In this study, the change in hydraulic conductivity according to the changes in the contact area, aperture, confining pressure and temperature was observed to improve the reliability of the analysis of underground water flow. Also, the mechanical and thermal properties of domestic crystalline rocks in a great depth were obtained. It was found that the averaged intial aperture ranged from 544.33${\mu}{\textrm}{m}$ to 898.62${\mu}{\textrm}{m}$ and it followed a log-normal distribution. The hydraulic conductivity decreased with the increase of normal stress on the fracture surface and the hydraulic conductivity decreased as temperature increased. The change in hydraulic conductivity was strongly correlated with the change in contact area. It was verified by experiments that hydraulic conductivity was inversely proportional to the contact area. The measured mechanical and thermal properties were very close to the existing typical properties of domestic granites.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.18
no.5
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pp.469-485
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2016
The failure of rock mass around deep tunnel, different from shallow tunnel largely affected by discontinuities, is dominated by magnitudes and directions of stresses, and the failures dominated by stresses can be divided into ductile and brittle features according to the conditions of stresses and the characteristics of rock mass. It is important to know the range and the depth of the V-shaped notch type failure resulted from the brittle failure, such as spalling, slabbing and rock burst, because they are the main factors for the design of excavation and support of deep tunnels. The main features of brittle failure are that it consists of cohesion loss and friction mobilization according to the stress condition, and is progressive. In this paper, a three-dimensional numerical model has been developed in order to simulate the brittle behavior of rock mass around deep tunnel by introducing the bi-linear failure envelope cut off, elastic-elastoplastic coupling and gradual spread of elastoplastic regions. By performing a series of numerical analyses, it is shown that the depths of failure estimated by this model coincide with an empirical relation from a case study.
The strength parameters used in rock mass design are mainly estimated by equations using Hoek-Brown failure criterion because the tests to obtain the values are limited and expensive. To estimate the strength parameters, the Hoek-Brown failure criterion should be transformed to the Mohr-Coulomb failure criterion. But the processes are more or less cumbersome due to the several stages including the computation and the analyzing steps. In this study, several rock states of various conditions were modeled and then the strength parameters were estimated using the Hoek-Brown failure criterion. Thereafter by analyzing the results, some charts and equations estimating the strength parameters through only one step or easily in the field using the values of RMC, the uniaxial compressive strength and the rock constant ($m_i$), were suggested. And then the suggested method was compared and discussed with the existing method.
In this study, a method is devised to implement a supercritical $CO_2$ ($scCO_2$) injection environment on a laboratory scale and to investigate the effects of $scCO_2$ on the properties of rock specimens. Specimens of shale and sandstone normally constituting the cap rock and reservoir rock, respectively, were kept in a laboratory reactor chamber with $scCO_2$ for two weeks. From this stage, a chemical reaction between rock surface and the $scCO_2$ was induced. The effect of saline water was also investigated by comparing three conditions ($scCO_2$-rock, $scCO_2-H_2O$-rock and $scCO_2$-brine(1M)-rock). Finally, we checked the changes in the properties before and after the reaction by destructive and nondestructive testing procedures. The swelling of shale was a main concern in this case. The experimental results suggested that $scCO_2$ has a greater effect on the swelling of the shale than pure water and brine. It was also observed that the largest swelling displacement of shale occurred after a reaction with the $H_2O-scCO_2$ solution. The results of a series of the destructive and nondestructive tests indicate that although each of the property changes of the rock differed depending on the reaction conditions, the $H_2O-scCO_2$ solution had the greatest effect. In this study, shale was highly sensitive to the reaction conditions. These results provide fundamental information pertaining to the stability of $CO_2$ storage sites due to physical and chemical reactions between the rocks in these sites and $scCO_2$.
The purpose of this research was to find an optimal quarrying for marble by analyzing the applicability and the work efficiency of a chain saw machine newly introduced in the underground Baekwoon mine. From the test results of the physical properties of Baekwoon marble, which affects the efficiency of rock cutting, it was found to have similar physical characteristics as the ones which are now being produced in the other areas in Korea. And especially it shows isotropic property, which can be thought to be advantageous as a dimensional stone. To check the long-term quality of the marble as a stone material, several tests such as corrosion resistance test and abrasion test were carried out. It was found to be vulnerable to acid rain with decrease of weight and seismic wave velocity after applying artificial rain at pH 5.6 for 50 times. The percentage of wear from abrasion test was 22.67%. The working time and cutting speed of the chain saw machine were recorded and analyzed during the test-run at the quarry. The overall work cycle was assorted into 9 unit operations and the operating time per each unit was drawn. The operating times for the two cutting patterns, which could be possibly applicable to the work site, were compared. The results indicated that the pattern B, that the cutting sequence was set to minimize the movement of the machine, showed 6% less working hours than the pattern A, which first cuts the outer boundary. With cutting pattern analysis, the ore body in the Baekwoon mine was 3 dimensionally modeled and a quarrying plan considering the existing conditions of the marble was suggested.
