Anisotropic shear strength of rock joints is studied based on the artificially fractured specimens using experimental and analytical methods. Series of direct shear tests are performed to obtain the strength, stiffness and friction angle of joints under various low normal stresses and shearing directions. The results of shear strength and stiffness show anisotropic value according to shearing direction under low normal stress specially less than 2.45 MPa. But, the effect of joint roughness on strength decreases with increasing normal stress. To estimate more effectively the peak shear strength under low normal stress, the modified Barton's equation is suggested.
The effects of joint density and size distribution on the hydrogeologic characteristics of jointed rock masses are addressed through numerical experiments based on the 2-D DFN (discrete fracture network) fluid flow analysis. Using two joint sets, a total of 51 2-D joint network system were generated with various joint density and size distribution. Twelve fluid flow directions were chosen every $30^{\circ}$ starting at $0^{\circ}$, and total of 612 $20m{\times}20m$ DFN blocks were prepared to calculate the directional block conductivity. Also, the theoretical block conductivity, principal conductivity tensor and average block conductivity for each generated joint network system were determined. The directional block conductivity and chance for the equivalent continuum behavior of the 2-D DFN system were found to increase with the increase of joint density or size distribution. However, the anisotropy of block hydraulic conductivity increases with the increase of density discrepancy between the joint sets, and the chance for the equivalent continuum behavior were found to decrease. The smaller the intersection angle of the two joint sets, the more the equivalent continuum behavior were affected by the change of joint density and size distribution. Even though the intersection angle is small enough that it is difficult to have equivalent continuum behavior, the chance for anisotropic equivalent continuum behavior increases as joint density or size distribution increases.
In situ rock mass is generally heterogeneous and discontinuous, with varying degrees of strength along the planes of weakness. The planes of weakness such as joints, faults, cracks and bedding planes, control the strength and deformation characteristics of the rock mass. Subsequently, the stability of underground opening depends upon the spatial distribution of discontinuities and their mechanical properties in relation with geometrical shape of openins as well as the mechanical properties of intact rock materials. Understanding the behaviour of a discontinuous rock mass remains a key issue for improving excavation design in hiかy stressed environments. Although recent advances in rock mechanics have provided guidelines for the design of underground opening in isotropic rock mass, prediction and control of deformation in discontinuous rock masses are still unclear. In this study, parametric study was performed to investigate the plastic zone size, stress distribution and deformation behavior around underground opening in a discontinuous rock mass using a continuum joint model. The solutions were obtained by an elasto-plastic finite difference analysis, employing the Mohr-Coulomb failure criteria. Non-associated flow rule and perfectly plastic material behavior are also assumed.
A program code was developed to calculate block hydraulic conductivity of the 2-D DFN(discrete fracture network) system based on equivalent pipe network, and implemented to examine the effect of joint orientation distribution on the hydraulic characteristics of fractured rock masses through numerical experiments. A rock block of size $32m{\times}32m$ was used to generate the DFN systems using two joint sets with fixed input parameters of joint frequency and gamma distributed joint size, and various normal distributed joint trend. DFN blocks of size $20m{\times}20m$ were selected from center of the $32m{\times}32m$ blocks to avoid boundary effect. Twelve fluid flow directions were chosen every $30^{\circ}$ starting at $0^{\circ}$. The directional block conductivity including the theoretical block conductivity, principal conductivity tensor and average block conductivity were estimated for generated 180 2-D DFN blocks. The effect of joint orientation distribution on block hydraulic conductivity and chance for the equivalent continuum behavior of the 2-D DFN system were found to increase with the decrease of mean intersection angle of the two joint sets. The effect of variability of joint orientation on block hydraulic conductivity could not be ignored for the DFN having low intersection angle between two joint sets.
Stationary and trolling methods in measuring flow using flowmeter were adopted to investigate the hydraulic connectivity of fractures and to evaluate the applicability of the measurement methods. Stationary method was useful for identifying the inflow and outflow patterns in the measured section, which enabled us to analyze the hydraulic connectivity of fractures between the wells. Trolling method failed to find the inflow and outflow patterns in the well, but was very effective for locating the conductive fractures. Measuring flow in the borehole by both stationary and trolling methods was found to be very efficient for identifying conductive fractures and their hydraulic connectivity in fractured rock aquifer.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.147-154
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2000
The influence of the mined-out caves on the stability of the high speed railway tunnel was investigated with a series of geological logging and in-situ tests on the one hand, and with the rock mass classification using the multiple regression analysis on the other hand. The rock mass in this area can be classified as 'fair', and the condition of the discontinuities plays the most important role in the classification of the rock mass. The results of the analysis obtained by the FLAC showed that the western part of the tunnel locating at 50m above the mine cavities could be affected by subsidence associated with a considerable deformation, the magnitude of which might depend on the properties of the rock mass. Key word : multi regression analysis, subsidence, mine cavities
In case of cut-slopes or shallow-depth tunnels, sliding along with discontinuities or rotation could play a critical role in judging stability. Although numerical analysis is widely used to check the stability of these cut-slopes and shallow-depth tunnels in early design process, common analysis programs are based on continuum model. Performing continuum model analysis regarding discontinuities is possible by reducing overall strength of jointed rock mass. It is also possible by applying ubiquitous joint model to Mohr-Coulomb failure criteria. In numerical analysis of cut-slope, main geotechnical properties such as cohesion, friction angle and elastic modulus can be evaluated by empirical equations. This study tried to compare two main systems, RMR and GSI system by applying them to in-situ hazardous cut-slopes. In addition, this study applied ubiquitous joint model to simulation model with inputs derived by RMR and GSI system to compare with displacements obtained by in-situ monitoring. To sum up, numerical analysis mixed with GSI inputs and ubiquitous joint model proved to provide most reliable results which were similar to actual displacements and their patterns.
Journal of the Korean Data and Information Science Society
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v.11
no.2
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pp.189-199
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2000
A major deficiency of laboratory testing of rock structure is that the structures are limited in size and therefore present a very small and highly selective sample of the rock mass from which were removed. In a typical engineering project, the samples tested in the laboratory represent only a very small fraction of one percent of the volume of the rock mass. In this paper, we calculate the representative orientation of the resultant vector, the measure of the degree of clustering, the volume of rock mass, the trace length of discontinuity spacing under underlying distributions. And we generate the random fracture networks using real data. We propose the calculating the trace length.
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.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.10
no.4
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pp.421-430
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2008
In discontinuous rock masses, hydraulic-mechanical coupled analyses are required since groundwater flow in joints have a great influence on the stability of a subsea tunnel. In this study, a sensitivity analysis was performed based on coupled analysis to verify the routine which can estimate the safety factor of a tunnel in discontinuous rock mass. To this end, 324 cases of numerical calculations were performed with a commercial program, UDEC-2D. As a result, it was confirmed that the proposed routine for coupled analysis in discontinuous rock mass could give a reasonable result for the estimation of safety factor of a tunnel. Therefore, it is expected that the safety factor estimation method used in this study can be effectively applied for the stability estimation of a subsea tunnel in discontinuous rock masses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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