Slurry type shield would be very effective for the tunnelling in a sandy ground, but low slurry pressure could cause a tunnel face failure or a ground settlement in front of the tunnel face. Thus, the stability of tunnel face could be maintained by applying an excess slurry pressure that is larger than the active earth pressure. However, the slurry pressure should increase properly because an excessively high slurry pressure could cause the slurry flow out or the passive failure of the frontal ground. It is possible to apply the high slurry pressure without passive failure if a horizontal impermeable layer is located in the ground in front of the tunnel face, but its location, size, and effects are not clearly known yet. In this research, two-dimensional model tests were carried out in order to find out the effect of a horizontal impermeable layer for the slurry shield tunnelling in a saturated sandy ground. As results, larger slurry pressure could be applied to increase the stability of the tunnel face when the impermeable layer was located in the ground above the crown in front of the tunnel face. The most effective length of the impermeable grouting layer was 1.0~1.5D, and the location was 1.0D above the crown level. The safety factor could be suggested as the ratio of the maximum slurry pressure to the active earth pressure at the tunnel face. It could also be suggested that the slurry pressure in the magnitude of 3.5~4.0 times larger than the active earth pressure at the initial tunnel face could be applied if the impermeable layer was constructed at the optimal location.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.13
no.4
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pp.347-370
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2011
Slurry type shield would be very effective for the tunnelling in a sandy ground, when the slurry pressure would be properly adjusted. Low slurry pressure could cause a tunnel face failure or a ground settlement in front of the tunnel face. Thus, the stability of tunnel face could be maintained by applying an excess slurry pressure that is larger than the active earth pressure. However, the slurry pressure should increase properly because an excessively high slurry pressure could cause the slurry flow out or the passive failure of the frontal ground. It is possible to apply the high slurry pressure without passive failure if a horizontal impermeable layer is located in the ground in front of the tunnel face, but its location, size, and effects are not clearly known yet. In this research, two-dimensional model tests were carried out in order to find out the effect of a horizontal impermeable layer for the slurry shield tunnelling in a saturated sandy ground. In tests slurry pressure was increased until the slurry flowed out of the ground surface or the ground fails. Location and dimension of the impermeable layer were varied. As results, the maximum and the excess slurry pressure in sandy ground were linearly proportional to the cover depth. Larger slurry pressure could be applied to increase the stability of the tunnel face when the impermeable layer was located in the ground above the crown in front of the tunnel face. The most effective length of the impermeable grouting layer was 1.0 ~ 1.5D, and the location was 1.0D above the crown level. The safety factor could be suggested as the ratio of the maximum slurry pressure to the active earth pressure at the tunnel face. It could also be suggested that the slurry pressure in the magnitude of 3.5 ~4.0 times larger than the active earth pressure at the initial tunnel face could be applied if the impermeable layer was constructed at the optimal location.
The stability of slurry trench system is closely associated with the characteristics of the filter cake (assumed impervious membrane) transferring the hydrostatic force of slurry to the trench walls. The effectiveness of this assumption in a wide range of trench systems has been examined with the aid of a Finite Element program. Build up of excess porewater pressure in the soil mass behind the filter cake is a function of the slurry density, the properties of filter cake, the ground conditions, time, the geometry of trench and the original ground water level. These factors were all investigated by the Finite Element Method. The most significant factors were found to be the ground conditions and the properties of filter cake.
Sai Zhang;Jianwen Ding;Ning Jiao;Shuai Sun;Jinyu Liu
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.2
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pp.125-138
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2023
To improve the understanding of infiltration characteristic of modified slurry and the support efficiency of filter cake in silty sand strata, the slurry infiltration (SI) and filter cake formation (FCF) were investigated in a laboratory apparatus. The water discharge and the excess pore pressure at different depths of silty sand strata were measured during SI. The relationship between permeability coefficient/thickness ratio of filter cake (kc/ΔL) and effective slurry pressure conversion rate of filter cake (η) were analyzed. Moreover, the SI and FCF process as well as the modification mechanism of CMC (carboxymethyl cellulose) were clarified. The experimental results indicate the formation of only external filter cake in the silty sand strata. The slurry particles obtain thicker water membrane after being modified by CMC, which blocks partial water path in filter cake and decreases the water discharge significantly. The silty sand excavated from tunnel face also contributes to the water discharge reduction. The kc of the external filter cake ranges from 3.83×10-8 cm/s to 7.44×10-8 cm/s. The η of the external filter cake is over 96%, which decreases with increasing kc/ΔL. A silty sand content within 10% is suggested during construction to ensure the uniformity of the filter cake.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2002.03a
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pp.673-678
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2002
Laboratory calibration chamber tests for cone penetrometers, pressuremeters and dilatometers in cohesionless soil specimens have been conducted by numerous researchers. However, there have been only few applications to compacted or preconsolidated cohesive soils. Therefore, for the first time, Calibration Chamber System was developed in Korea University. This can be attributed to the extremely time consuming and laborious process involved in the preparation of large cohesive soil specimens in addition to other complexities involving instrumentation for pore pressure monitoring and the need for maintaing saturation by back pressure. Chamber System with similar principle as LSU Chamber System was made of more strengthen and complementary form by increasing system diameter(1.2m), carrying out 1st and 2nd consolidation process in one system for smooth and safe work, accurate Data Aquisition.
