Uniaxial compression tests were conducted on sandstone-CGFB composite samples with different interface angles, and their strength, acoustic emission (AE), and failure characteristics were investigated. Three macro-failure patterns were identified: the splitting failure accompanied by local spalling failure in CGFB (Type-I), the mixed failure with small sliding failure along with the interface and Type-I failure (Type-II), and the sliding failure along with the interface (Type-III). With an increase of interface angle β measured horizontally, the macro-failure pattern changed from Type-I to Type-II, and then to Type-III, and the uniaxial compressive strength and elastic modulus generally decreased. Due to the small sliding failure along with the interface in the composite sample with β of 45°, AE events underwent fluctuations in peak values at the later post-peak failure stage. The composite samples with β of 60° occurred Type-III failure before the completion of initial compaction stage, and the post-peak stress-time curve initially exhibited a slow decrease, followed by a steep linear drop with peaks in AE events.
Jian Zhou;Zhi Ding;Jinkun Huang;Xinan Yang;Mingjie Ma
Geomechanics and Engineering
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v.36
no.1
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pp.51-69
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2024
Currently, composite lining mountain tunnels in China are generally classified based on the [BQ] method for the surrounding rock grade. Increasingly, tunnel field construction is replicated indoors for scale down model tests. However, the development of analogous materials for model tests of composite lining tunnels with different surrounding rock grades is still unclear. In this study, typical Class III and V surrounding rock analogous materials and corresponding composite lining support materials were developed. The whole processes of excavation-support dynamics of the mountain tunnels were simulated. Data on the variation of deformations, contact pressures and strains on the surrounding rock were obtained. Finally, a comparative analysis between model tests and numerical simulations was performed to verify the rationality of analogous material development. The following useful conclusions were obtained by analyzing the data from the tests. The main analogous materials of Class III surrounding rock are barite powder, high-strength gypsum and quartz sand with fly ash, quartz sand, anhydrous ethanol and rosin for Class V surrounding rock. Analogous materials for rockbolts, steel arches are replaced by aluminum bar and iron bar respectively with both shotcrete and secondary lining corresponding to gypsum and water. In addition, load release rate of Class V surrounding rock should be less than Class III surrounding rock. The fenestration level had large influence on the load sharing ratio of the secondary lining, with a difference of more than 30%, while the influence of the support time was smaller. The Sharing ratios of secondary lining in Class III surrounding rock do not exceed 12%, while those of Class V surrounding rock exceed 40%. The overall difference between the results of model tests and numerical simulations is small, which verifies the feasibility of similar material development in this study.
The conventional bench blasting method uses the bottom initiation in all blast holes in a round, whereas the MDS (mixture detonation system) method applies the bottom and top initiations alternately according to the spatial position or temporal sequence of each blast hole. The former and latter are respectively called the SMDS (spatial MDS) and TMDS (temporal MDS) methods. Another variant called MMDS (modified MDS) is designed for the specific use in the site having a fly-rock problem. This study compares the MDS method to the conventional method in the aspect of rock fracturing effect. The comparison is made by numerical simulations for a two-row bench blasting model in the LS-DYNA. The SPH-FEM coupling method is utilized for constructing the blasting model. The SPH elements are used for the rock in the near-field region of the blast holes, and the FEM elements for that in the far-field region. The RHT material model is used for the rock. As a result of the simulations, it was found that up to 0.4 m deeper damaged zone was appeared in the SMDS method than in the conventional method for the case of the burden 1.6 m and bench height 3.0 m. In addition, the fly-rock velocity to the normal direction of the bench slope was appeared about 2.0 m/s lower in the MMDS method compared to the other methods.
The blast works for open cuts and underground constructions near urban areas have recently increased complaint of ground vibration, air blast and fly rock. In order to reduce these problems, it is necessary to develop more cautious blasting, or non-blast excavation methods by mechanical power. For these breaker workings instead of blast are sometimes adopted. To compare the characteristics of blast vibration with breaker vibration, the level, range of frequency and spectrum amplifications of each vibration were studied.
Jinkun Sun;Rita Yi Man Li;Lindong Li;Chenxi Deng;Shuangshi Ma;Liyun Zeng
Advances in concrete construction
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v.15
no.5
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pp.333-348
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2023
Fast infrastructure development boosts the demand for shotcrete. Despite sand and stone being the most common coarse and fine aggregates for shotcrete, excessive exploration of these materials challenges the ecological environment. This study utilized an industrial solid waste, high-titanium heavy slag, blended with steel fibers to form Wet Shotcrete of Steel Fiber-reinforced High-Titanium Heavy Slag (WSSFHTHS). It investigated its workability, shotcrete performance and mechanical properties under different water-to-cement ratios, fly ash content, superplasticizer dosage, and steel fiber content. The tunnel excavation and support were investigated by conducting finite element numerical simulation analysis and was used in 3 tunnel lining pipes in Zhonggouwan tailing pond. The major findings are as follows: (1) The water-to-cement ratio (w/c ratio) significantly impacted the compressive strength of WSSFHTHS. The highest 28-day compressive strength of 60 MPa was achieved when the w/c ratio was 0.38; (2) Adding fly ash improved the workability and shotcrete performance and strength development of WSSFHTHS. The best anti-permeability performance was achieved when the fly ash constituted 15%, with the lowest permeability coefficient of 4.596 × 10-11 cm/s; (3) The optimum superplasticizer dosage for WSSFHTHS is 0.8%. It provided the best workability and shotcrete performance. Excessive dosage resulted in water bleeding and poor aggregate encapsulation, while insufficient dosage decreased flowability and adversely affected shotcrete performance; (4) The dosage of steel fibers significantly impacted the flexural and tensile strength of WSSFHTHS. When the steel fiber dosage was 45 kg/m3, the 28-day flexural and tensile strengths were 8.95 MPa and 6.15 MPa, respectively; (5) By integrating existing shotcrete techniques, the optimal lining thickness was 80 mm for WSSFHTHS per simulation. The results revealed that after using WSSFHTHS, the displacement of the tunnel surrounding the rock significantly improved, with no cracks or hollows, similar to the simulation results.
