In this study, we analyzed physical properties of granites and their correlation with rock mass classification methods. The granite samples were obtained from field survey, in-situ borehole tests and laboratory tests for a design phase of various roads, railways and other civil engineering works in Korea. Among the measured physical properties, the results of unit weight, compressive strength, tensile strength, seismic velocity, cohesion, friction angle, elastic modulus and deformation modulus were introduced. We also correlated these properties with the compressive strength. The results of different rock classification method of RQD, RMR, and Q-system against the granites in Korea were compared with each other, and the correlation equations were proposed in a more simplified form. We also derived RMR values using the compressive strength as well as the RQD values of in-situ drilled cores, and estimated the deformation modulus of in-situ rock mass in terms of the RMR values.
Instability of bolted rock mass has been a major hazard in the underground coal mining industry for decades. Developing effective support guidelines requires understanding of complex bolted rock mass failure mechanisms. In this study, the dynamic failure behavior, mechanical behavior, and energy evolution of a laboratory-scale bolted specimens is studied by conducting laboratory static-dynamic coupled loading tests. The results showed that: (1) Under static-dynamic coupled loading, the stress-strain curve of the bolted rock mass has a significant impact velocity (strain rate) correlation, and the stress-strain curve shows rebound characteristics after the peak; (2) There is a critical strain rate in a rock mass under static-dynamic coupled loading, and it decreases exponentially with increasing pre-static load level. Bolting can significantly improve the critical strain rate of a rock mass; (3) Compared with a no-bolt rock mass, the dissipation energy ratio of the bolted rock mass decreases exponentially with increasing pre-static load level, the ultimate dynamic impact energy and dissipation energy of the bolted rock mass increase significantly, and the increasing index of the ratio of dissipation energy increases linearly with the pre-static load; (4) Based on laboratory testing and on-site microseismic and stress monitoring, a design method is proposed for a roadway bolt support against dynamic load disturbance, which provides guidance for the design of deep underground roadway anchorage supports. The research results provide new ideas for explaining the failure behavior of anchorage supports and adopting reasonable design and construction practices.
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.
In order to evaluate the necessity for the support during the excavation of the transport drift and use the data for design applications, laboratory testings of mechanical properties of rock samples and engineering rock mass classifications on this study site were performed. The values of RMR and Q-system are 68 and 11.8, respectively. Since these results were evaluated as good, this rock mass were determined to be unsupported. Full face excavation method was determined to be suitable for excavating this drift. In case of excavation, smooth blasting techniques must be carried out at the wall rock and the crown. However, considering the blast vibration etc. that have an effect on the surrounding rock mass, approximately less than 9kg of explosive charges per blast should be maintained.
RQD is used to evaluate the degree of fracture in the rock mass and is also used as input into rock mass classification scheme, such as RMR and Q-system. However there are some drawbacks of the RQD caused by anisotropy and calculation length. Thus it is important to understand the variation of RQD in 3-D space in order to evaluate the properties of rock mass. The main purpose of this study is to reveal the distribution of RQD in the equal-angle stereo net, to investigate the effects of scanline length and joint frequency and to inquire the effect on the selection of rock mass strength parameters in the numerical analysis. Analysis has been extended to field joint survey data using same method. The results can be applied to contribute for more accurate interpretation of the results of engineering geological survey for better design and construction work.
Kim, Kwang-Sik;Kim, Kwang-Yeom;Seo, Yong-Seok;Kim, Chang-Yong
The Journal of Engineering Geology
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v.17
no.4
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pp.535-544
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2007
Discontinuities developed in a sedimentary rock mass are the most important factor to determine mechanical properties of the rock mass. Parameters described discontinuities in rock mass generally connote heterogeneity and uncertainty. In this study, probabilistic statistics method was used to determine parameters of discontinuities quantitatively and objectively. The field survey was conducted at 33 sedimentary rock slopes in Ulsan area, according to the suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock mass(ISRM, 1978). The engineering geological characteristics of the sedimentary rocks at Ulsan area was determined as probability distribution function deduced by analyzing parameters of discontinuities.
