Yong Niu;Jinguo Wang;Yunjin Hu;Gang Wang;Bolong Liu
Geomechanics and Engineering
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v.34
no.1
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pp.1-15
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2023
This study conducts uniaxial compression tests on intact and single crack-contained rocks to investigate the time-frequency domain characteristics of acoustic emission (AE) signals monitored during the deformation failure process. A processing approach, short-time Fourier transform (STFT), is performed to obtain the evolution characteristics of time-frequency domain of AE signals. The AE signal modes at different deformation stages of rocks are different. Five modes of AE signal are observed during the cracking process of rocks. The evolution characteristics of time-frequency domain of AE signals processed by STFT can be utilized to evaluate the damage process of rocks. The difference of time-frequency domain characteristics between intact and cracked rocks is comparatively analyzed. The distribution characteristics of frequency changing from a single band-shaped cluster to multiple band-shaped clusters can be regarded as an early warning information of damage and failure of rocks. Meanwhile, the attenuation of frequency enables the exploration of rock failure trends.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2010.03a
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pp.643-648
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2010
Waterjet is a very useful technology for rock excavation because of low level noise and vibration during breaking rocks. To accurately predict the volume and shape excavated by the waterjet, it is important to understand waterjet fracture mechanisms. There have been various theoretical assumptions and approaches in the literature. In this study, waterjet mechanisms are classified into three standards: a mechanism scale, theoretical assumption for a target material, and jet phase. In addition, through a waterjet experimental study for weathered and intact granitic rocks, a fracture shape is observed and analyzed on comparison with the previous mechanisms. As a result, best waterjet mechanisms are selected to explain the fracture pattern of the granitic rocks.
Three empirical criteria of rock failure are analyzed in order to understand the meaning of coefficients. Transformation of equations is discussed to apply in the numerical analysis. New failure criterion for intact rocks is proposed in this study, which can be used directly in programming. New equation has the form of parabolic curve($\alpha$=0.5~1.0), and is based on Mohr's shear failure using data from triaxial tests. Its validity will be discussed in the next report.
With the exploitation of natural resources in China, underground resource extraction and underground space development, as well as other engineering activities are increasing, resulting in the creation of many defective rocks. In this paper, uniaxial compression tests were performed on rocks with double holes and fractures at different angles using particle flow code (PFC2D) numerical simulations and laboratory experiments. The failure behavior and mechanical properties of rock samples with holes and fractures at different angles were analyzed. The failure modes of rock with defects at different angles were identified. The fracture propagation and stress evolution characteristics of rock with fractures at different angles were determined. The results reveal that compared to intact rocks, the peak stress, elastic modulus, peak strain, initiation stress, and damage stress of fractured rocks with different fracture angles around holes are lower. As the fracture angle increases, the gap in mechanical properties between the defective rock and the intact rock gradually decreased. In the force chain diagram, the compressive stress concentration range of the combined defect of cracks and holes starts to decrease, and the model is gradually destroyed as the tensile stress range gradually increases. When the peak stress is reached, the acoustic emission energy is highest and the rock undergoes brittle damage. Through a comparative study using laboratory tests, the results of laboratory real rocks and numerical simulation experiments were verified and the macroscopic failure characteristics of the real and simulated rocks were determined to be similar. This study can help us correctly understand the mechanical properties of rocks with defects and provide theoretical guidance for practical rock engineering.
In structures excavated in rock mass, load progressively increases to a level and remains constant during the construction. Rocks display different elastic properties such as Ei and ʋ under different loading conditions and this requires to use the true values of elastic properties for the design of safe structures in rock. Also, rocks will undergo horizontal and vertical deformations depending on the amount of load applied. However, under constant loads, values of Ei and ʋ will vary in time and induce variations in the behavior of the rock mass. In some empirical equations in which deformation modulus of the rock mass is taken into consideration, elastic parameters of intact rock become functions in the equation. Hence, the use of time dependent elastic properties determined under constant loading will yield more reliable results than when only constant elastic properties are used. As well known, rock material will play an important role in the deformation mechanism since the discontinuities will be closed due to the load. In this study, Ei and ʋ values of intact rocks were investigated under different constant loads for certain rocks with high deformation capabilities. The results indicated significant time dependent variations in elastic properties under constant loading conditions. Ei value obtained from deformability test was found to be higher than the Ei value obtained from the constant loading test. This implies that when static values of elastic properties are used, the material is defined as more elastic than the rock material itself. In fact, Ei and ʋ values embedded in empirical equations are not static. Hence, this workattempts to emerge a new understanding in designing of safer structures in rock mass by numerical methods. The use of time-dependent values of Ei and ʋ under different constant loads will yield more accurate results in numerical modeling analysis.
