Dynamic behavior of rock structures depends largely on the dynamic characteristics of ground and input earthquake wave. For blocky rocks with intense discontinuities, the mechanical characteristics of blocks and structural and mechanical characteristics of discontinuities affect overall behavior. In this study, UDEC was adopted to evaluate the dynamic behavior of rocks with various structural characteristics. Obtained results were compared to those of $FLAC^{2D}$, a continuum analysis, and the validity of the method was examined for dynamic analysis of discontinuous rocks for earthquake. Analysis considering the discontinuity showed significant changes in structural shape by the influence of joint behavior, and the behavior by continuum analysis was overestimated.
A computer program code was developed to estimate hydraulic behavior of the 2-D connected pipe network system, and implemented to evaluate the effect of joint aperture on hydraulic parameters of fractured rock masses through numerical experiments. A total of 216 stochastic 2-D DFN(discrete fracture network) blocks of $20m{\times}20m$ were prepared using two joint sets with fixed input parameters of joint orientation, frequency and size distribution. Two different cases of joint aperture variation are considered in this study. The hydraulic parameters were estimated for generated 2-D DFN blocks. The hydraulic anisotropy and the chance for equivalent continuum behavior of the DFN system were found to depend on the variability of joint aperture.
Kim, Dong-Hee;Jung, Hyuk-Il;Kim, Seok-Ki;Lee, Woo-Jin;Ryu, Dong-Woo
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.23
no.10
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pp.97-107
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2007
Accurate evaluation of the slope stability by assuming failure block as the entire slope is considered to be apposite for the small scale slope, whereas it is not the case for the large scale slope. Hence, appropriate estimation of a failure block size is required since the safety factor and the joint strength parameters are the function of the failure block size. In this paper, the size of failure block was investigated by generating 3-dimensional rock joint system based on statistical data of joints obtained from research slope, such as joint orientation, spacing and 3-dimensional joint intensity. The result indicates that 33 potential failure blocks exist in research slope, as large as 1.4 meters at least and 38.7 meters at most, and average block height is 15.2 meters. In addition, the data obtained from 3 dimensional joint system were directly applicable to the probability analysis and 2 and 3 dimensional discontinuity analysis.
A system with the ability to recognize potential key blocks during tunnel construction by analyzing the rock face was developed in this study. This system predicts the formation of key blocks in advance and evaluates their safety factors. A laser scanner was used to collect a three-dimensional point cloud of the rock face, which was then utilized to model the excavation surface and derive the joint surfaces. Because joint surfaces have specific strikes and dip angles, the key blocks formed by these surfaces are deduced through iterative calculations, and the safety factor of each key block can be calculated accordingly. The model experiments confirmed the accuracy of the system's output in terms of the joint surface characteristics. By inputting the joint surface information, the calculated safety factors were compared with those from the existing commercial software, demonstrating stable calculation results within a 1% error margin.
