• Structural Engineering and Mechanics
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• 제78권2호
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• pp.163-174
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• 2021

Track-bridge interaction has become an essential part in the design of bridges and rails in terms of modern railways. As a unique ballastless slab track, the longitudinal continuous slab track (LCST) or referred to as the China railway track system Type-II (CRTS II) slab track, demonstrates a complex force mechanism. Therefore, a comprehensive track-bridge interaction study between multi-span simply supported beam bridges and the LCST is presented in this work. In specific, we have developed an integrated finite element model to investigate the overall interaction effects of the LCST-bridge system subjected to the actions of temperature changes, traffic loads, and braking forces. In that place, the deformation patterns of the track and bridge, and the distributions of longitudinal forces and the interfacial shear stress are studied. Our results show that the additional rail stress has been reduced under various loads and the rail's deformation has become much smoother after the transition of the two continuous structural layers of the LCST. However, the influence of the temperature difference of bridges is significant and cannot be ignored as this action can bend the bridge like the traffic load. The uniform temperature change causes the tensile stress of the concrete track structure and further induce cracks in them. Additionally, the influences of the friction coefficient of the sliding layer and the interfacial bond characteristics on the LCST's performance are discussed. The systematic study presented in this work may have some potential impacts on the understanding of the overall mechanical behavior of the LCST-bridge system.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권8호
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• pp.39-50
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• 2011

흙막이 가시설 공사에 사용되는 H-pile은 철거의 어려움으로 공사 완료 후 그대로 지중에 사장되거나 사용 후 인발된다. 이때 H-pile 외부에 공동이 있을 경우 지반 변형을 일으키게 된다. 본 연구의 목적은 H-pile을 이용한 흙막이 구조물 조성 시 천공 후 공동 충진을 용이하게 할 수 있고, H-pile 회수 시 마찰을 최소화하는 채움재 개발에 있다. 일차시험에서는 연구 목적을 만족하는 배합비를 선정하기 위해 수행되었고, 이차시험에서는 사용재료와 철판의 전단시험으로 인발 시 적용성을, 압밀시험을 통해 공동 충진 시 적용성을 평가하였다. 시험결과 유동화 채움재로서 우수한 성질을 보이는 배합은 벤토나이트를 기준으로 물 350%~450%, 시멘트 70%~100%, 모래 70%~100%가 포함된 배합으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제32권1호
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• pp.20-29
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• 2022

지중공동이 존재하는 지반의 거동은 지반함몰의 위험을 평가할 때 반드시 고려해야 하는 사항이다. 지중공동 주변 지반의 전단강도를 알더라도 공동의 크기와 같은 기하학적 요소와 관련된 불확실성으로 인해 정밀한 분석이 어렵다. 본 연구에서는 지반의 강도 및 공동의 기하학적 조건들을 바탕으로 무차원 안정성 상수를 나타내는 도표를 제안하였다. 이를 위해 수치해석이 수행되었으며 안정성 상수는 지반의 강도 정수인 점착력과 마찰각, 그리고 지중 공동의 크기와 심도를 고려한다. 제안도표는 지반 조건을 바탕으로 현장의 안정성을 추정하는 데 도움이 될 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권7호
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• pp.13-21
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• 2006

최근 보강토는 토지활용의 극대화 방법의 일환으로 토목구조물에 다양하게 이용되고 있다. 일반적으로 보강토를 축조하는 과정에서 높이 약 $20{\sim}50cm$ 내외로 다짐을 실시하고 있으며, 이러한 다짐과정에서 기계진통이 보강토에 영향을 미치고 있는 상태이다. 본 연구에서는 토목섬유(부직포)로 보강된 화강풍화토에 대한 정적하중 및 동적하중에 의한 비압밀비배수 삼축압축시험을 실시하여 무보강 및 보강화강풍화토의 응력-변형특성 등에 대한 분석을 실시하였다. 즉 비압밀비배수 조건하에서 토목섬유로 보강된 화강풍화토의 전단장도는 주로 점착력성분 증가는 뚜렷하게 나타났으며, 내부마찰각 성분의 증가는 무보강에 비해 다소 작게 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권11호
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• pp.49-58
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• 2007

