Quantification of the influence of the fracture of thick magmatic rock (TMR) on the behavior of its overlying strata is a prerequisite to the understanding of the deformation behavior of the earth's surface in deep mining. A three-dimensional numerical model of a special geological mining condition of overlying TMR was developed to investigate the overburden movement and fracture law, and compare the influence of the occurrence horizon of TMR. The research results show that the movement of overlying rock was greatly affected by the TMR. Before the fracture of TMR, the TMR had shielding and controlling effects on the overlying strata, the maximum vertical and horizontal displacement values of overlying strata were 0.68 m and 0.062 m. After the fracture, the vertical and horizontal displacements suddenly increased to 3.06 m and 0.105 m, with an increase of 350% and 69.4%, respectively, and the higher the occurrence of TMR, the smaller the settlement of the overlying strata, but the wider the settlement span, the smaller the corresponding deformation value of the basin edge (the more difficult the surface to crack). These results are of tremendous importance for the control of rock strata and the revealing of surface deformation mechanism under TMR mining conditions in mines.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.4
no.3
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pp.207-216
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2002
Conventional Korean tunnel portals require a lot of overburden. For stability reasons, about 1.5 to 2.0 times the tunnel diameter is needed for the height in order to achieve a sufficient arching effect. Thus, considerable movement of earth and support constructions are required which lead to undesirably large changes of and damage to the environment. With a massively designed pipe roof, tunnels at low overburden can be built. To effectively construct pipe roof as an advanced safeguarding method, the following properties are indispensable: stability, insensitivity to settling and drilling accuracy. A new pipe roof method, AT-casing system, has been developed which on the one hand entirely combines the properties mentioned above, and which on the other hand permits the construction of safe, economical and environmentally friendly tunnels at low overburden heights of 3 to 5m.
The precise prediction of ground displacement plays an important role in planning and constructing tunnels. In this study, an equation for predicting the surface and crown settlement is suggested by examining the theories of ground movement caused by tunnel excavation. From the 3D numerical modeling, the reinforcement effect of UAM (Umbrella Arch Method) is quantitatively analyzed with respect to deformation modulus and overburden. By using a regression technique for the numerical results, an equation for predicting the settlement is suggested.
The black box model is a relatively new option for nonlinear dynamic system identification. It can be used for prediction problems just based on analyzing the input and output data without considering the changes of the internal structure. In this paper, a black box model was presented to solve unconstrained overlying strata movement problems in coal mine production. Based on the black box theory, the overlying strata regional system was viewed as a "black box", and the black box model on overburden strata movement was established. Then, the rock mechanical properties and the mining thickness and mined-out section area were selected as the subject and object respectively, and the influences of coal mining on the overburden regional system were discussed. Finally, a corrected method for height prediction of the fractured zone was obtained. According to actual mine geological conditions, the measured geological data were introduced into the black box model of overlying strata movement for height calculation, and the fractured zone height was determined as 40.36 m, which was comparable to the actual height value (43.91 m) of the fractured zone detected by Double-block Leak Hunting in Drill. By comparing the calculation result and actual surface subsidence value, it can be concluded that the proposed model is adaptable for height prediction of the fractured zone.
Conventional Korean tunnel portals require a lot of overburden as, fer static reasons, about 1.5 to 2.0 times the tunnel diameter is needed for the height in order to achieve a sufficient arching effect. Thus, considerable movement of earth and support constructions are required which lead to undesirably large changes of and damage to the environment. With a massively designed pipe roof, tunnels with little overburden can be built. For the effective construction of a pipe roof as an advancing safeguarding method, the following properties are indispensable: stability, insensitivity to settling and drilling accuracy. With the AT casing system a new pipe roof method has been developed which on the one hand entirely combines the properties mentioned last, and which on the other hand permits safe, economical and environmentally friendly construction of tunnels at low overburden heights of 3 to 6 m.
Preventing water seepage and inrush into mines where close multiple-seam longwall mining is practiced is a challenging issue in the coal-rich Ordos region, China. To better protect surface (or ground) water and safely extract coal from seams beneath an aquifer, it is necessary to determine the height of the mining-induced fractured zone in the overburden strata. In situ investigations were carried out in panels 20107 (seam No. $2-2^{upper}$) and 20307 (seam No. $2-2^{middle}$) in the Gaojialiang colliery, Shendong Coalfield, China. Longwall mining-induced strata movement and overburden failure were monitored in boreholes using digital panoramic imaging and a deep hole multi-position extensometer. Our results indicate that after mining of the 20107 working face, the overburden of the failure zone can be divided into seven rock groups. The first group lies above the immediate roof (12.9 m above the top of the coal seam), and falls into the gob after the mining. The strata of the second group to the fifth group form the fractured zone (12.9-102.04 m above the coal seam) and the continuous deformation zone extends from the fifth group to the ground surface. After mining Panel 20307, a gap forms between the fifth rock group and the continuous deformation zone, widening rapidly. Then, the lower portion of the continuous deformation zone cracks and collapses into the fractured zone, extending the height of the failure zone to 87.1 m. Based on field data, a statistical formula for predicting the maximum height of overburden failure induced by close multiple seam mining is presented.
