There were many ground excavation projects from past to present to make effective use of the limited land. And it is very important to predict the ground behavior depending on construction stage for ground excavation. Excavation of the ground involves changes in the stress and displacement of the ground around the excavated surface. Thus it affects the stability of the adjacent structure as well as the excavated surface. Therefore, it is very important to predict the ground behavior and stability of adjacent structure. And nowadays, numerical analysis methods are most often used to predict the effects of ground excavation. Recent, improvements of numerical analysis programs, along with improved computer performance, have helped solve complicated ground problems. However, except some specialized numerical analysis, most numerical analysis often predicts larger excavation floor displacement than field data due to adopt the Mohr-Coulomb analysis model. As a result, it raise the problem that increasing the amount of support on ground and structure. In this study, ground behavior analysis depending on analysis model (Mohr-Coulomb, Duncan-Chang, Modified Mohr-Coulomb and Hardening Soil model) has been carried out through the numerical analysis. When numerical analysis is carried out, this study is expected to be used as a basic data for adopting a suitable analysis model in various ground excavation project.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.3
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pp.287-298
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2014
In order to develop SFRC TBM tunnel segment, evaluating the SFRC mixture was conducted through flexural tests of SFRC beams without ordinary steel reinforcement in this study. Considered variables were compressive strengths of SFRC, aspect and mix ratio of steel fibers and total 16 specimens were fabricated and tested until failure. The load-vertical displacement results demonstrates that the effect of aspect ratio is minor when compared to results form small beam test(Moon et al, 2013). A SFRC beam resists the vertical load until the width of crack reaches to 7 mm due to steel fibers across cracked surfaces. Moreover, it is found that flexural moment estimated by equation of TR No. 63(Concrete Society, 2011) is useful for prediction of nominal strength for SFRC structure. From the investigation of fiber distribution in cracked section, it is found that dispersion improved in actual size beam compared to in standard small beam for evaluation of flexural strength.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.5C
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pp.199-210
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2012
The effects of tunnelling in weak weathered rock on the behaviour of a pre-existing single pile and pile groups ($3{\times}3$ and $5{\times}5$ pile groups) above a tunnel have been studied by carrying out three-dimensional (3D) elasto-plastic numerical analyses. Numerical modelling of such effects considers the response of the single pile and pile groups in terms of tunnelling-induced ground and pile settlement as well as changes of the shear transfer mechanism at the pile-soil interface due to tunnelling. Due to changes in the relative shear displacement between the pile and the soil at the pile-soil interface with tunnel advancement, the shear stresses and axial pile force distributions along the pile change drastically. Based on the computed results, upward shear stresses are induced up to about Z/L=0.775 from the pile top, while downward shear stresses are mobilised below Z/L=0.775, resulting in a reduction in the axial pile force distribution with depth equivalent to a net increase in the tensile force on the pile. A maximum tensile force of about $0.36P_a$ developed on the single pile solely due to tunnelling, where $P_a$ is the service axial pile loading prior to tunnelling. The degree of interface shear strength mobilisation at the pile-soil interface was found to be a key factor governing pile-soil-tunnelling interaction. Overall it has been found that the larger the number of piles, the greater is the effect of tunnelling on the piles in terms of pile settlement, while changes of the axial pile forces for the piles in the groups are smaller than for a single pile due to the shielding effect. The reduction of apparent allowable pile capacity due to tunnelling-induced pile head settlement was significant, in particular for piles inside the groups.
Stability and mechanical deformation behavior of rock masses are highly dependent on the mechanical characteristics of contained discontinuities. Therefore, mechanical characteristics of the discontinuities should be considered in the design of tunnel and underground structures. In this study, direct shear tests for rough granite joints were carried out under constant normal stiffness conditions. Effects of initial normal stress, shear velocity, and surface roughness on the characteristics of shear strength and deformation behaviors were examined. Results of shear testing under constant normal stiffness conditions reveal that shear behaviors could be classified into two categories, based on the amount of decrease in shear stress at the Int peak shear stress. With initial normal stiffness increasing, it turned out that shear displacement at peak stress and the first peak shear stress increased, however friction angle and friction coefficient showed decrease. In case of shear stiffness and average friction coefficient, it turned out that they are not dependent on the initial normal stress. Minor effects of shear velocity on rough joints were observed in several shear quantities. However, the effects of shear velocity were insignificant regardless of the normal stress increase. Change of shear strength and deformation characteristics on joint roughness were examined, however, it turned out that the variations were attributed to deviation of shear test specimens.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.3
no.3
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pp.15-29
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2001
For the pertinent use of NMT method, both characteristics of joints (JRC, JCS and ${\phi}_r$) and characteristics of rock mass (Q-Value) must be investigated carefully. The main objective of the study presented is to investigate how sensitive the predicted behaviour of an underground excavation is to various realistic assumptions about some input parameter for the jointed rock mass. Joint pattern in the tunnel is predicted by statistical approach (chi-square test). In this paper, sensitivity studies involving in joint characteristics were carried out. The parametric studies involving change in Barton-Bandis joint model have shown that JCS is relatively insensitive to JRC and ${\phi}_r$. An increase in JRC value may not, according to the Barton-Bandis model, necessarily lead to a decrease in displacement. The importance of dilation in predicting the behaviour of a rock mass around an excavation is emphasized from a comparison of the Barton-Bandis joint behaviour model with the Mohr-Coulomb model. The Barton-Bandis model predicted higher stress, which allow for the build-up of stress caused by dilatant behaviour.
