In this study, a new direct shear apparatus was developed to investigate the shear characteristics of the rock joints at various conditions. Using the developed apparatus, various experiments on filled rock joints were carried out considering the asperity angle, the normal stress, the type and thickness of filling material and to investigated the basic shear characteristics of filled rock joints were analyzed. According to the experiments performed under the constant normal stress condition by varying the asperity angle, the type and thickness of filling material, it was shown that the behavior and strength of filled rock joint could be defined by the type and thickness of the filling material. The dilation angle of the filled joints was found to be smaller than that of unfilled rock joint, and thereby, the effect of roughness was also reduced due to the filling material. And critical thickness ratio varied according to stress level and roughness as well as the type of filing materials.
The precision cyclic shear test system was established to investigate the mechanical characteristics of rough rock joints under cyclic loading conditions. Laboratory cyclic shear tests were conducted for saw-cut joints and artificial rough rock joints using Hwangdeung granite and Yeosan marble. Surface roughness and aperture characteristics of specimens were examined by measuring surface topography using the laser profilometer. Peak shear strength, phase difference during loading and unloading, and anisotropic shear behavior were investigated throughout the cyclic shear test results. These features and their subsequent variations in each loading cycle are significantly dependent upon the second order asperities and the strength of intact rock. It was observed that degradation of asperities for rough rock joints under cyclic shear loading followed the exponential degradation laws of asperity angle and that the mechanism for asperity degradation would be different depending upon the normal stress level, roughness of joint surface and the loading stage.
A 3D discrete element model integrating the rough surface contact concept with the flat-joint model is suggested to examine the mechanical characteristics of the interfacial transition zone (ITZ) in concrete. The essential components of our DEM procedure include the calculation of the actual contact area in an element contact-pair related to the bonded factor using a Gaussian probability distribution of asperity height, as well as the determination of the contact probability-relative displacement form using the least square method for further computing the force-displacement of ITZs. The present formulations are implemented in MUSEN, an open source development environment for discrete element analysis that is optimized for high performance computation. The model's meso-parameters are calibrated by using uniaxial compression and splitting tensile simulations, as well as laboratory tests of concrete from the literature. The present model's DEM predictions accord well with laboratory experimental tests of pull-out concrete specimens published in the literature.
In this study, a 3D coordinate measurement system equipped with a laser displacement meter for digitizing rock joint surface was established and the digitized data were used to calculate several roughness parameters. The parameters used in this study were micro avenge inclination $angle(i_{ave})$, average slope of joint $asperity(SL_{ ave})$, root mean square of $i-angle(i_{rms})$, standard deviation of height(SDH), standard deviation of $i-angle(SD_i)$, roughness profile $index(R_P)$, and fractal dimension(D). The relationships between the roughness parameters based on the digitzation of the surface profile were analyzed. Since the measured value varied according to the degree of reflection and the variation of colors at the measuring point, rock joint surface was painted in white to minimize the influence of the surface conditions. The comparison of the measured values and roughness parameters before and after painting revealed the better consequence from measurement on the painted surfaces. Also, effect of measuring interval was studied. As measured interval was increased, roughness parameters were exponentially decreased. The incremental sequence of degree of decrease was $SDH\; i_{ave},\; i_{rms},\; SD_i,\;and\; R_ p-1$. As a result of comparison of parameters from pin-type measurement system and laser type measurement system, all value of parameters were higher when laser-type measurement system was used, except SDH.
This is a study on large-scale rock joint roughness measurements using LIDAR (light detection and ranging) and the Split-FX point cloud processing software. The large-scale rock Joint Roughness Coefficient (JRC) is calculated using the maximum amplitude of joint asperities over the profile length on large-scale Joint surfaces of rock. As the profile length increases, JRC decreases due to scale-effects of rock specimens and is non-stationary. Also JRC shows anisotropy depending on the profile direction. The profile direction is measured relative to either dip or strike of the large-scale joint.
