The discrete element code in 2-D, PFC2D, has been used as a tool to simulate various phenomena in rock mechanics and rock engineering. However, the code has an disadvantage that procedure to determine micro-parameters, namely properties of particles and contacts is repetitive and time-consuming. In this study, we analyzed the effect of micro-parameters(for generation of a contact-bonded model) on macro-properties(that were measured numerically by uniaxial compressive test). Based on the analysis, also, the time-saving and reliable method was suggested to determine a complete set of micro-parameters. In order to verify the suggested method, numerical specimens were generated in PFC2D for 10 different rock types at home and abroad. By the two trials for each specimen, in the result, the Young's modulus, Poisson's ratio and uniaxial compressive strength could be reproduced with being in relative error by about 5% to the values obtained by laboratory tests.
High-speed trains have been developed widely in many countries in order to transport a large quantity of people and commodities rapidly. When a high speed train enters a tunnel, aerodynamic resistance is generated suddenly. This resistance causes micro pressure wave and discomfort to passengers. Therefore, it is essential to incorporate a pressure relief system in a tunnel and streamlined shape of a train in order to reduce aerodynamic resistance caused by a high-speed train. Additionally, the cross-sectional area of a tunnel should be carefully determined to reduce discomfort of passengers. A pressure relief duct and a vertical shaft are representative measures in a tunnel. This study represents the effect of pressure relief ducts in order to alleviate pressure changes within a time period in a tunnel. One-dimensional network numerical simulations were carried out in order to estimate the effect of pressure relief systems.
In this study, a new direct shear apparatus was developed to investigate the shear characteristics of the rock joints at various conditions. Using the developed apparatus, various experiments on filled rock joints were carried out considering the asperity angle, the normal stress, the type and thickness of filling material and to investigated the basic shear characteristics of filled rock joints were analyzed. According to the experiments performed under the constant normal stress condition by varying the asperity angle, the type and thickness of filling material, it was shown that the behavior and strength of filled rock joint could be defined by the type and thickness of the filling material. The dilation angle of the filled joints was found to be smaller than that of unfilled rock joint, and thereby, the effect of roughness was also reduced due to the filling material. And critical thickness ratio varied according to stress level and roughness as well as the type of filing materials.
Stability of cut-slope, the orientation and dimension of which are gradually changed, has been analyzed by employing the cross-section method capable of comprehensibly considering the lithological, structural and mechanical characteristics of slope rock. Lithological fragility is investigated by inspecting the drilled core logs and BIPS image has been taken to delineate the rock structure. Engineering properties of drilled-core including the joint shear strength have been also measured. Potential failure modes of cut-slope and failure-induced joints are identified by performing the stereographic projection analysis. Traces of potential failure-induced joints are drawn on the cross-section which depicts the excavated geometry of cut-slope. Considering the distribution of potential plane failure-induced joint traces blocks of plane failure mode are hypothetically formed. The stabilities and required reinforcements of plane failure blocks located at the different excavation depth have been calculated to confirm the applicability of the cross-section method for the optimum cut-slope design.
Although the evaluation of the mechanical properties and behavior of discontinuous rock masses is very important for the design of underground openings, it has always been considered the most difficult problem. One of the difficulties in describing the rock mass behavior is assigning the appropriate constitutive model. This limitation may be overcome with the progress in discrete element software such as PFC, which does not need the user to prescribe a constitutive model for rock mass. Instead, the micro-scale properties of the intact rock and joints are defined and the macro-scale response results from those properties and the geometry of the problem. In this paper, a $30m{\times}30m{\times}30m$ jointed rock mass of road tunnel site was analyzed. A discrete fracture network was developed from the joint geometry obtained from core logging and surface survey. Using the discontinuities geometry from the DFN model, PFC simulations were carried out, starting with the intact rock and systematically adding the joints and the stress-strain response was recorded for each case. With the stress-strain response curves, the mechanical properties of discontinuous rock masses were determined and compared to the results of empirical methods such as RMR, Q and GSI. The values of Young's modulus, Poisson's ratio and peak strength are almost similar from PFC model and Empirical methods. As expected, the presence of joints had a pronounced effect on mechanical properties of the rock mass. More importantly, the mechanical response of the PFC model was not determined by a user specified constitutive model.
