Park, Chan-Hee;Kim, Taehyun;Park, Eui-Seob;Jung, Yong-Bok;Bang, Eun-Seok
Tunnel and Underground Space
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v.30
no.6
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pp.509-518
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2020
This study constructed a new simulation platform, including mesh generation process, numerical simulation, and post-processing for results analysis based on exploration data to perform real-scale numerical analysis considering the actual geological structure efficiently. To build the simulation platform, we applied for open-source programs. The source code is open to be available for code modification according to the researcher's needs and compatibility with various numerical simulation programs. First, a three-dimensional model(3D) is acquired based on the exploration data obtained using a drone. Then, the domain's mesh density was adjusted to an interpretable level using Blender, the free and open-source 3D creation suite. The next step is to create a 3D numerical model by creating a tetrahedral volume mesh inside the domain using Gmsh, a finite element mesh generation program. To use the mesh information obtained through Gmsh in a numerical simulation program, a converting process to conform to the program's mesh creation protocol is required. We applied a Python code for the procedure. After we completed the stability analysis, we have created various visualization of the study using ParaView, another open-source visualization and data analysis program. We successfully performed a preliminary stability analysis on the full-scale Dokdo model based on drone-acquired data to confirm the usefulness of the proposed platform. The proposed simulation platform in this study can be of various analysis processes in future research.
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.
Ali, Mustafa M.;Osman, S.A.;Yatim, M.Y.M.;A.W., Al Zand
Structural Engineering and Mechanics
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v.76
no.6
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pp.687-708
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2020
Openings in steel plate shear walls (SPSWs) are usually used for decorative designs, crossing locations of multiple utilities and/or structural objectives. However, earlier studies showed that generating an opening in an SPSW has a negative effect on the cyclic performance of the SPSW. Therefore, this study proposes tripling or doubling the steel-sheet-plate (SSP) layer and stiffening the opening of the SPSW to provide a solution to undesirable opening effects, improve the SPSW performance and provide the infill option of potential strengthening measures after the construction stage. The study aims to investigate the impact of SSP doubling with a stiffened opening on the cyclic behaviour, expand the essential data required by structural designers and quantify the SPSW performance factors. Validated numerical models were adopted to identify the influence of the chosen parameters on the cyclic capacity, energy dissipation, ductility, seismic performance factors (SPF) and stiffness of the suggested method. A finite Element (FE) analysis was performed via Abaqus/CAE software on half-scale single-story models of SPSWs exposed to cyclic loading. The key parameters included the number of SSP layers, the opening size ratios corresponding to the net width of the SSP, and the opening shape. The findings showed that the proposed assembly method found a negligible influence in the shear capacity with opening sizes of 10, 15, 20%. However, a deterioration in the wall strength was observed for openings with sizes of 25% and 30%. The circular opening is preferable compared with the square opening. Moreover, for all the models, the average value of the obtained ductility did not show substantial changes and the ultimate shear resistance was achieved after reaching a drift ratio of 4.36%. Additionally, the equivalent sectional area of the SSP in the twin and triple configuration of the SPSWs demonstrated approximately similar results. Compared with the single SSP layer, the proposed configuration of the twin SSP layer with a stiffened opening suggest to more sufficiency create SSP openings in the SPSW compared to that of other configurations. Finally, a tabular SPF quantification is exhibited for SPSWs with openings.
