Geotechnical variability is a complex feature that results from many independent sources of uncertainties, and is mainly affected by inherent variability and measurement errors. This study evaluates the coefficient of variation (COV) of soil properties at Song-do region in Korea for evaluating inherent soil variability. Since soil variability is sensitive to soil layers and soil types, the COVs by soil layers (reclaimed layer and marine layer) and the COVs by soil types (clay and silt) were separately evaluated. It is observed that geotechnical variability of marine layer and clay is relatively smaller than that of reclamation layer and silt.
As agricultural machinery has become larger and tillage practices have changed in recent decades, compaction as a result of wheel traffic and tillage has caused increasing concern. If strategies to manage compaction, such as deep tillage, could be applied only where needed, economic and environmental benefits would result. For such site-specific compaction management to occur, compacted areas within fields must be efficiently sensed and mapped. We previously developed an on-the-go soil strength profile sensor (SSPS) for this purpose. The SSPS measures within-field variability in soil strength at five soil depths up to 50 cm. Determining the variability structure of SSPS data is needed for site-specific field management since the variability structure determines the required intensity of data collection and is related to the delineation of compaction management zones. In this paper, soil bin data were analyzed by a spectral analysis technique to determine the variability structure of the SSPS data, and to investigate causes and implications of this variability. In the soil bin, we observed a repeating pattern due to soil fracture with an approximate 12- to 19-cm period, especially at the 10-cm depth, possibly due to cyclic development of soil fracture on this interval. These findings will facilitate interpretation of soil strength data and enhance application of the SSPS.
지반의 변동성은 많은 독립된 불확실성 요소로부터 발생하는 복잡한 요소이며, 지반의 변동성은 주로 내재적 변동성과 측정오차에 의해서 발생한다. 본 논문에서는 지반의 변동성을 평가하는 지표로 사용되는 변동계수를 송도지역의 지반정수 및 지층에 대하여 산정하였다. 지반정수의 변동성은 지층 및 흙의 종류에 영향을 받으므로 지층은 매립층과 퇴적층, 흙의 종류는 점토와 실트로 구분하여 각각의 변동계수를 산정하였다. 퇴적층과 점토의 변동계수가 매립층과 실트에 비하여 작은 것으로 분석되었다. 또한, 풍화가 많이 진행된 암반과 토사가 신선한 암반과 풍화암에 비하여 상대적으로 큰 변동계수를 보이는 것으로 나타났다. 본 논문에서 제시한 송도지역의 변동계수는 신뢰성해석의 자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
Mekki, Mohammed;Hemsas, Miloud;Zoutat, Meriem;Elachachi, Sidi M.
Earthquakes and Structures
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제22권3호
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pp.219-230
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2022
Knowing that the variability of soil properties is an important source of uncertainty in geotechnical analyses, we will study in this paper the effect of this variability on the seismic response of a structure within the framework of Soil Structure Interaction (SSI). We use the proposed and developed model (N2-ISS, Mekki et al., 2014). This approach is based on an extension of the N2 method by determining the capacity curve of the fixed base system oscillating mainly in the first mode, then modified to obtain the capacity curve of the system on a flexible basis using the concept of the equivalent nonlinear oscillator. The properties of the soil that we are interested in this paper will be the shear wave velocity and the soil damping. These parameters will be modeled at first, as independent random fields, then, the two parameters will be correlated. The results obtained showed the importance of the use of random field in the study of SSI systems. The variability of soil damping and shear wave velocity introduces significant uncertainty not only in the evaluation of the damping of the soil-structure system but also in the estimation of the displacement of the structure and the base-shear force.
This paper studies soil properties uncertainty and its implementation in the seismic response evaluation of structures. For this, response sensitivity of two 4- and 12-story RC shear walls to the soil properties uncertainty by considering soil structure interaction (SSI) effects is investigated. Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) model is used for shallow foundation modeling and the uncertainty of soil properties is expanded to the foundation stiffness and strength parameters variability. Monte Carlo (MC) simulation technique is employed for probabilistic evaluations. By investigating the probabilistic evaluation results it's observed that as the soil and foundation become stiffer, the soil uncertainty is found to be less important in influencing the response variability. On the other hand, the soil uncertainty becomes more important as the foundation-structure system is expected to experience nonlinear behavior to more sever degree. Since full This paper studies soil properties uncertainty and its implementation in the seismic response evaluation of structures. For this, response sensitivity of two 4- and 12-story RC shear walls to the soil properties uncertainty by considering soil structure interaction (SSI) effects is investigated. Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) model is used for shallow foundation modeling and the uncertainty of soil properties is expanded to the foundation stiffness and strength parameters variability. Monte Carlo (MC) simulation technique is employed for probabilistic evaluations. By investigating the probabilistic evaluation results it's observed that as the soil and foundation become stiffer, the soil uncertainty is found to be less important in influencing the response variability. On the other hand, the soil uncertainty becomes more important as the foundation-structure system is expected to experience nonlinear behavior to more sever degree. Since full probabilistic analysis methods like MC commonly are very time consuming, the feasibility of simple approximate methods' application including First Order Second Moment (FOSM) method and ASCE41 proposed approach for the soil uncertainty considerations is investigated. By comparing the results of the approximate methods with the results obtained from MC, it's observed that the results of both FOSM and ASCE41 methods are in good agreement with the results of MC simulation technique and they show acceptable accuracy in predicting the response variability.