Numerical analysis using FLAC3D has been conducted to estimate the stability of a large underground hall that is to be excavated in a mined area and constructed as an unit of a resort park. Numerical modelling is divided into two stages. The first stage is related to the analysis of the mechanical stability of the hall itself and the second to that of the influence of an adjacent mined cavity upon the hall. In the first stage, the stability of the hall is judged from the interpretation of numerical results in three respects: convergence of the unbalanced force of the model, occurrence of plastic zones and distribution of the displacement. In the second stage, variation of the stress state around the underground hall due to the existence of the cavity is compared to that in the case of the absence of the cavity. Through these analyses, it could be known that the large underground hall is not exposed to any mechanical problems and also not affected by the adjacent cavity.
The Geochang granite widely used in construction works is one of the most popular dimension stones in Korea. In order to evaluate the physical properties of rock, a lot of laboratory tests for the Geochang granite were conducted to find unit weight, absorption ratio, P wave velocity, S wave velocity, uniaxial compressive strength, Young's modulus, Poisson's ratio, tensile strength, cohesion, friction angle and point load strength index. The uniaxial compressive strength of the Geochang granite was 19.5 times tensile strength and also 8.6 times cohesion, besides P wave velocity was 1.5 times S wave velocity. Correlation analyses were also conducted to find the correlation among 11 different physical properties, where the uniaxial compressive strength showed Pearson correlation coefficient of more than 0.8 with Poisson's ratio, point load strength index and Young's modulus, respectively. Regression analyses were finally conducted by means of both linear and multiple analysis and the brief results including coefficient of determination of more than 0.7 were presented.
Kim, A-Ram;Kim, Hyung-Mok;Kim, Hyun-Woo;Shinn, Young-Jae
Tunnel and Underground Space
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v.27
no.2
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pp.89-99
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2017
For a successful performance of Carbon Capture Sequestration (CCS) projects, appropriate injection conditions should be designed to be optimized for site specific geological conditions. In this study, we built a simple 2-dimensional analysis model, based on the geology of Jang-gi basin which is one of the potential sites of domestic CCS projects. We evaluated the impact of initial stress conditions and injection rate through coupled TOUGH-FLAC simulator. From the preliminary analysis, we constructed risk scenarios with the higher potential of shear slip and performed scenario analysis. Our analysis showed that normal stress regime produced the highest potential of shear slip and stepwise increasing injection rate scenario resulted in much larger pore pressure build up and consequent higher potential of the shear slip, which was evaluated using a mobilized friction coefficient.
The analysis of ground subsidence stability was conducted for the residential area located on the limestone corrosion zone. For the investigation of the cavity distribution in limestone region, various geophysical investigations such as electroresistivity tomography, electromagnetic prospecting are carried out. Geotechnical field tests with drilling are also carried out for the evaluation of the ground characteristics. Based upon their results, numerical modeling is performed for the simulation and prediction of the ground subsidence with the conditions of cavity geometry and groundwater level. The main factor to cause the ground subsidence is estimated as the draw down of the groundwater level below soil overburden, which disturbs the mechanical equilibrium of ground and drives washing away the overburden soil through the cavity and solace subsidence. It seemed that it is essential to maintain the groundwater level continuously above the shallow cavity for the prevention of the ground subsidence on the limestone corrosion zone.
As a basic study for investigating the development of the stress-induced crack in Hoek-Brown rock, a homogenization technique of elastic cracks is proposed. The onset of crack is monitored by Hoek-Brown empirical criterion, while the orientation of the crack is determined by the critical plane approach. The concept of volume averaging in stress and strain component was invoked to homogenize the representative rock volume which consists of intact rock and cracks. The formulation results in the constitutive relations for the homogenized equivalent anisotropic material. The homogenization model was implemented in the standard FEM code COSMOSM. The numerical uniaxial tests were performed under plane strain condition to check the validity of the propose numerical model. The effect of friction between the loading plate and the rock sample on the mode of deformation and fracturing was examined by assuming two different contact conditions. The numerical simulation revealed that the homogenized model is able to capture the salient features of deformation and fracturing which are observed commonly in the uniaxial compression test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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