Kim, Young Kyun;Oh, Byung Taek;Yang, Young Chul;Yoon, Ihn soo;Kim, Jae Hoon
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.24
no.6
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pp.47-54
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2020
A brittle fracture is one of the source of structural damage and can bring a fatal accident. The inner shell of LNG storage tank should be designed and applied to construction by ensure that no brittle crack will occur under -162℃ condition. In point of view of fracture mechanics brittle fracture in the structure could be referred as crack initiation and crack arrest. It should be designed no crack initiation. However, in the unlikely event of a brittle fracture occurring, a back-up function of arresting the brittle crack should be included for the design. In this paper investigated the characteristics of 9% Ni steel thick plates of having a capability of arresting brittle cracks under the thickness of 33 mm, 37mm, 40 mm. First, charpy test has performed to evaluate the fundamental brittle impact fracture property of 9% Ni steel under the temperature of 24℃, -162℃ and -196℃. In addition, Duplex ESSO tests were also performed under -196℃ to evaluate the capability of crack arrest for 9% Ni steel. From the experiments results, it was confirmed that all the thickness of 9% Ni steel plates exhibits sufficient brittle crack arrest fracture toughness for the application of LNG storage tank as a inner shell.
With the increasing use of TBM, research has recently been conducted in Korea to analyze TBM data with machine learning techniques to predict the ground in front of TBM, predict the exchange cycle of disk cutters, and predict the advance rate of TBM. In this study, classification prediction of rock characteristics of slurry shield TBM sites was made by combining traditional rock classification techniques and machine learning techniques widely used in various fields with machine data during TBM excavation. The items of rock characteristic classification criteria were set as RQD, uniaxial compression strength, and elastic wave speed, and the rock conditions for each item were classified into three classes: class 0 (good), 1 (normal), and 2 (poor), and machine learning was performed on six class algorithms. As a result, the ensemble model showed good performance, and the LigthtGBM model, which showed excellent results in learning speed as well as learning performance, was found to be optimal in the target site ground. Using the classification model for the three rock characteristics set in this study, it is believed that it will be possible to provide rock conditions for sections where ground information is not provided, which will help during excavation work.
Forces exerted on a shield TBM (tunnel boring machine) such as cutter head torque, thrust force, chamber pressure, and upward force are key factors determining TBM performance. However, the forces acting on the TBM when tunnelling the mixed ground have different tendencies compared to that of the uniform ground, which could impair TBM performance. In this study, the effect of mixed ground tunnelling was numerically investigated with torque, thrust force, chamber pressure, and upward force. A coupled discrete element method (DEM) and finite difference method (FDM) model for TBM driving model was used. This numerical study simulates TBM tunnelling in mixed ground composed of upper weathered granite soil and lower weathered rock. The effect on the force acting on the TBM according to the location and slope of the boundary of the mixed ground was numerically examined.
The generalized Hoek-Brown (GHB) criterion, which is recognized as one of the standard failure conditions for rock mass, is specialized for rock engineering applications and covers a wide range of rock mass conditions. Accordingly, many research efforts have been devoted to the incorporation of this criterion into the stability analysis of rock structures. In this study, the slip-line analysis method, which is a kind of elastoplastic analysis method, is combined with the GHB failure criterion to derive analytical equations that can easily calculate the plastic radius and stress distribution in the vicinity of the circular tunnel. In the process of derivation of related formulas, it is assumed that the behavior of rock mass after failure is perfectly plastic and the in-situ stress condition is hydrostatic. In the formulation, it is revealed that the plastic radius can be calculated analytically using the two respective tangential friction angles corresponding to the stress conditions at tunnel wall and elastic-plastic boundary. It is also shown that the plastic radius and stress distribution calculated using the derived analytical equations coincide with the results of Lee & Pietruszczak's numerical method published in 2008. In the latter part of this paper, the influence of the quality of the rock mass on the size of the plastic zone, the stress distribution, and the change of the tangential friction angle was investigated using the derived analytical equations.
