Rock behaves in a complex way due to the discontinuities. To describe the complicated failure and deformation behavior of rock, many researches were focused on the development of crack models. This study discusses the validity of the sliding and shear crack model to systematically fractured rock, i.e. coal. The model was also implemented into a numerical analysis. For that, a finite element program was modified in several ways. To describe the transverse isotropy in two-dimensional analysis, the stress-strain relationship was modified for the direction of the axis of symmetry. Also, the changes of the effective elastic moduli according to the crack growth were calculated. A simple example of two-dimensional laboratory uniaxial compression test was analyzed. The results coincided with the observations obtained from the laboratory tests.
At low in-situ stress, the continuity and distribution of natural fractures in rock mass predominantly control the failure processes. However at high in-situ stress, the failure process are affected and eventually dominated by stress-induced fractures preferentially growing parallel to the excavation boundary. This fracturing is often observed in brittle type of failure such as slabbing or spatting. Recent studies on the stress- or excavation-induced damage of rock revealed its importance especially in a highly stressed regime. In order to evaluate the brittle failure around a deep underground opening, physical model experiments were carried out. For the experiments a new tue triaxial testing system was made. According to visual observation and acoustic emission detection, brittle failure grades were classified under three categories. The test results indicate that where higher horizontal stress, acting perpendicular $(S_{H2})$ and parallel $(S_{H1})$ to the axis of the tunnel respectively, were applied, the failure grade at a constant vertical stress level (Sy) was lowered. The failure initiation stress was also increased with the increasing $S_{H1}\;and\;S_{H2}$. From the multi-variable regression on failure initiation stress and true triaxial stress conditions, $f(S_v,\;S_{H1},\;S_{H2})$ was proposed.
Kim, Hyoung-Soo;Lee, Ju-Hyun;Ahn, Ju-Hee;Ahn, Gyu-Cheon;Yoon, Woon-Sang
Tunnel and Underground Space
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v.16
no.4
s.63
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pp.281-287
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2006
Intake of groundwater by tunneling in a mountainous area mostly results from groundwater flow through fractured parts of total rock mass. For reasonable analysis of this phenomenon the representative joint groups 1, 2, and 3 have been selected by previous investigations, geological/geophysical field tests and boring works. Three dimensional fractures were generated by the FracMan and MAFIC which is a three dimensional finite element model has been used to analyse a groundwater flow through fractured media. Monte Carlo simulation was applied to reduce the uncertainty of this study. The numerical results showed that the average and deviation of amounts of groundwater intaked into tunnel per unit length were $5.40{\times}10^{-1}$ and $3.04{\times}10^{-1}m^3/min/km$. It is concluded that tunnel would be stable on impact of groundwater environment by tunneling because of the lower value than $2.00{\sim}3.00m^3/min/km$ as previous and present standard on the application of tunnel construction.
The target of this study is large scale rock slope collapsed by around 7 pm on August, 2012, which is located at ${\bigcirc}{\bigcirc}$ limestone quarries of Gangneung city, Gangwondo. The slope prior to the collapse is formed as the height of about 200 m and the average inclination of $45^{\circ}$. The estimated amount of the collapse is about $1,500,000m^3$ with respect to the slope after the collapse. Geotechnical and field investigations such as boring, geophysical prospecting, surface geological survey, geological lineaments, borehole imaging, metric 3D imaging, experimental and field test, mining work by year, and daily rainfall were performed to find the cause of rock slope failure. Various analyzes using slope mass rating, stereonet projection, limit equilibrium method, continuum and non-continuum model were conducted to check of the stability of the slope. It is expected that the cause of slope failure from the results of various analysis and survey is due to the combined factors such as topography, rainfall, rock type and quality, discontinuities, geo-structural characteristics as the limestone cavity and fault zones, but the failure of slope in case of the analysis without the limestone cavity is not occurred. Safe factor of 0.66 was obtained from continuum analysis of the slope considering the limestone cavity, so the ultimate causes of slope failure is considered to be due to the influence of limestone cavity developed along fault zone.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.4
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pp.327-344
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2024
In general tunnel design and analysis, rock masses are often assumed to be isotropic. Under isotropic conditions, material properties are uniform in all directions, leading to a higher evaluation of tunnel stability. However, actual rock masses exhibit anisotropic characteristics due to discontinuities such as joints, bedding planes, and faults, which cause material properties to vary with direction. This anisotropy significantly affects the stress distribution during tunnel excavation, leading to non-uniform deformation and increased risk of damage. Therefore, thorough pre-analysis is essential. This study analyzes the displacement and stress changes occurring during tunnel excavation based on rock anisotropy. A three-dimensional numerical analysis was performed, selecting anisotropy index and dip angles as variables. The results showed that as the anisotropy index increased, the displacement in the tunnel increased, and stress concentration became more pronounced. The maximum displacement and shear stress were observed where the dip planes met the tunnel.