The effects of geologic structures such as rock joins and bedding planes on the thermal conductivity of a discontinuous rock mass are studied. The expressions for the equivalent thermal conductivities of jointed rock masses are derived and found to be anisotropic. The degree of anisotropy depends primarily on the thermal properties contrast between the joint phase and surrounding intact rock, the joint density expressed as volume fraction and the inclination angle of the joint. Within the context of 2-dimensional finite element heat transfer scheme, the isotherms around a circular hole are analyzed for both the isotropic and anisotropic rock masses in 3 different thermal boundary conditions. i.e. temperature, heat flux and convection boundary conditions. The temperature in the stratified anisotripic rock mass is greatly influenced by the thermal properties of the rock formation in contact with the heat source. Using the excavation-temperature coupled elastic plastic finite element method, analyzed is the thermo-mechanical stability of a circular opening subjected to 10$0^{\circ}C$ at a depth of 527m. It is found that the thermal stress concentration was enough to deteriorate the stability and form a plastic yield zone around the opening, in contrast to the safety factor greater than 2 resulted form the excavation-only analysis.
The stress environment of deep rock masses is complex. Under the action of earthquakes or blasting, the strength and stability of anchored rock masses in fracture zones or faults are affected. To explore the variation in anchored rock masses under creep-fatigue loading, shear creep comparative testing of anchored marble specimens with or without fatigue loading is performed. Considering the damage variable of rock under fatigue loading, a rheological model is established to characterize the whole shear creep process of anchored rock masses under creep-fatigue loading. The results show that (1) the overall deformation of marble under creep-fatigue loading is larger than that under only shear creep loading, and the average deformation is increased by 18.3%. (2) By comparing the creep curves with and without fatigue loading, the two curves basically coincide when the first level stress is applied, and the two curves are stable with the increase in stress level. The results show that the strain difference among the specimens increases gradually in the steady-state stage and reaches the maximum at the fourth level. (3) The shear creep is described by considering the creep mechanical properties of anchored rock masses under fatigue loading. The accuracy of this creep-fatigue model is verified by laboratory tests, and the applicability of the model is illustrated by the fitting parameter R2. The proposed model provides a theoretical basis for the study of anchored rock masses under low-frequency earthquakes or blasting and new methods for the stability and reinforcement of rock masses.
Rock mass classification for construction of underground facilities is essential to secure their stabilities. Therefore, the reliable values for rock mass classification from the precise information on rock discontinuities are most important factors, because rock mass discontinuities can affect exclusively on the physical and mechanical properties of rock mass. The conventional classification operation for rock mass has been usually performed by hand mapping. However, there have been many issues for its precision and reliability; for instance, in large-scale survey area for regional geological survey, or rock mass classification operation by non-professional engineers. For these reasons, automated rock mass classification using LiDAR becomes popular for obtaining the quick and precise information. But there are several suggested algorithms for analyzing the rock mass discontinuities from point cloud data by LiDAR scanning, and it is known that the different algorithm gives usually different solution. Also, it is not simple to obtain the exact same value to hand mapping. In this paper, several discontinuity extract algorithms have been explained, and their processes for extracting rock mass discontinuities have been simulated for real rock bench. The application process for several algorithms is anticipated to be a good reference for future researches on extracting rock mass discontinuities from digital point cloud data by laser scanner, such as LiDAR.
Rock socketed drilled shafts transfer significant portion of structural loads at the socketed part. Therefore, a proper design of side and base resistances of a shaft at the socket is a major concern for the geotechnical engineers. In this study, we modified the Hoek-Brown criterion to estimate side resistance of rock socketed drilled shafts. Earlier method to compute side resistance of a shaft is linear or power functions of intact rock masses. However, side resistance is mobilized like shearing which influenced by the mechanical properties of concrete and rock masses, adhesion of rock/concrete interface, roughness of rock socket. Therefore, a single coefficient or power of uniaxial compressive strength of intact rock cannot provide accurate values of side resistance in a wide range of the uniaxial compressive strength. A new approach proposed in this study can consider in situ rock mass condition (frequency or discontinuities, weathering condition), and rock types thus, it has a wider applicability than the earlier models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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