Gold mineralization of Samjeong and Yongjang gold mines in Uichang area shows characteristics of Bonanza-type gold deposits. Ores are mainly developed along the contact parts between quartz vein and arkosic sandstone beds(Fe-rich bed) in sedimentary rock. Electrum, silver sulfide and sulfate minerals are mainly in the ores. On the other hand, gold mineralization is less developed in cherty rock and andesitic rock than arkosic sandstone. The study highlights characteristics of gold precipitation in the deposit on the basis of numerical modelling of the reactions between the assumed hydrothermal ore fluids with multicomponent heterogeneous equilibrium calculations. Aqueous species, gases and minerals, containing electrum are included in the calculations. The reaction result between hydrothermal ore fluids and arkosic sandstone show that pH increasing in the ore-forming fluid would trigger precipitation of quartz, chlorite, sericite, chalcopyrite, galena, pyrite, electrum, actinolite and feldspar. The numerical modelling also illustrates the drastic increase of pH and desulfidation lead to precipitation of electrum. Ag/Au ratios in the ore vary with pH conditions and subsequently precipitation of silver-bearing sulfides such as acanthite and polybasite. The modelling of the reaction between andesitic rock and ore-forming fluid shows that mineral assemblages of the case are analogous to ones of the reaction between arkosic sandstone and fluid except the latter has little portion of electrum. The abovementioned modelling results suggest that gold-silver mineralization is bounded by host rocks at the study area.
We proposed a numerical method to simulate the hydro-mechanical behavior of rock fracture using a grain-based distinct element model (GBDEM) in the paper. As a part of DECOVALEX-2023 Task G, we verified the method via benchmarks with analytical solutions. DECOVALEX-2023 Task G aims to develop a numerical method to estimate the coupled thermo-hydro-mechanical processes within the crystalline rock fracture network. We represented the rock sample as a group of tetrahedral grains and calculated the interaction of the grains and their interfaces using 3DEC. The micro-parameters of the grains and interfaces were determined by a new methodology based on an equivalent continuum approach. In benchmark modeling, a single fracture embedded in the rock was examined for the effects of fracture inclination and roughness, the boundary stress condition and the applied pressure. The simulation results showed that the developed numerical model reasonably reproduced the fracture slip induced by boundary stress condition, the fracture opening induced by fluid injection, the stress distribution variation with fracture inclination, and the fracture roughness effect. In addition, the fracture displacements associated with the opening and slip showed good agreement with the analytical solutions. We expect the numerical model to be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOVALEX-2023 Task G and validated in further study experiments.
In general, there are various approaches available in literature to model discontinuous rock masses and engineers are often confused which one to use for designing structures in rock masses. Modelling rock masses can be classified mainly into two approaches. One is discrete modelling of intact rock and discontinuities and the other is the equivalent continuum modelling. In this study five models are selected ;(1) Crack tensor model, (2) Equivalent volume defect model, (3) Damage model, (4) Micro - structure model (Parallel model and Series model), and (5) Homogenization model. Most of these models are mainly concerned with how to define additional strain due to discontinuities over the representative elementary volume (REV) and how to relate the stress field of discontinuities to that acting on the REV. The characteristics of these models are clarified by comparing with results of some laboratory tests.
Rockburst is a sudden and violent failure of rock. During the failure process, excess energy is liberated as seismic energy, which in turn causes the surrounding rock mass to vibrate. The level of the ground vibration can reach a magnitude of over 4.5 in the Richter local scale. Thus, a rockburst can cause not only injury to persons, but also damage to both underground workings and surface structures. In this paper the source mechanism of rockburst is analyzed based mainly on the two reports of the Canadian Rockburst Research Program (CRRP). A simplified LS-DYNA modeling is also performed to identify the tensile failure patterns occurring in the remaining rock mass right after blasting in mine stope. The configuration of the simplified model will probably be useful in small-scale laboratory tests for investigating the source mechanism of rockburst.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.5
no.4
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pp.192-202
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1998
We investigated the geochemistry and environmental isotopes of granite-bedrock groundwater in the Yeongcheon diversion tunnel which is located about 300 m below the land surface. The hydrochemistry of groundwaters belongs to the Ca-HCO$_3$type, and is controlled by flow systems and water-rock interaction in the flow conduits (fractures). The deuterium and oxygen-18 data are clustered along the meteoric water line, indicating that the groundwater are commonly of meteoric water origin and are not affected by secondary isotope effects such as evaporation and isotope exchange. Tritium data show that the groundwaters were mostly recharged before pre-thermonuclear period and have been mixed with younger surface water flowing down rapidly into the tunnel along fractured zones. Based on the mass balance and reaction simulation approaches, using both the hydrochemistry of groundwater and the secondary mineralogy of fracture-filling materials, we have modeled the low-temperature hydrogeochemical evolution of groundwater in the area. The results of geochemical simulation show that the concentrations of Ca$\^$2+/, Na$\^$+/ and HCO$_3$and pH of waters increase progressively owing to the dissolution of reactive minerals in flow paths. The concentrations of Mg$\^$2+/ and K$\^$+/ frist increase with the dissolution, but later decrease when montmorillonite and illitic material are precipitated respectively. The continuous adding of reactive minerals, namely the progressively larger degrees of water/rock interaction, causes the formation of secondary minerals with the following sequence: first hematite, then gibbsite, then kaolinite, then montmorillonite, then illtic material, and finally microcline. During the simulation all the gibbsite is consumed, kaolinite precipitates and then the continuous reaction converts the kaolinite to montmorillonite and illitic material. The reaction simulation results agree well with the observed, water chemistry and secondary mineralogy, indicating the successful applicability of this simulation technique to delineate the complex hydrogeochemistry of bedrock groundwaters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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