With the increase of the utilization of underground space in Korea, explosion accidents at the underground facilities such as gas pipes have occurred frequently. In urban area with high population density, individual explosion accidents are likely to spread into large complex accidents. It is necessary to investigate the effect of explosion on the stability of underground structures in urban area. In this study, a sensitivity analysis was carried out to investigate the possible influence of nearby explosion on the stability of underground structure with 8 parameters including explosion conditions and rock properties. From the sensitivity analysis using AUTODYN, the main and interaction effects of each parameters could be determined. From the analysis, it was found that the distance between explosion point and tunnel, charge weight, and Young's modulus are the most important parameters on the stress components around a tunnel.
The brittle materials like rocks show complicated strain-softening behavior after the peak which is hard to model using the classical constitutive models based on the relation between strain and stress tensors. A kinematically constrained three-dimensional microplane constitutive model is developed for granite. The model is verified by fitting the experimented data of Westerly granite and Bonnet granite. The triaxial behavior of granite is well reproduced by the model as well as the uniaxial behavior. We studied the development of the fracture zone in granite during blasting impact using the model with the standard finite element method. All the results obtained from the microplane model developed are compared to those from the linear elasticity model which is commonly used in many researches and practices. It is found that the nonlinearity of rocks sigificantly affects the results of analysis.
Park, Jun-Sik;Cha, Hyun-Jong;Jo, Seon-Ah;Jung, Ju-Hwan;Oh, Tae-Min
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.5
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pp.395-409
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2022
To overcome the limitation of conventional rock excavation methods, the excavation with abrasive waterjet has been actively developed. The abrasive waterjet excavation method has the effect of reducing blasting vibration and enhancing the excavation efficiency by forming a continuous free surface on the rock. However, the waterjet cutting performance varies with rock fracturing characteristics. Thus, it is necessary to analyze the cutting performance for various rocks in order to effectively utilize the waterjet excavation. In this study, cutting experiments with the high pressure waterjet system were performed for basalt and granite specimens. Water pressure, standoff distance, and traverse speed were determined as effective parameters for the abrasive waterjet cutting. The cutting depth and width of basalt specimens were analyzed to compare with granite results. The averaged cutting depth of basalt was shown in 41% deeper than granite; in addition, the averaged cutting width of basalt was formed by 18.5% narrower than granite. The results of this study are expected to be useful basic data for applying rock excavation site with low strength and high porosity such as basalt.
Kim, Chang Oh;Um, Woo-Yong;Chung, So-Keul;Cheon, Dae-Sung
Tunnel and Underground Space
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v.26
no.1
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pp.1-11
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2016
This study deals with the case that was the field application of the microseismic monitoring techniques for the stability monitoring in a domestic mine. The usefulness and limitations of the microseismic techniques were examined through analyzing the microseismic monitored data. The target limestone mine adopted a hybrid room-and-pillar mining method to improve the extraction ratio. The accelerometers were installed in each vertical pillar within the test bed which has the horizontal cross-section $50m{\times}50m$. The measured signals were divided into 4 types; blasting induced signal, drilling induced signal, damage induced signal, and electric noise. The stability analysis was performed based on the measured damage induced signals. After the blasting in the mining section close to the test bed, the damage of the pillar was increased and rockfall near the test bed could be estimated from monitored microseismic data. It was possible to assess the pillar stability from the changes of daily monitored data and the proposed safety criteria from the accumulated monitored data. However, there was a difficulty to determine the 3D microseismic source positions due to the 2D local sensor arrays. Also, it was needed to use real-time monitoring methods in domestic mines. By complementing the problems encountered in the mine application and comparing microseismic monitored data with mining operations, the microseismic monitoring technique can be used as a better safety method.
Brittle materials such as rocks and concretes exhibit large strain-rate dependency under dynamic loading conditions. This means that the mechanical properties of such materials can significantly be varied according to load velocity. Thus, the strain-rate dependency is recognized as one of the most important considerations in solving problems of blast engineering or rock dynamics. Unfortunately, however, studies for characterizing the dynamic properties of domestic rocks and other brittle materials are still insufficient in the country. In this study, dynamic tensile tests were conducted using the Hopkinson pressure bar apparatus to characterize the dynamic properties of Geochang granite and high-strength concrete specimens. The dynamic Brazilian disc test, which is suggested by ISRM, and the spalling method were applied. In general, the latter is believed to have some advantages in experiments under high-strain rate deformation. It was found from the tests that there were no significant difference between the dynamic tensile strengths obtained from the two different test methods for the two materials given. However, this was not the expected result before the tests. Actually, authors expected that there be some differences between them. Hence, it is thought that further investigations are needed to clarify this results.