침투그라우팅시 미세입자의 이동 메카니즘과 미세입자들의 간극 충진 후 강도증가 상태를 파악하기 위해 PFC3D를 이용한 수치해석을 수행하였다. 해석을 위하여 업스케일링 기법을 이용하였으며 연구를 통해 다음과 같은 사실들이 관찰되었다. 첫째, 토층 입자에 대한 그라우팅 미세 입자의 상대적 크기가 0.05배에서 0.25배로 증가하면서 입자의 이동이 제한을 받게 된다. 특히, 0.20배 또는 0.25배의 그라우팅 미세입자의 경우, 토층 입자들 간의 공극이 하나 또는 다수의 미세입자들에 의해 막히기 때문에 미세입자의 이동이 거의 없다. 또한 0.05배와 0.10배의 경우, 입자의 이동량이 거의 유사하므로 입자 크기가 감소되어도 그라우팅 효과의 증진은 한계가 있다. 둘째, 침투그라우팅 전과 후의 수치시료에 대한 물성 실험을 한 결과 점착력과 마찰계수가 증가함이 확인되었다.

• Smart Structures and Systems
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• 제32권5호
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• pp.281-295
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• 2023

The purpose of this study is to demonstrate and verify the application of phase-control absolute-acceleration-feedback active tuned mass dampers (PCA-ATMD) to multiple-degree-of-freedom (MDOF) building structures. In addition, servo speed control technique has been developed as a replacement for force control in order to mitigate the negative effects caused by friction and inertia. The essence of the proposed PCA-ATMD is to achieve a 90° phase lag for a structure by implementing the desired control force so that the PCA-ATMD can receive the maximum power flow with which to effectively mitigate the structural vibration. An MDOF building structure with a PCA-ATMD and a real-time filter forming a complete system is modeled using a state-space representation and is presented in detail. The feedback measurement for the phase control algorithm of the MDOF structure is compact, with only the absolute acceleration of one structural floor and ATMD's velocity relative to the structure required. A discrete-time direct output-feedback optimization method is introduced to the PCA-ATMD to ensure that the control system is optimized and stable. Numerical simulation and shaking table experiments are conducted on a three-story steel shear building structure to verify the performance of the PCA-ATMD. The results indicate that the absolute acceleration of the structure is well suppressed whether considering peak or root-mean-square responses. The experiment also demonstrates that the control of the PCA-ATMD can be decentralized, so that it is convenient to apply and maintain to real high-rise building structures.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제89권3호
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• pp.253-263
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• 2024

Slope stability is generally paid more attention to in slope protection works, especially for slope containing weak layers. Two indexes of safety factor and failure model are selected to perform slope stability. Moreover, the finite element limit analysis method comprehensively combines the advantage of the limit analysis method and the finite element method obtaining the upper and lower bounds of the safety factor and the failure mode under the slope stability limit state. In this study, taking a waste dump containing a weak layer as an engineering background, the finite element limit analysis method is adopted to explore the potential failure mode. Meanwhile, the sensitivity analysis of slope stability is performed on geometrical and geotechnical parameters of the waste dump. The results show that the failure mode of the waste dump slope is two wedges if the weak layer is located on the ground surface (Model A), while the slope can be observed as three wedges failure if the weak layer is below the ground surface (Model B). In addition, both failure modes are highly sensitive to the friction angle of the weak layer and the shear strength of waste disposal, and moderately sensitive to the heap height, the dip angle and cohesion of the weak layer, while the toe cutting has limited effect on the slope stability. Moreover, the sensitivity to the excavation of the ground depends on the location of the weak layer and failure mode.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권5호
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• pp.489-509
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• 2024