Side friction is often neglected in the analysis of the results of a consolidation test when the specimen has a high ratio of diameter to height. As the height of a specimen increases, however, side friction becomes important. This paper presents an investigation of the effect of side friction on consolidation test results for normally consolidated kaolinite slurry. Consolidation tests were performed to obtain settlement, pore pressure, compressibility, and hydraulic conductivity of kaolinite slurry. The compressibility relationship is corrected for side friction using a modified form of Taylor (1942) analytical solution. Numerical simulations using the CS2 piecewise-linear model are compared with settlement and excess pore pressure measurements. Experimental results show improved agreement with a modified CS2 model in which the effect of side friction is considered. The numerical and experimental results indicate that the side friction is an important factor affecting the rate of consolidation as well as the compressibility relationship for the specimen.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.03b
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pp.599-606
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2000
본 연구는 피에조콘(Piezocone) 관입 시험에 의한 과잉간극수압의 소산(Dissipation)특성을 파악하기 위하여, 실측된 소산실험 결과치와 Gupta & Davidson에 의해 개발된 연속 공동확장이론(Successive Cavity Expansion Theory) 모델을 비교하였고, 그 경험적 이론의 적합성을 규명하였다. 연속 공동확장 이론이란, 콘 관입이 유발하는 관입 주변지반의 변환 메커니즘을 연속적인 공동확장의 전개과정로 파악할 때, 관입주변의 연속적 공동확장 영역에서 발생된 과잉간극수압들은 연속적으로 소산되어지고, 결국에는 관입멈춤직후 얻게 되는 소산시험의 결과도 이러한 과잉간극수압의 연속적 소산 메커니즘으로부터 그 영향을 받는다는 개념이다. 본 연구의 실험방법은 Piezocone 관입을 위한 연약모형지반 조성을 위하여 초대형 Slurry Consolidometer에 Slurry를 45일간 압밀시킨후 Calibration Chamber(Louisiana State University Calibration Chamber System)에 옮긴 후 2차 압밀시키는 Two-Stage Consolidation Method를 사용하였다. 또한 모형지반내에 8개의 Piezometers를 설치하여 Piezometers를 설치하여 Piezocone 관입시 유발되는 지반 내에서의 과잉간극수압의 변환을 측정하였다. 실험결과와 이론 예측치를 비교함으로써 연속 공동확장이론 모델은 u$_2$형식의 피에조콘 관입 소산시험 결과들과 잘 들어맞는 모습을 보여줬으나, 관입으로 인한 주변 지반의 과잉간극수압의 소산변화는 정성적으로만 모사 되는 모습을 보여줬다.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1997.10a
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pp.19-36
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1997
This paper discusses the reduction and subsequent recovery and increase of shear strength of clay in the vicinity of soil-cement column. Laboratory and field tests were conducted to investigate the effects on surrounding clay during and after soil-cement column installation in soft Ariake clay. Discussions were made on the mechanism of strength changes of clay by considering the thixotropic recovery, reconsolidation effect, penetration of cement slurry and diffusion of exchangeable cations. On the basis of field and laboratory observations, 10 days after column installation, the decreased shear strength of surrounding clay during mixing was recovered and 30 days later, shear strength of surrounding clay increased 30% by average. Therefore, it is recommended that the increase of shear strength of clay can be taken into consideration in the bearing capacity and stability analysis of the composite ground.
Tailings are waste materials of mining operations, consisting of a mixture of clay, silt, sand with a high content of unrecoverable metals, process water, and chemical reagents. They are usually discharged as slurry into the storage area retained by dams or earth embankments. Poor knowledge of the hydro-mechanical behaviour of tailings has often resulted in a high rate of failures in which static liquefaction has been widely recognized as one of the major causes of dam collapse. Many studies have dealt with the static liquefaction of coarse soils in saturated conditions. This research provides an extension to the case of silty tailings in unsaturated conditions. The static liquefaction resistance was evaluated in terms of stress-strain behavior by means of monotonic triaxial tests. Its dependency on the preparation method, the volumetric water content, the void ratio, and the degree of saturation was studied and compared with literature data. The static liquefaction response was proved to be dependent mainly on the preparation technique and degree of saturation that, in turn, controls the excess of pore pressure whose leading role is investigated by means of the relationship between the -B Skempton parameter and the degree of saturation. A preliminary interpretation of the static liquefaction response of Stava tailings is also provided within the Critical State framework.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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