Hanlim Kim;Gyeongjo Min;Gyeonggyu Kim;Youngjun Kim;Kyungjae Yun;Jusuk Yang;Sangho Bae;Sangho Cho
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.6
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pp.574-593
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2023
In this study, the effectiveness and applicability of a newly designed Compact CNS shear box for conducting direct shear tests on jointed rock specimens were investigated. CNS joint shear tests were conducted on jointed rocks with Artificially generated roughness while varying the fracture surface roughness coefficient and initial normal stress conditions. In addition, displacement data were validated by Digital image correlation analysis, fracture patterns were observed, and comparative analysis was conducted with previously studied shear behavior prediction models. Furthermore, the accuracy of the displacement data was confirmed through DIC analysis, the fracture patterns were observed, and the shear properties obtained from the tests were compared with existing models that predict shear behavior. The findings exhibited a strong correlation with specific established empirical models for predicting shear behavior. Furthermore, the potential linkage between the characteristics of shear behavior and fracture patterns was deliberated. In conclusion, the CNS shear box was shown to be applicable and effective in providing data on the shear characteristics of the joint.
Prediction of fragmentation in bench blasting is one of the most important factors to establish the production plan. It is widely accepted that fragmentation could be accurately predicted using the Kuz-Ram model in bench blasting. Nevertheless, the model has an ambiguous or subjective aspect in evaluating the model parameters such as joint condition, rock strength, density, burden, explosive strength and spacing. This study proposes a new method to evaluate the parameters of Kuz-Ram model, and the predicted mean fragment sizes using the proposed method are examined by comparing the measured sizes in the field. The results show that the predictions using Kuz-Ram model with the proposed method coincide with field measurements, but Kuz-Ram model does not reflect the in-situ rock condition and hence needs to be improved.
Rock mass contains discontinuities such as faults and joints, and their mechanical properties and spatial distribution dominate the stability of rock mass. Because the deformation of rock mass occurs discontinuities in many cases. However in the case of poor quality rock mass under high stresses, the deformation along intact rock can also influence the structure's stability. In this study, two dimensional finite element program was developed with a rheological model to analyze the stability of the structure excavated in jointed rock mass. The “equivalent material” approach was used assuming intact rock, joints and rock bolts as visco-plastic materials. The program was verified by analysing an intact rock model, a jointed rock mass model and a reinforced jointed rock mass model. The displacement was examined in each model with changing the intact rock behaviour as elastic and visco-plastic. In the case of poor quality rock mass under high stresses, e assumption of visco-plastic behaviour of intact rock resulted in larger displacement than when assuming elastic behaviour for intact rock. Therefore it is recommended to add intact rock's visco-plastic behaviour to the existing model, which only assumes visco-plastic behaviour of joints and rock bolts.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.2
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pp.141-155
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2023
Monitoring technology based on electrical resistivity is widely used for non-destructive data collection and health analysis of underground structures and tunnels. Vulnerable sections such as fault zone generates many problems during construction of the tunnel. These problems cause displacement and stress changes of the ground. Therefore, it is necessary to predict the state of the fault zone section to ensure the mechanical stability of the underground structure. Monitoring the size of joints and the porosity of the fillings is essential for rocks. Previous studies have not considered the variety of fillings in rock joints. In this study, electrical resistivity tests were conducted according to the particle mixing state of the sandy fillings. When the size of fillings is decreased at the constant porosity, the electrical resistivity tends to increase. The results of this study are expected to be useful as basic electrical resistivity data for predicting the ground conditions and evaluation of the ground behavior that is containing sandy fillings in the rock joint for tunnels.
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.23
no.3
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pp.151-165
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2021
Grouting, which is applied for the increase of ground strength and the decrease of permeability, is complex process because of several reasons, so the process needs to be elaborated. Injection process in consideration of ground condition and optimization of grouting sequence is essential. In this study, GIN (Grouting Intensity Number), multiple of injected grout volume and pressure, is revised to consider injection pressure reduction and joint opening during grouting process. A revised GIN process is evaluated through a field test. A revised GIN, considering ground condition, injection pressure, follows GIN envelope and produces rational grouting process. The result of a revised GIN reduces permeability of the ground in the order of 10-1~10-2 cm/sec.
