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.
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.
Satyam Tiwari;Sarat K. Das;Madhumita Mohanty;Prakhar
Geomechanics and Engineering
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v.37
no.5
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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 (Vs) 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 Vs-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 Gmean(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 Vs data and normalized average cone tip resistance (qc) and peak horizontal ground acceleration (amax) for CPT data. It was also observed that the addition of Vs 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.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.17
no.6
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pp.637-652
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2015
In the present work, a number of three-dimensional (3D) parametric numerical analyses have been carried out to study the influence of tunnelling on the behaviour of adjacent piles considering the transverse distance of the pile tip from the tunnel. Single piles and $5{\times}5$ piles inside a group with a spacing of 2.5d were considered, where d is the pile diameter. In the numerical modelling, several key issues, such as the tunnelling-induced pile settlements, the interface shear stresses, the relative shear displacements, the axial pile forces, the apparent factors of safety and zone of influence have been rigorously analysed. It has been found that when the piles are inside the influence zone, the pile head settlements are increased up to about 111% compared to those computed from the Greenfield condition. Larger pile settlements and smaller axial pile forces are induced on the piles inside the pile groups than those computed from the single piles since the piles responded as a block with the surrounding ground. Also tensile pile forces are induced associated with the upward resisting skin friction at the upper part of pile and the downward acting skin friction at the lower part of pile. On the contrary, when the piles were outside the influence zone, tunnelling-induced compressive pile forces developed. Based on computed load and displacement relation of the pile, the apparent factor of safety of the piles was reduced up to about 45%. Therefore the serviceability of the piles may be substantially reduced. The pile behaviour, when considering the single piles and the pile groups with regards to the influence zone, has been analysed by considering the key features in great details.
This study analyzed the geometric, compressive, cutting and friction properties of oriental melons in order to design a gripper capable of soft handling and a cutter for cutting oriental melon vine among the end effector of oriental melon as a preliminary step for developing the end effector of the robot capable of harvesting oriental melons in protected cultivation. As a result, the average length, diameter at the midpoint, weight, volume and roundness of the oriental melons were 108 mm, 70 mm, 188 g, 333 mL and 3.8 mm. Nonlinear regression analysis was performed on the equation $W=L^a{\times}D_2^b$ with variation of the length (L) and diameter (D2) of the weight (W) of the oriental melons. As a result, it was shown that there was a correlation between a of 2.0279 and b of -0.9998 as a constant value. The average diameter of the oriental melon vine was 3.8 mm, and most vines were distributed within a radius of 5 mm from the center. The average yield value, compressive strength and hardness of the oriental melons were $36.5N/cm^2$, $185.7N/cm^2$ and $636.7N/cm^2$, respectively. The average cutting force and shear strength of the oriental melon vines were $2.87{\times}10^{-2}\;N$ and $5.60N/cm^2$, respectively. The maximum friction coefficient of the oriental melons was rubber of 0.609, followed by aluminium of 0.393, stainless steel of 0.177 and teflon of 0.079. It was considered possible to apply it to the size of the gripper and cutter, turning radius, dynamics of drive motor and selection of materials and their quality in light of the position error and safety factor according to the movement when designing end effector based on the analyzed data.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.3
s.73
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pp.271-282
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2006
The behavior of the concrete slabs on grade considering the horizontal resistance at the slab bottom, which exists due to the shear resistance of the foundation and the friction between the slab and the foundation, has been investigated when the slabs-on-grade are subjected to the thermal load. Analytical formulations have been developed to include the effect of the horizontal resistance at the slab bottom employing the thin plate on an elastic foundation that is widely used for the analysis of concrete slabs-on-grade and rigid pavement systems. Finite element formulations have then been developed using the plate bending elements and the flat shell elements. The solutions from the analytical and numerical models have been compared and showed very good agreement. The sensitivity of the horizontal resistance to the stresses of the concrete slab has been investigated with various values of the slab thickness, elastic modulus, and vortical stiffness of the foundation when subjected to the temperature gradient between the top and bottom of the slab and the uniform temperature drop throughout the slab depth. The analysis results show that the horizontal resistance at the plate bottom can significantly affect the stresses of the slab when the thermal loads are applied.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.8
no.3
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pp.508-512
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1998
The NTC thermistors were sintered by using microwave hybrid heating method at $1100^{\circ}C$~$1300^{\circ}C$ and those electrical properties were investigated. The obtained $B_{25^{\circ}C/85^{\circ}C}$ values from temperature dependence of electrical resisitivity were around 3100~3200 K which were almost the same values as conventionally sintered ones. Compared with conventional sintering process, this process could complete whole sintering process within 20 minutes. This the processing time and energy consumption could be reduced through this rapid heating by using microwave hybrid heating.t there were showed only two peaks, glycolide melting peak and lower molecular weight melting peak without lauryl alcohol. Conversion increased slowly with the reaction time up to 50 minutes, and then gave a sudden increase above that. The reaction time to disappear in glycolide melting peak during polymerization was shortened with the increase of lauryl alcohol content. Zero-shear viscosity of polyglycolic acid decreased with the increase of free acid content in glycolide.ssional energy and bending hysteresis increased. \circled3 Surface characteristics such as friction coefficient and thickness variation of highly shrinkage fabrics became relatively roughened state. \circled4 Since stiffened and roughened characteristics of highly shrinkage fabrics, drapabilities of them were significantly lowered. Additionally thermal insulation property of high shrinkage fabric was higher than that of low shrinkage fabric due to bulky and thickened feature. From the results, it is considered that the silk fabrics with high filling shrinkage have the good bulkiness and heat keeping properties and thus they have the suitable characteristics for high quality men's and women's formal garments.