In this study, an influence of mixing ratio among firing oyster shell, non-firing oyster shell, magnetic separated converter steel slag and fly ash used as admixtures on strength properties of soil cement was evaluated by correlation analysis among compressive strength, deformation modulus and mixing ratio of admixtures. As a result, the strength of the specimens containing non-firing oyster shells was found to be larger than that of firing oyster shells, and it was confirmed that firing oyster shells could negatively affect the strength of soil cement specimens unlike previous studies. In addtion, there was a positive correlation between the ratio of magnetic separated converter slag and strength properties, so it is confirmed that it can be used as an admixture.
This study performed an on-site demonstration of the topographic surveying technique at a large-scale open-pit limestone mine in Korea using a fixed-wing unmanned aerial vehicle (UAV, Drone, SenseFly eBee). 288 sheets of aerial photos were taken by an automatic flight for 30 minutes under conditions of 300 m altitude and 12 m/s speed. Except for 37 aerial photos in which no keypoint was detected, 251 aerial photos were utilized for data processing including correction and matching, then an orthomosaic image and digital surface model with 7 cm grid spacing could be generated. A comparison of the X, Y, Z-coordinates of 4 ground control points measured by differential global positioning system and those determined by fixed-wing UAV photogrammetry revealed that the root mean squared errors were around 15 cm. Because the fixed-wing UAV has relatively longer flight time and larger coverage area than rotary-wing UAVs, it can be effectively utilized in large-scale open-pit mines as a topographic surveying tool.
Researchers have embarked on an active investigation into the feasibility of adopting alternative materials as a solution to the mounting environmental and economic challenges associated with traditional concrete-based construction materials, such as reinforced concrete. The examination of concrete's mechanical properties using laboratory methods is a complex, time-consuming, and costly endeavor. Consequently, the need for models that can overcome these drawbacks is urgent. Fortunately, the ever-increasing availability of data has paved the way for the utilization of machine learning methods, which can provide powerful, efficient, and cost-effective models. This study aims to explore the potential of twelve machine learning algorithms in predicting the tensile strength of geopolymer concrete (GPC) under various curing conditions. To fulfill this objective, 221 datasets, comprising tensile strength test results of GPC with diverse mix ratios and curing conditions, were employed. Additionally, a number of unseen datasets were used to assess the overall performance of the machine learning models. Through a comprehensive analysis of statistical indices and a comparison of the models' behavior with laboratory tests, it was determined that nearly all the models exhibited satisfactory potential in estimating the tensile strength of GPC. Nevertheless, the artificial neural networks and support vector regression models demonstrated the highest robustness. Both the laboratory tests and machine learning outcomes revealed that GPC composed of 30% fly ash and 70% ground granulated blast slag, mixed with 14 mol of NaOH, and cured in an oven at 300°F for 28 days exhibited superior tensile strength.
In the precedent study it was presented that the comparison of thermal resistivity using various backfill materials including river sand regarding water content, dry unit weight and particle size distribution. Based on the precedent study, this study focused on developing the optimized backfill material that would improve the power transfer capability and minimize the thermal runaway due to an increase of power transmission capacity of underground power cables. When raw materials, such as river sand, recycled sand, crush rock and stone powder, are used for a backfill material, they has not efficient thermal resistivity around underground power cables. Thus, laboratory tests are performed by mixing Fly-ash, slag and floc with them, and then it is found that the optimized backfill material are required proper water content and maximum density. Through various experimental test, when coarse material, crush rock, is mixed with recycled sand, stone powder, slag or floc for a dense material, the thermal resistivity of it has $50^{\circ}C$-cm/Watt at optimum moisture content, and the increase of thermal resistivity does not happen in dry condition. The result of experiments approach the optimization of the backfill materials for underground power cables.
Kim, Taihyun;Park, Yongwon;Cho, Raehun;Kim, Hongyool;Jeong, Byungho
Explosives and Blasting
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v.34
no.2
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pp.18-30
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2016
A drill & blasting method using explosives is the most efficient way to break the rock in the urban projects. However, the blasting method cause vibration, noise and fly-rock as blast pollutions so that blasting wroks are restricted by adjacent structures such as apartment and residence houses. To conduct blasting works at near structures, the numbers of blast-holes a blast and the size of the blast are limited by kinds of detonators and initiation methods. So, the production rate is reduced and the construction period should be increased. Therefore, in this case the deck-charge blasting methods using available detonators in domestic market were designed and evaluated in order to confirm the application possibilities in specific urban sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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