Choi, Soon-Wook;Park, Young-Taek;Chang, Soo-Ho;Bae, Gyu-Jin;Lee, Ki Taek;Baek, Yong Ki
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.5
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pp.485-501
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2012
This study aims to experimentally investigate ground settlement and ground movement around the square pipe by its penetration in sandy ground. A series of laboratory model tests were carried out with a small-scale auger equipment for penetration of a square pipe as well as a newly designed test box with a sand raining equipment. From the experiments, it is shown that a square pipe induces ground movement evenly around it in a low overburden condition. However, as the overburden becomes higher, ground movement by a square pipe is concentrated mainly above it. Especially, horizontal strain above the square pipe was mainly dominated by its penetration. In addition, sand surface movement is the smallest in case of the dimensionless penetration rate equal to 0.2. When its penetration rate of the square pipe is fixed, the rotation speed of auger controls surface movement whether it is settlement or heaving. Therefore, the selection of an optimal dimensionless rate for the square pipe is a key design factor to minimize ground settlement in a trenchless construction.
Choi, Soon-Wook;Park, Young-Taek;Chang, Soo-Ho;Bae, Gyu-Jin;Lee, Ki Taek;Baek, Yong Ki
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.14
no.5
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pp.469-484
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2012
This study aims to numerically investigate ground movement around a square steel pipe as well as a group of square steel pipes induced by its and their ground penetration for trenchless construction of a concrete box. From numerical results, ground movement induced by a square steel pipe is much more dominantly governed by vertical displacement rather than horizontal displacement. Ground settlement induced by pipe penetration is much larger as the overburden becomes lower. The settlement is also shown to be slightly dependent upon the sequence of pipe penetration. More careful construction management is highly in demand during the penetration of upper pipes since their induced settlement occupies approximately 75 percent of total ground settlement after the whole construction of steel pipes.
A site investigation has been performed for bridge abutments constructed on soft ground, which are deformed laterally by backfill. As the result from the evaluation of lateral movement in bridge abutment, the foundation piles were not considered as the passive pile at the design stage and the period for soft ground improvement was not proper. In order to prevent lateral movement of bridge abutment, the pile slab is proposed as a countermeasure. This method can effectively prevent the lateral flow of soft ground, since the overburden surcharge due to backfill on soft ground would be effectively delivered to bedrock through the piles in soft ground. The instrumentation system is designed and installed to investigate the behavior of bridge abutment on soft ground reinforced by pile slab. The instrumentation results show that pile slab effectively resists to the lateral movement of bridge abutment due to backfill. Also, the surcharge loads due to backfill are transmitted to the bedrock through piles. It confirms that the pile slab effectively resists to the lateral movement of bridge abutment due to backfill and the applied design method is reasonable.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.8
no.1
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pp.33-40
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1988
The new technique has been used to determine the soil-reinforcement interaction. The testing apparatus is essentially a triaxial cell fitted with the capability to house a hollow cylinderical sample. A hollow cylinderical sand specimen with a concentrical layer of reinfarcing material sandwitched in the middle is used in this investigation. The reinforcement is fastened at the base. The hollow specimen can be viewed as a "unit sheet" of a soil-reinforcement composite system of infinite horizontal extent. Axial load as well as inner and outer chamber pressures can be applied to perform a test. The specimen is first subjected to an isotropic stress state corresponding to the overburden pressure. Next, an extension test by reducing the axial load is carried out. The specimen is "loaded" to failure by either the breakage of reinforcing material (tensile failure) or slippage which takes place at the soil-reinforcement interface (i.e. the overcoming of the bonding capacity). Since the reinforcement is fastened at its lower end to the base, any tendency of relative movement between the reinforcement and the sand during an extension test can induce tensile force in the reinforcement thus forming a "reversed pull-out" test condition. Preliminary test results have demonstrated positively of the new approach to test the soil-reinforcement interaction. Reinforcing elements of different extensibility were used to study the deformbility of reinforced soil. Furthermore, both the breakage and the pull-out modes of failure were observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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