In recent years, not only the occurrences but the magnitude of earthquakes in Korea are on an increasing trend and other sources of dynamic events including large-scale construction, operation of hi띤-speed railway and explosives blasting have been increasing. Besides, the probability of exposure fir rock joints to free faces gets higher as the scale of rock mass structures becomes larger. For that reason, the frictional behavior of rock joints under dynamic conditions needs to be investigated. In this study, a shaking table test system was set up and a series of dynamic test was carried out to examine the dynamic frictional behavior of rock joints. In addition, a computer program was developed, which calculated the acceleration and deformation of the sliding block theoretically based on Newmark sliding block procedure. The static friction angle was back-calculated by measuring yield acceleration at the onset of slide. The dynamic friction angle was estimated by closely approximating the experimental results to the program-simulated responses. As a result of dynamic testing, the static friction angle at the onset of slide as well as the dynamic friction angle during sliding were estimated to be significantly lower than tilt angle. The difference between the tilt angle and the static friction angle was $4.5\~8.2^{\circ}$ and the difference between the tilt angle and the dynamic friction angle was $2.0\~7.5^{\circ}$. The decreasing trend was influenced by the magnitude of the base acceleration and inclination angle. A DEM program was used to simulate the shaking table test and the result well simulated the experimental behavior. Friction angles obtained by shaking table test were significantly lower than basic friction angle by direct shear test.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.4
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pp.327-343
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2004
During tunnel construction, ground failures often occur due to existence of weak zones, such as faults, joints, and cavities, ahead of tunnel face. It is hard to detect effectively weak zones, which can lead underground structure to fail after excavation and before supporting, by using conventional characterization methods. In this study, an enhanced analytical method of predicting weak zones ahead of tunnel face is developed to overcome some problems in the conventional geophysical exploration methods. The analytical method is based on Coulomb's and Gauss' laws with considering the characteristics of electric fields subjected to rock mass. Using the developed method, closed form solutions are obtained to detect a spherical shaped zone and an oriented fault ahead of tunnel face respectively. The analytical results suggest that the presence of weak zones and their sizes, location, and states can be accurately predicted by combining a proper inversion process with resistance measured from several electrodes on the tunnel face. It appears that the skin depth or resistivity in rock mass is affected by the diameter of tunnel face, natural electric potential and noises induced by experimental measurement and spatial distribution of uncertain properties. The developed analytical solution is verified through experimental tests. About 1800 concrete blocks of 5cm by 5cm by 5cm in size are prepared and used to model a joint rock mass around tunnel face. Weak zones are simulated ahead of tunnel face with a material which has relatively higher conductivity than concrete blocks. Experimental results on the model test show a good agreement with analytical results.
균열성암반의 모형화 기술은 계속적으로 보완발전되어 UDEC이 개발되었으며, 현재 UDEC의 최신판은 블록 내부를 다시 유한차분요소로 분할하여 블록의 소성거동(Mohr-Coulomb Model) 및 쪼개짐을 고려할 수 있고, 절리면에서의 유체흐름 및 유압의 발생, 그리고 열응력 해석 등 평면변형 문제의 정적해석과 지진 및 폭발하중을 고려한 동적해석이 가능하다. UDEC은 전처리 기능이 뛰어나 최소한의 입력데이타로써 전체 모형의 데이타를 자동생성시키며 절리면의 통계학적 자동생성 및 터널형상의 자동생성도 가능하다. UDEC은 실용적인 보강요소를 구비하여 Rock Bolt 뿐만 아니라 그라우트를 고려한 Cable Bolt를 모형화할 수 있으며 국부적인(Key Block)보강으로써 불연속체 전체의 안정을 검토할 수 있다.
Recently, the frequency of occurring dynamic events such as earthquakes, explosives blasting and other types of vibration has been increasing. Besides, the chances of exposure for rock discontinuities to free faces get higher as the scale of rock mass structures become larger. For that reason, the frictional behavior of rock joints under dynamic conditions needs to be investigated. In this study, artificially fractured rock joint specimens were prepared in order to examine the dynamic frictional behavior of rough rock joint. Roughness of each specimen was characterized by measuring surface topography using a laser profilometer and a series of shaking table tests was carried out. For mated joints, the static friction angle back-calculated ken the yield acceleration was $2.7^{\circ}$ lower than the tilt angle on average. The averaged dynamic friction angle for unmated joints was $1.8^{\circ}$ lower than the tilt angle. Displacement patterns of sliding block were classified into 4 types and proved to be related to the first order asperity of rock joint. The tilt angle and the static friction angle for mated joints seem to be correlated to micro average inclination angle which represents the second order asperity. The tilt angle and the dynamic friction angle for unmated Joints, however, have no correlation with roughness parameters. Friction angles obtained by shaking table test were lower than those by direct shear test.
Apart from the geometric features of the rock joints, the shear characteristics of rock mass subject to shear force are also significantly affected by the boundary conditions in the neighborhood of the rock mass. The boundary conditions of the rock mass can be classified into 4 categories according to the stress state of the rock joint, of which the constant normal load (CNL) is the most used for shear test and produces the lowest shear strength and different behavior. In this study, the shear behavior under constant normal stiffness condition was able to replicated by the graphic method normalized by the test results under constant normal stress condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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