Todorokite, a tunnel-structured manganese oxide, can contain cations within the relatively large nanopores created by the $3{\times}3$ Mn octahedra. Because todorokite is poorly crystalline and found as aggregates mixed with other phases of Mn oxides in nature, the coordination structure of cations in the nanopores is challenging to fully characterize in experiment. In the current article, we report the atomistic coordination structures of $Mg^{2+}$ ions in todorokite tunnel nanopores using the classical molecular dynamics (MD) simulations. In experiment, $Mg^{2+}$ is known to occupy the center of the nanopores. In our MD simulations, 60 % of $Mg^{2+}$ ions were located at the center of the nanopores; 40 % of the ions were found at the corners. All $Mg^{2+}$ located at the center formed the six-fold coordination with water molecules, just as the ion in bulk aqueous solution. $Mg^{2+}$ ions at the corners also formed the six-fold coordination with not only water molecules but also Mn octahedral surface oxygens. The mean squared displacements were calculated to examine the dynamic features of $Mg^{2+}$ ions in the one-dimensional (1D) nanopores. Our MD simulations indicate that the dynamic features of water molecules and the cations observed in bulk aqueous solution are lost in the 1D nanopores of todorokite.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.92-102
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2022
Various numerical analysis models can be used to evaluate the behavior characteristics of tunnel facilities which are representative underground structures. In general, the Mohr-Coulomb model, which is most often used for numerical analysis, is an elastic-perfect plastic behavior model. And the deformation characteristics are the same during the load increase-load reduction phase. So there is a problem that the displacement may appear different from the field situation in the case of excavation analysis. In contrast, the HS-small strain stability model has a wide range of applications for each ground. And it is known that soil deformation characteristics can be analyzed according to field conditions by enabling input of initial elastic modulus and nonlinear curve parameter and so on. However, civil engineers are having difficulty using nonlinear models that can apply material nonlinear properties due to difficulties in estimating ground property coefficients. In this study, the necessity of rational model selection was reviewed by comparing the results of seismic performance evaluation using the Mohr-Coulomb model, which civil engineers generally apply for numerical analysis of tunnels, and the HS Small strain Stiffness model, which can consider ground nonlinearity.
Up to now single large cavern was excavated for each undergroud hydraulic powerhouse in Korea. But the Yangyang underground hydraulic powerhouse consists of two large caverns; a powerhouse cavern and main transformer cavern. In this carte, the structural stability of the caverns, especially the rock pillar formed between two large caverns, should be guaranteed to be sound to make the caverns permanently sustainable. In this research, the Distinct Element Method(DEM) was used to analyze the structural stability of two caverns and the rock pillar. The Barton-Bandis joint model was used as a constitutive model. The moot significant parameters such as in-site stress, JRC of in-situ natural joints, and spatial distribution characteristics of discontinuities were acquired through field investigation. In addition, two different cases; 1) with no support system and 2) with a support system, were analysed to optimize a support system and to investigate reinforcing effects of a support system. The results of analysis horizontal displacement and joint shear displacement proved to be reduced with the support system. The relaxed zone in the rock pilar also proved to be reduced in conjunction with the support system. Having a support system in place provided the fact that the non zero minimum principal stresses were still acting in the rock pillar so that the pillar was not under uniaxial compressive condition but under triaxial compressive condition. The structural stability f an approximately 36 m wide rock pillar between two large caverns was assured with the appropriate support system.
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.
This study is the numerical analysis for the ground stability assessment in ${\bigcirc}{\bigcirc}$mine. The subsidence factors applied to the numerical analysis were as follows. First, the deterioration of the rock mass properties by excavation of the disturbed zone. Second, using the average lateral pressure coefficient of Korea. Third, a study of the mine history. Fourth, the excavating collapsed rock mass in numerical analysis based on the assumption that the rock mass around the goaf was collapsed due to the mining. The developed methods were applied to the cross section (5+10) of the actual subsidence in ${\bigcirc}{\bigcirc}$mine. The feasibility of the numerical analysis methods was confirmed by providing the same results as those of the actual subsidence. Next, the developed methods were applied to the cross section (3+10) that had a high probability of subsidence and the ground stability was evaluated. The analysis results show that the vertical displacement for the 5+10 cross section occurs at a maximum of 46 mm, whereas the analysis results show that the vertical displacement for the 3+10 cross section occurs at a maximum of 7 mm. Hence, it is concluded that the probability for subsidence is low.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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