Scaled model tests were performed to investigate the influence of pillar width, rock strength and isotropy/anisotropy on the stability of twin tunnels. Test models had respectively different pillar widths, uniaxial compressive strengths of modelling materials and model types, where both the deformation behaviors around tunnels and the biaxial pressure data at a time of pillar cracking were analysed. The cracking pressures of the higher strength models were higher than the lower strength models, whereas the percentage of cracking pressure to uniaxial compressive strength of modelling materials showed an opposite tendency. The cracking pressures of the shallower pillar width models were lower than the thicker models, moreover the percentage of that showed a same tendency. It has been found that the pillar width was one of the main factors influencing on the stability of twin tunnels. Model types such as isotropy/anisotropy also influenced on the stability of twin tunnels. The anisotropic models showed lower values of both cracking pressures and the percentage of that than the isotropic models, where the pillar cracks of anisotropic models were generated with regard to the pre-existing joint planes.
Existence of core stone at the inside of the Rock mass is reacting as unstable element. In particular, in case of the cut slope, even when it is not exposed, slope's discontinuity increases or strength level decreases depending on the difference in the weathering grade when it comes to the core stone, and reacts as an important element of the slope movement such as slope's rock fall or collapse. As for the slope that is subject to study, incision was completed after 20 years or so, and parts of the slope reinforcement was completed, but frequent rock fall occurs despite small amount of rainfall, and permanent stability measures are urgent. Refractional seismic survey and geological survey results were compared and analyzed, and reliability was improved by complementing the two survey methods, and stereo-graphic projection using DIPS program was conducted to analyze the characteristics of oore stone in the weathered soil slope.
Open cut mining of limestone is generally considered to be more advantageous than underground mining in recovery, grade control, economics, and safety, but it causes substantial environmental pollutants such as ground vibration, noise, dust. It also changes ground surface and may destroy vegetation. The Halla limestone mine which lies adjacent to Baikdu mountains range is selected for a model study. To reduce environmental hazards, and to conserve original surface and woods, both open cut and underground mining methods must be adopted. In case of sub-level sloping. a unit block of 87m high, 70m wide, and 100∼l20m long is suggested with an estimated overall recovery of 42%. Some suggestions to reduce the environmental hazards are also included. The followings must be considered in determining the degree of fragmentation; the discontinuity conditions in the rock mass and the charge concentration both at the bottom and column of the hole. In addition to adopting a barrier wall for reducing environmental hazards, the probable production from underground mining is also discussed.
An algebraic algorithm for predicting the joint trace distribution on the cut-face of rock slope based on the orientations and the locations of joints investigated in the borehole has been developed. Joint trace prediction is manipulated by utilizing the three dimensional plane equations of both joint planes and projection face, and the extent of trace within the projection area is calculated by considering the persistence of each joint plane. Joint trace prediction method is efficiently applied for analyzing the stability and the adequacy of support design of Gimhae Naesam cut-slope, which is structurally unstable due to slumping. Structural characteristics of rock mass is investigated by performing DOM drilling and the potential rock mass sliding inside slope face is analyzed by examining the orientations of joint planes which can induce the slope failure. Also, the efficiency of anchor support design is evaluated by considering the joint trace distribution on the anchor installation area and its sliding potential.
The purpose of this study is to present an analysis method for the prediction of the change of ground conditions. To this end, three-dimensional convergence displacements is analyzed in several ways to estimate the trend of displacement change. Three-dimensional arching effect is occurred around the unsupported excavation surface including tunnel face when a tunnel is excavated in a stable rock mass. If the ground condition ahead of tunnel face changes or a weak fracture zone exists a specific trend of displacement change is known to be occurred from the results of the existing researches. The existence of a discontinuity, whose change in front of the tunnel face, can be predicted from the ratio of L/C (longitudinal displacement at crown divided by settlement at crown) etc. Therefore, the change of ground condition and the existence of a fracture zone ahead of tunnel face can be predicted by monitoring three-dimensional absolute displacements during excavation, and applying the methodology presented in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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