Accurate modeling of contact interface in bolted joints is crucial in predicting the dynamic behavior for bolted assemblies under external load. This paper presents a contact pressure distribution based non-uniform virtual material method to describe the joint interface of assembly structure, which is connected by sparsely distributed multi-bolts. Firstly, the contact pressure distribution of bolted joints is obtained by the nonlinear static analysis in the finite element software ANSYS. The contact surface around bolt hole is divided into several sub-layers, and contact pressure in each sub-layer is thought to be evenly. Then, considering multi-asperity contact at the micro perspective, the relationship between contact pressure and interfacial virtual material parameters for each sub-layer is established by using the fractal contact theory. Finally, an experimental platform for the dynamic characteristics testing of a beam lap structure with double-bolted joint is constructed to validate the efficiency of proposed method. It is found that the theoretical results are in good agreement with experimental results by impact response in both time- and frequency-domain, and the relative errors of the first four natural frequencies are less than 1%. Furthermore, the presented model is used to examine the effect of rough contact surface on dynamic characteristics of bolted joint.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.8
no.2
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pp.183-196
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2006
Rock joint roughness obtained from the camera-type 3D scanner was classified into waviness and unevenness. The classification criteria were established in the previous study; digital filtering was used to distinguish one from another. The classified and original profiles were used to produce metal moulds. For accurate machining of the moulds, the WEDM(Wire-cut Electric Discharge Machining) was adopted. Specimens were cast using high strength gypsum, and joint shear tests were performed by varying normal stress from low value to high one. Roughness mobilization characteristics depending on the asperity scale and the applied normal stress were investigated. A new equation was proposed to predict shear strength of rock joint, which can consider the characteristics of roughness mobilization and roughness parameters. The roughness quantification composed of waviness and unevenness was found to be a useful method to predict the joint shear strength.
Recently, the frequency of occurring dynamic events such as earthquakes, explosives blasting and other types of vibration has been increasing. Besides, the chances of exposure for rock discontinuities to free faces get higher as the scale of rock mass structures become larger. For that reason, the frictional behavior of rock joints under dynamic conditions needs to be investigated. In this study, artificially fractured rock joint specimens were prepared in order to examine the dynamic frictional behavior of rough rock joint. Roughness of each specimen was characterized by measuring surface topography using a laser profilometer and a series of shaking table tests was carried out. For mated joints, the static friction angle back-calculated ken the yield acceleration was $2.7^{\circ}$ lower than the tilt angle on average. The averaged dynamic friction angle for unmated joints was $1.8^{\circ}$ lower than the tilt angle. Displacement patterns of sliding block were classified into 4 types and proved to be related to the first order asperity of rock joint. The tilt angle and the static friction angle for mated joints seem to be correlated to micro average inclination angle which represents the second order asperity. The tilt angle and the dynamic friction angle for unmated Joints, however, have no correlation with roughness parameters. Friction angles obtained by shaking table test were lower than those by direct shear test.
The characteristics of a rock joint which influence the stability of rock mass structures such as cut slopes and tunnels are largely controlled by the conditions of the rock joint as well as its boundary conditions. The conditions of rock joints comprise asperity strength, roughness, and filling materials. Boundary conditions can be represented by assuming that the deformability(or stiffness) of the rock mass surrounding the joints is modelled by a spring with stiffness. A new direct shear apparatus was developed in this study, which adapts a servo control system using PID algorithm. This apparatus can be used to investigate the various aspects of shear characteristics of the rock joints at conditions of constant normal stress and constant normal stiffness and so on. The test results for saw-cut teeth joints show that shear strength should be evaluated by considering its specific boundary conditions far the design of tunnels and cut slopes.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2000.10a
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pp.265-270
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2000
AESTRACI: The shmr behior of sawtoothed artrjicial joints grouted with cement milk rm investiguted in the lahotconstant normal stress conditions. Tests were amducted on joints with asperities h i n g inclinations cf 16.7" and 26.6" ,strengths h i n g 15MPa and 47MPa under a given nmge of n o d stresses wrying frcm 0.76 to 1.g MPa md at a freepitching, rolling and dihtmuy. Results show that the gect of asperities on shmr strength increme is signifamt up to as,to grout thidness (t/a) mtio 4 0.3-1.0. Increme of ahesim is the nmn muse cf shmr strength increme in cemmtoothed artificial iointsed artificial ioints
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[게시일 2004년 10월 1일]
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