A flat-jointed bonded-particle model (BPM) has been proved to be an effective tool for simulating mechanical behaviours of intact rocks. However, the tedious and time-consuming calibration procedure imposes restrictions on its widespread application. In this study, a systematic approach is proposed for simplifying the calibration procedure. The initial relationships between the microscopic, constitutive parameters and macro-mechanical rock properties are firstly determined through dimensionless analysis. Then, sensitivity analyses and regression analyses are conducted to quantify the relationships, using results from numerical simulations. Finally, four examples are used to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed systematic approach for the calibration procedure of BPMs.
In this study, to propose simplified methods for estimating the cohesion and internal friction angle of volcanic rocks in Jeju Island using uniaxial compressive strength and/or Brazilian tensile strength, the estimated values of cohesion and internal friction angle from triaxial and uniaxial compression tests and Brazilian tests were compared in terms of estimation accuracy. This study proposed simplified methods for estimating the cohesion and internal friction angle using the uniaxial compressive strength and/or Brazilian tensile strength of volcanic rocks in Jeju Island. According to the findings, among the proposed simplified methods, the method using uniaxil compressive strength was most desirable to accurately estimate the cohesion and internal friction angle of volcanic intact rocks in Jeju Island.
Volcanic rocks in Jeju Island have vesicular structure caused by various environmental factors, and indicate the differences in geological and mechanical characteristics from region to region. In addition, the bedrock of Jeju Island shows stratified structure, that is, soft layers composed of pyroclastic rocks or cavities are irregularly developed between the basalt layers by several times of volcanic activity. In this study, various physical tests and unconfined compressive strength test were conducted for intact rocks sampled in northwestern onshore and offshore of Jeju Island. The results obtained in the tests were compared with the physical and mechanical characteristics of intact rocks sampled in southeastern offshore of Jeju Island. As a results, it was confirmed that the physical and mechanical characteristics of basalts sampled in northwestern Jeju Island were similar to those of basalts sampled in southeastern offshore of Jeju Island. In addition, it was possible to estimate approximate design parameters from the correlation of mechanical properties with physical properties of basalts in Jeju Island.
Schmidt hammer test as an indirect method has so far been widely applied for determining the physical properties of intact rock, and many researchers have developed procedures for its use on rock cores, blocks and in field. Though many methods have developed upto date for indirect using, the almost were single blow which has many errors. The purpose of this study was to evaluate the established as for ASTM, ISRM, BSI, Poole & Farmer and Hucka method and to suggest a new optimum test method and statistical analysis on rocks. The finding has indicated that succeeding blow has served as an optimal to predict physical properties of rocks. To conduct the experiment, researchers have examined 150 rock blocks, which include igneous, metamorphic and sedimentary rocks in Korea nation wide.
Modification of general Hoek and Brown criterion is carried out to estimate the shaft resistance of drilled shaft socketed into rock mass. Since the general Hoek-Brown criterion can consider the in-situ state of the rock mass, the proposed method, estimating the unit shaft resistance of drilled shafts based on the Hoek-Brown criterion, has increased flexibility compared to other methods exclusively considering uniaxial compressive strength of intact rocks. The proposed method can form the upper and lower bounds, and most culled data (from 21 pile load tests) from the literature can be found between these two bounds. A comparison between the estimated and observed unit shaft resistances shows quite a good correlation even with crude assumptions for the input parameters. The best-fit line drawn from this analysis shows that at the lower strength of intact rocks (up to 10MPa), Horvath and Kenney's equation shows a good correlation with the measured values, and fur strong rocks Rosenberg and Journeaux's equation provides a close estimation with colleted data. The results of parametric studies for GSI and confining stress show that the normalized unit shaft resistance increases with these two factors. In addition, coefficient of the equational form of the estimation can vary with GSI and confining stresses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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