Soil properties are not random values which is represented by mean and standard deviation but show spatial correlation. Especially, soils are highly variable in their properties and rarely homogeneous. Thus, the accuracy and reliability of probabilistic analysis results is decreased when using only one random variable as design parameter. In this paper, to consider spatial variability of soil property, one-dimensional random fields of coefficient of consolidation ($C_v$) were generated based on a Karhunen-Loeve expansion. A Latin hypercube Monte Calro simulation coupled with finite difference method for Terzaghi's one dimensional consolidation theory was then used to probabilistic analysis. The results show that the failure probability is smaller when consider spatial variability of $C_v$ than not considered and the failure probability increased when the autocorrelation distance increased. Thus, the uncertainty of soil can be overestimated when spatial variability of soil property is not considered, and therefore, to perform a more accurate probabilistic analysis, spatial variability of soil property needed to be considered.
Soil nailing technique is being widely used for stabilization of vertical cuts because of its economic, environment friendly and speedy construction. Global stability and lateral displacement are the two important stability criteria for the soil nail walls. The primary objective of the present study is to evaluate soil nail wall stability criteria under the influence of in-situ soil variability. Finite element based numerical experiments are performed in accordance with the methodology of $2^3$ factorial design of experiments. Based on the analysis of the observations from numerical experiments, two regression models are developed, and used for reliability analyses of global stability and lateral displacement of the soil nail wall. A 10 m high prototype soil nail wall is considered for better understanding and to highlight the practical implications of the present study. Based on the study, lateral displacements beyond 0.10% of vertical wall height and variability of in-situ soil parameters are found to be critical from the stability criteria considerations of the soil nail wall.
Compaction is becoming a greater concern in crop production and the environment because it can have deleterious effects on growing conditions that are difficult to remediate. Because compaction can vary considerably from point to point within a field, and also from depth to depth within the soil profile, it is important to consider quantification and management of the spatial and vertical variability in soil compaction when developing an overall site-specific crop management plan. In this paper, the importance of soil compaction, techniques for quantification of its variability, and the concept of site-specific tillage are examined. Methods and systems to detect within-field variation in soil strength as a surrogate measure of soil compaction and related soil properties are also compared and discussed. Quantification of variability in soil compaction and site-specific compaction management was motivated recently, and sensors and control systems are still under development. Future study will need to address a number of issues related to understanding and applying the sensor measurements.
The objective of this study is to evaluate the liquefaction cyclic shear stress ratio considering the soil uncertainty. In this study, the probabilistic ground response analysis and the cyclic shear stress ratio analysis for the liquefaction potential evaluation are performed considering the soil variability. The statistical properties of input ground parameters were analyzed to investigate the parameters affecting the seismic response analysis. The Probabilistic analysis was carried out by Monte Carlo Simulation method. The ground response analysis was performed considering the soil variability and the probability distribution characteristics of the ground acceleration. The probability distribution of the peak ground acceleration by seismic characteristics was presented. The differences of liquefaction shear stress ratio results according to soil variability were compared and analyzed. The maximum acceleration of the ground by the deterministic method was analyzed to be overestimation of the ground amplification phenomenon. Also, the shear stress ratio was overestimated.
지표에서의 토양수분은 수문학적, 생태학적 과정에서 지표면과 대기 사이의 물과 에너지의 교환을 조절하는 매우 중요한 인자로써 최근 이의 시공간적 변동성에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 2004년 6~9월에 걸쳐 추진되었던 Soil Moisture Experiment 2004(SMEX04) 프로젝트를 통하여 측정된 미국 Arizona 주의 Walnut Gulch Experimental Watershed 유역에 대한 토양수분 데이터를 이용하여 건조 지역에서의 토양수분의 시공간적 변동성을 통계적 방법으로 해석하였다. 시간 안정도를 분석하여 각 지점의 강우사상에 대한 민감도를 분석하였고 공간 변동성 분석을 통해 유역 내 강우관측소 주변 5개 지점을 대상으로 각 지점의 평균토양수분과 이의 표준편차 및 변동계수와의 관계를 파악하였다. 연구 결과, 대상지역에서 토양수분의 공간적인 분포는 대수정규분포가 적합하다는 것과 건조지역에서 보이는 공통된 특징인 높은 공간적 변동성을 확인할 수 있었다. 또한 시간 안정도 분석을 통해 지점별로 시간과 강우 발생에 대해 민감한 정도를 분석하였으며, 강우사상이 토양수분에 큰 영향을 주는 인자인 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 도출된 토양수분의 시공간적 변동 특성은 차후 인공위성 토양수분 데이터의 retrieval algorithm을 개선하는데 도움이 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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