Jung-Wook Park;Chan-Hee Park;Li Zhuang;Jeoung Seok Yoon;Changlun Sun;Changsoo Lee
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.3
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pp.189-207
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2023
In the present study, the thermoshearing experiment on a rough rock fracture were modeled using a three-dimensional grain-based distinct element model (GBDEM). The experiment was conducted by the Korea Institute of Construction Technology to investigate the progressive shear failure of fracture under the influence of thermal stress in a critical stress state. The numerical model employs an assembly of multiple polyhedral grains and their interfaces to represent the rock sample, and calculates the coupled thermo-mechanical behavior of the grains (blocks) and the interfaces (contacts) using 3DEC, a DEM code. The primary focus was on simulating the temperature evolution, generation of thermal stress, and shear and normal displacements of the fracture. Two fracture models, namely the mated fracture model and the unmated fracture model, were constructed based on the degree of surface matedness, and their respective behaviors were compared and analyzed. By leveraging the advantage of the DEM, the contact area between the fracture surfaces was continuously monitored during the simulation, enabling an examination of its influence on shear behavior. The numerical results demonstrated distinct differences depending on the degree of the surface matedness at the initial stage. In the mated fracture model, where the surfaces were in almost full contact, the characteristic stages of peak stress and residual stress commonly observed in shear behavior of natural rock joints were reasonably replicated, despite exhibiting discrepancies with the experimental results. The analysis of contact area variation over time confirmed that our numerical model effectively simulated the abrupt normal dilation and shear slip, stress softening phenomenon, and transition to the residual state that occur during the peak stress stage. The unmated fracture model, which closely resembled the experimental specimen, showed qualitative agreement with the experimental observations, including heat transfer characteristics, the progressive shear failure process induced by heating, and the increase in thermal stress. However, there were some mismatches between the numerical and experimental results regarding the onset of fracture slip and the magnitudes of fracture stress and displacement. This research was conducted as part of DECOVALEX-2023 Task G, and we expect the numerical model to be enhanced through continued collaboration with other research teams and validated in further studies.
In the licensing application for the deep geological disposal system of high-level radioactive waste in Finland, the disposal tunnel backfilling has been changed from the block/pellet (for the construction) to the granular type (for the operation). Accordingly, for establishing the design concept for backfilling, it is necessary to examine applicability to the domestic facility through analyzing problems of the existing method and improvements in the alternative design. In this paper, we first reviewed the principal studies conducted for changing the backfill method in the licensing process of the Finnish facility, and identified the expected problems in applying the block/pellet backfill method. In addition, we derived the evaluation factors to be considered in terms of technical and operational aspects for the backfilling solution, and then conducted a comparative analysis for two types of backfill methods. This analysis confirmed the overall superiority of the design change. It is expected that these results could be utilized as the technical basis for deriving the optimum design plan in development process of the Korean-specific deep disposal facility. However, applicability should be reviewed in advance based on the latest technical data for the detailed evaluation factors that must be considered for selecting the backfilling method.
Hangbok Lee;Chan Park;Junhyung Choi;Dae-Sung Cheon;Eui-Seob Park
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.3
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pp.231-247
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2024
In the field of high-level radioactive waste disposal targeting deep rock environments, hydraulic characteristic information serves as the most important key factor in selecting relevant disposal sites, detailed design of disposal facilities, derivation of optimal construction plans, and safety evaluation during operation. Since various rock types are mixed and distributed in a small area in Korea, it is important to conduct preliminary work to analyze the hydrogeological characteristics of rock aquifers for various rock types and compile the resulting data into a database. In this paper, we obtained hydraulic conductivity data, which is the most representative field hydraulic characteristic of a high-depth volcanic bedrock aquifer, and also analyzed and evaluated the field data. To acquire field data, we used a high-performance hydraulic testing system developed in-house and applied standardized test methods and investigation procedures. In the process of hydraulic characteristic data analysis, hydraulic conductivity values were obtained for each depth, and the pattern of groundwater flow through permeable rock joints located in the test section was also evaluated. It is expected that the series of data acquisition methods, procedures, and analysis results proposed in this report can be used to build a database of hydraulic characteristics data for high-depth rock aquifers in Korea. In addition, it is expected that it will play a role in improving technical know-how to be applied to research on hydraulic characteristic according to various bedrock types in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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