For a hydro power plant project, the headrace tunnel having a finished diameter of 3.3 m was constructed in volcanic rocks with well-developed vertical joint and high groundwater table. The intake facility was located 20.3km upstream of the powerhouse and headrace tunnel of 20km in length and penstock of 440m in height connected the intake and the powerhouse. The typical caldera lake, Lake Toba set the geology at the site the caving of the ground caused tension cracks in the vertical direction to be developed and initial stresses at the ground to be released. High groundwater table(the maximum head of 20bar) in the area of well-connected vertical joints delayed the progress of tunnel excavation severely due to the excessive inflow of groundwater. The excavation of tunnel was made using open-shield type TBM and mucking cars on the rail. High volume of water inflowraised the water level inside tunnel to 70cm, 17% of tunnel diameter (3.9m) and hindered the mucking of spoil under water. To improve the productivity, several adjustments such as modification of TBM and mucking cars and increase in the number of submersible pumps were made forthe excavation of severe water inflow zone. Since the ground condition encountered during excavation turned out to be much worse, it was decided to adopt PC segment lining instead of RC lining. Besides, depending on the conditions of the water inflow, rock mass condition and internal water pressure, one of the invert PC segment lining with in-situ RC lining, RC lining and steel lining was applied to meet the site specific condition. With the adoption of PC segment lining, modification of TBM and other improvement, the excavation of the tunnel under severe groundwater condition was successfully completed.
Rock mass classification systems such as RMR and Q system have been widely served as a simple empirical approach for the design of various rock mass structures in the stage of site survey as well as under the construction. For the RQD determination, the boring is partially carried out and what is more, the survey boring is not normally carried out under construction. Therefore RQD is frequently determined by empirical method or indirect method. Since it is difficult to determine the discontinuity characteristics such as RQD, spacing, persistence, filling and so on, it is essential to develop suitable and simple systems without drilled core and a cert 없 n number of representative parameters. One of the primary objectives of the classification systems for a practicing engineer has been to make it simple to use as a preliminary design tool for the structures in rock mass. In the present study, the modifications for both the RMR and GSI system are suggested by authors to introduce new classification system as well as to improve the scope of some of the existing classification systems for a practicing engineer.
Though the stability analysis of soil slopes widely employs the limit equilibrium method, the study on the jointed rock slopes must consider the direction of joint and the characteristics of Joint at the same time. This study analyzes the result of the change in the factors which show the characteristics of discontinuity and the shape factor of rock slopes, and so on, in an attempt to validate the propriety as to the interpretation of jointed rock slope stability which uses the general finite element program. First, the difference depending on the flow rules was compared, and the factor effect study was conducted. The selected independent variables included the direction of joint which displays the mechanical characteristics of discontinuity, adhesive cohesion, friction angle, the inclination and height of rock slope which reveal the shape of slope and surcharge load. And the horizontal displacement was numerically interpreted at the 1/3 point below the slope, a dependent variable, to compare the relative degree of factor effects. The findings of study on factor effects led to the validation that the result of horizontal displacement for each factor satisfied various engineering characteristics, making it possible to be applied to stability interpretation of jointed rock slope. A modelling is possible, which considers the application of the result of real geotechnical surveys & laboratory studies and the non-linear characteristics when designing the rock slope. In addition, the stress change which may result from the natural disaster, such as precipitation, and the construction, can be expressed. Furthermore, as the complicated rock condition and the ground supporting effect can be considered through FEM, it is considered to be very useful in making an engineering decision on the cut-slope, reinforcement and so on.
For RMR and Q rock mass classification at the design and construction stage, evaluation of groundwater condition is usually based upon the experience due to the restriction of available methods. Based on the results of Taejon LNG Pilot Cavern which acquire joint water pressure, inflow rate of ground water and hydraulic conductivity model, estimates from numerical analysis and analytical solutions were compared to verify each evaluation method. As the result, the Raymer(2001) approach was found to be efficient for estimating inflow rate and corresponding value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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