the importance of physical optimization of the membrane structure to prevent membrane fouling.
The plane wave reflection coefficient is an acoustic property containing all the information concerning the ocean bottom and can be used as an input parameter to various acoustic propagation models. In this paper, we measure the plane wave reflection coefficient, the sound speed, thd the attenuation for saturated granular medium in the water tank. Three kinds of glass beads and natural sand are used as the granular medium. The reflection experiment is performed with the sinusoidal tone bursts of 100 kHz at incident angles from 28 to 53 degrees, and the sound speed and attenuation experiment are performed also with the same signal. From the measured reflection signal, the reflection coefficient is calculated with the self calibration method and the experimental uncertainties are discussed. The sound speed and the attenuation measurements are used for the estimation of the porosity and permeability, the main Biot parameters. The estimated values are compared to the directly measured values and used as input values to the Biot theory in order to calculate the theoretical reflection coefficient. Finally, the reflection coefficient predicted by Biot theory is compared to the measured reflection coefficient and their characteristics are discussed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.37
no.4
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pp.267-274
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2024
Hydrogen embrittlement fracture poses a challenge in ensuring the structural integrity of materials exposed to hydrogen-rich environments. This study advances our comprehension of hydrogen-induced fracture through an integrated numerical modeling approach. In addition, it employs a ductile fracture model named the Gurson-cohesive model (GCM) and hydrogen diffusion analysis. GCM is employed as a fracture model that combines the Gurson model to illustrate the continuum damage evolution and the cohesive zone model to describe crack surface discontinuity and softening behavior. Moreover, porosity and stress triaxiality are considered as crack initiation criteria . A hydrogen diffusion analysis is also integrated with the GCM to account for hydrogen enhanced decohesion (HEDE) mechanisms and their subsequent impacts on crack initiation and propagation. This framework considers the influence of hydrogen on the softening behavior of the traction-separation relationship on the discontinuous crack surface. Parametric studies explore the sensitivity to diffusion properties and hydrogen-induced fracture properties. By combining numerical models of hydrogen diffusion and the ductile fracture model, this study provides an understanding of hydrogen-induced fracture and thereby contributes significantly to the ongoing efforts to design materials that are resilient to hydrogen embrittlement in practical engineering applications.
Multifunctionality of agriculture which is not traded on the market now has been an important international issue in that it environmental and public benefits. We carried out to modify and to update the function of upland farming on flood prevention and fostering water resources. Economic values of environmental benefits were evaluated by replacement cost methods. Models to evaluate the function of preventing flood were selected as: (1)precipitation(flood-inducing) - runoff(A), (2) soil depth ${\times}$ soil air phase, (3) precipitation (flood-inducing) - runoff(B), (4) soil depth ${\times}$ effective porosity of soil. Models to estimate the function of fostering water resources were (1) saturated hydraulic conductivity (Ks) ${\times}$ duration of saturation(days) ${\times}$ (1-ratio of water flow directly into river), (2) precipitation ${\times}$ ratio of water fostered by rain resources ${\times}$ (area of upland/total land area), and (3) soil water retention quantity(under standing crop or tree) - SWRQ(in bare soil). Function of preventing flood was $883Mg\;ha^{-1}$ of water per year and 645 million Mg for the whole upland area. Function of fostering water resources was $94.1Mg\;ha^{-1}$ of water per year and 69 million Mg for the whole upland area. The value of flood-preventing function evaluated by replacement cost methods was estimated 1,428 billion won per year as compared to the cost for dam construction. The value of water resource fostering were estimated 8.6 billion won in the price of living water.
The soils derived from granite gneiss occupy almost one third of the land area in Korea. The soils under forest vegetation, formed on granite gneiss, in Sun chon-shi, Chollanam-do in southern part of Korea, were studied to evaluate the weathering and the transformation of primary minerals into secondary minerals, clay minerals. The studied soils contained large amounts of ferromagnesian minerals, weathered biotites and were well weathered, strongly acid and low in organic matters and in ration exchange capacity. The clay contents in the Bt horizon were almost two times higher than those in the C horizon. The O horizon had a thin layer which consisted of a little decomposed plant components with a granic fabric and high porosity, and showed the micromorphological characteristics of moder humus. The related distribution pattern of the E horizon were enaulic and large amounts of silts and small amounts of sand grains were another characteristics of the E horizon. The most striking micromorphological features were multilaminated clay coating and infillings in the voids in the Bt and C horizons, and generally limpid ferriargillans ejected from the biotites and imparted red color to the soils in the Bt horizon. High clay contents in the Bt horizon was not only due to clay translocation, but also due to intensive in situ mineral weathering in this horizon. The most significant pedogenic process, revealed by the petrographic microscope and SEM, was the formation of iron oxides from biotites, the formation of tubular halloysites and the weathering models of biotites; wedge weathering and layer weathering. The thick coating on the weathering biotites showed the characteristics of the weathering process and the synthetic hematites were revealed in clays by TEM. Total chemical analysis of clays revealed extensive loss of Ca, and Na and the concentration of Fe and Al. Mineralogical studies of clays by XRD showed that micas were almost completely weathered to kaolinite, vermiculite-kaolinite intergrade, hematite, gibbsite, while halloysites from other primary minerals. Some dioctahedral mica appeared to be resistant in the soils. Parent rock of the soils contained a considerable amounts of biotites and this forest soils showed especially a dominant characteristics of biotite weathering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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