Slope stability analysis and prediction are of critical importance to geotechnical engineers, given the severe consequences associated with slope failure. This research endeavors to forecast the factor of safety (FOS) for slopes through the implementation of six distinct ML techniques, including back propagation neural networks (BPNN), feed-forward neural networks (FFNN), Takagi-Sugeno fuzzy system (TSF), gene expression programming (GEP), and least-square support vector machine (Ls-SVM). 344 slope cases were analyzed, incorporating a variety of geometric and shear strength parameters measured through the PLAXIS software alongside several loss functions to assess the models' performance. The findings demonstrated that all models produced satisfactory results, with BPNN and GEP models proving to be the most precise, achieving an R² of 0.86 each and MAE and MAPE rates of 0.00012 and 0.00002 and 0.005 and 0.004, respectively. A Pearson correlation and residuals statistical analysis were carried out to examine the importance of each factor in the prediction, revealing that all considered geomechanical features are significantly relevant to slope stability. However, the parameters of friction angle and slope height were found to be the most and least significant, respectively. In addition, to aid in the FOS computation for engineering challenges, a graphical user interface (GUI) for the ML-based techniques was created.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권5호
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• pp.475-498
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• 2024

The prediction of the susceptibility of soil to liquefaction using a limited set of parameters, particularly when dealing with highly unbalanced databases is a challenging problem. The current study focuses on different ensemble learning classification algorithms using highly unbalanced databases of results from in-situ tests; standard penetration test (SPT), shear wave velocity (V_s) test, and cone penetration test (CPT). The input parameters for these datasets consist of earthquake intensity parameters, strong ground motion parameters, and in-situ soil testing parameters. liquefaction index serving as the binary output parameter. After a rigorous comparison with existing literature, extreme gradient boosting (XGBoost), bagging, and random forest (RF) emerge as the most efficient models for liquefaction instance classification across different datasets. Notably, for SPT and V_s-based models, XGBoost exhibits superior performance, followed by Light gradient boosting machine (LightGBM) and Bagging, while for CPT-based models, Bagging ranks highest, followed by Gradient boosting and random forest, with CPT-based models demonstrating lower G_mean(error), rendering them preferable for soil liquefaction susceptibility prediction. Key parameters influencing model performance include internal friction angle of soil (ϕ) and percentage of fines less than 75 µ (F₇₅) for SPT and V_s data and normalized average cone tip resistance (q_c) and peak horizontal ground acceleration (a_max) for CPT data. It was also observed that the addition of V_s measurement to SPT data increased the efficiency of the prediction in comparison to only SPT data. Furthermore, to enhance usability, a graphical user interface (GUI) for seamless classification operations based on provided input parameters was proposed.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.637-652
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• 2015

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 말뚝에 인접한 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 터널로부터 말뚝선단의 횡방향 이격거리를 고려하여 분석하였다. 단독말뚝 및 간격 2.5d인 $5{\times}5$ 군말뚝을 고려하였다. 여기서 d는 말뚝의 직경을 의미한다. 수치해석에서는 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced) 으로 인해 유발된 말뚝침하, 전단응력, 상대변위, 축력분포, 겉보기안전율 및 터널굴착 영향권을 고찰하였다. 말뚝이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝두부의 침하는 Greenfield 조건의 지표면 침하보다 최대 대략 111% 크게 산정되었고, 군말뚝의 경우 단독말뚝과 비교하여 말뚝침하가 크고 축력이 작게 나타났는데 이는 군말뚝내의 말뚝이 인접지반과 함께 블록(block)의 형태로 거동하는 것으로 분석되었다. 또한 말뚝의 상부에서는 상향의 마찰 저항력이 발생하고 말뚝의 하부에서는 하향의 마찰 저항력이 발생하여 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 인해 말뚝에는 인장력을 발생시켰다. 한편 말뚝이 영향권 외부에 존재할 경우 말뚝에는 tunnelling-induced 압축력이 발생하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-침하 관계로부터 말뚝의 겉보기안전율을 계산한 결과 터널굴착 이전에 비해 대략 45% 감소된 것으로 나타났다. 따라서 이는 말뚝의 사용성에 심각한 문제를 유발시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 지반침하 영향권에 따른 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 심도 있게 고찰하였다.