The purpose of this study is to examine the effect of soft ground improvement by dynamic replacement with utilizing crushed rock. In order to understand the ground improvement effect when applying dynamic replacement method with crushed rock, the laboratory test and field test were performed. The internal friction angle and apparent cohesion were derived through direct shear test. The dynamic replacement characteristics were identified by analyzing the weight, drop, and number of blows needed for dynamic replacement. Through the field plate bearing test and density test, the bearing capacity and settlement of the improved ground were measured, and the numerical analysis were conducted to analyze the behavior of the improved ground. In this study, it proposes modified soil experimental coefficient(CDR) to 0.3~0.5 in the dynamic replacement method with crushed rock. Also when applying the dynamic replacement method using crushed rock, the particle size range is less than 100 mm, D90 is less than 80 mm and D15 is more than 30 mm.
In this study, the physical and mechanical properties of the weathered shale soils distributed in the Hwasun area have been measured in the laboratory. The physical and mechanical properties of the weathered shale soils in the study area as follows: the specific gravity is 2.66 to 2.68, the liquid limit is 36.39 to 36.92(%), the plastic limit is 18.53 to 19.48(%), the plasticity index is 17.44 to 17.86 and soil classification is CL. The maximum dry unit weight and optimum moisture content as calculated by compaction test is 22.5 to 23% and 1.58 to $1.61t/\textrm{m}^3$, respectively. The result of direct shear testing show that cohesion in saturated and unsaturated conditions increases according to the increase of dry unit weight. Internal friction angle in an unsaturated condition increases with an increase of dry unit weight, but in a saturated condition, it increases after decreasing. When compares with engineering characteristics of tile weathered shale soils in the Daegu area (Kim et al., 1995), specific gravity is found to be similar, but the liquid and plastic limit of soil samples in this study area is slightly higher than those of soil samples in the Daegu area.
Park, Choon Sik;Tatsuoka, Fumio;Jang, Jeong Wook;Chung, Sung Gyo
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.543-552
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1994
A series of drained plane strain compression tests was performed on dried samples of dense Toyoura sand and Silver Leighton Buzzard sand prepared by air-pluviation method to find out the deformation and strength characteristics on the value of confining pressure ${\sigma}{_3}^{\prime}({\sigma}{_3}^{\prime}=0.05{\sim}4.0kgf/cm^2)$. The axial and lateral strains measured in this apparatus ranged from $10^{-6}$ up to the failure of the specimen. So the stress-strain characteristics would be investigated from very small to very large strain levels. It was found that the change of the angle of internal friction ${\phi}^{\prime}{_{max}}=arcsin\{({\sigma}{_1}^{\prime}-{\sigma}{_3}^{\prime})/({\sigma}{_1}^{\prime}+{\sigma}{_3}^{\prime})\}_{max}$ with the change of ${\sigma}{_3}^{\prime}$ is very small when ${\sigma}{_3}^{\prime}$ is lower than higher. Furthermore, the effect of confining pressure on stiffness of sands was evaluated. It was also found that for the range of shear strain ${\gamma}$ from $10^{-6}$ to those at peak, the Rowe's stress-dilatancy relation seems to be a good approximation for air-dried Toyoura sand and Silver Leighton Buzzard sand, irrespective of the change of ${\sigma}{_3}^{\prime}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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