Eunji Jo;Woojin Kim;Kwangyeom Kim;Jaeho Jung;Sanghyuk Bang
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.4
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pp.209-227
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2023
The government continues to announce measures to revitalize smart construction technology based on BIM for productivity innovation in the construction industry. In the design phase, the goal is design automation and optimization by converging BIM Data and other advanced technologies. Accordingly, in the basic design of the Namhae Seomyeon-Yeosu Sindeok National Road Construction Project, a domestic undersea tunnel project, BIM-based design was carried out by developing tunnel design automation technology using 3D spatial information according to the tunnel design process. In order to derive the optimal alignment, more than 10,000 alignment cases were generated in 36hr using the generative design technique and a quantitative evaluation of the objective functions defined by the designer was performed. AI-based ground classification and 3D Geo Model were established to evaluate the economic feasibility and stability of the optimal alignment. AI-based ground classification has improved its precision by performing about 30 types of ground classification per borehole, and in the case of the 3D Geo Model, its utilization can be expected in that it can accumulate ground data added during construction. In the case of 3D blasting design, the optimal charge weight was derived in 5 minutes by reviewing all security objects on the project range on Dynamo, and the design result was visualized in 3D space for intuitive and convenient construction management so that it could be used directly during construction.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.1
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pp.51-61
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2014
It is necessary to perform a dynamic analysis to numerically evaluate the effect of blasting on nearby facilities. The blast load time history, which cannot be directly measured, is most often determined from empirical equation. The load has to be adjusted to account for various factors influencing the load and the frequency, but there is not a clear guideline on how to adjust the load. In this study, a series of 2D dynamic numerical analyses that simulates a closely monitored test blasting is performed, from which the blast load that matches the measured vibrations are derived. In the analyses, it is assumed that the hole generated by the blasting is in the form of a circle, and the load was applied normally to the wall of the opening. Special attention was given in selecting the damping ratio for the ground, since it has important influence on the wave propagation and attenuation characteristics of the blast induce waves. The damping ratio was selected such that it matches favorably with the attenuation curve of the measurement. The analyses demonstrate that the empirical blast load widely used in practice highly overstimates the vibration since it does not account for the energy loss due to rock fragmentation. If the empirical load is used without proper adjustment, the numerical analysis may seriously overstimate the predicted vibration, and thus has to be reduced in the analysis.
Ahn, Jae-Kwang;Park, Duhee;Park, Ki-Chun;Yoon, Ji Nam
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.6
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pp.959-972
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2017
In evaluation of blast-induced vibration, peak particle velocity (PPV) is generally calculated by using attenuation relation curve. Calculated velocity is compared with the value in legal requirements or the standards to determine the stability. Attenuation relation curve varies depending on frequency of test blasting, geological structure of the site and blasting condition, so it is difficult to predict accurately using such an equation. Since PPV is response value from the ground, direct evaluation of the structure is impractical. Because of such a limit, engineers tend to use the commercial numerical analysis program in evaluating the stability of the structure more accurately. However, when simulate the explosion process using existing numerical analysis program, it's never easy to accurately simulate the complex conditions (fracture, crushing, cracks and plastic deformation) around blasting hole. For simulating such a process, the range for modelling will be limited due to the maximum node count and it requires extended calculation time as well. Thus, this study is intended to simulate the elastic energy after fractured zone only, instead of simulating the complex conditions of the rock that results from the blast, and the analysis of response characteristics of the velocity depending on shape and size of the fractured zone was conducted. As a result, difference in velocity and attenuation character were calculated depending on fractured zone around the blast source appeared. Propagation of vibration tended to spread spherically as it is distanced farther from the blast source.
An Excavation Damaged Zone(EDZ) caused by blasting impact changes rock properties, in situ stress distribution, etc., and its effects are noticeable at around a radioactive waste repository located at deep underground. In particular, the increase in permeability due to the formation of cracks may significantly increase the amount of groundwater inflow and the possibility of radioactive nuclide outflow. In this study, FLAC2D and FLAC3D were used to analyze the mechanical and thermal behaviors for three categories: a)No EDZ, b)Uniform EDZ, and c)Random EDZ. It was found that the tunnel displacement in the Random EDZ case was 423% higher than that in the No EDZ case and was 16% higher than that in the Uniform EDZ case. Tunnel inflow in the Random EDZ was also 17.3% and 10.8% higher than that in the No EDZ and the Uniform EDZ case, respectively. The permeability around the tunnel was increased by up to 10 times in the corner of the tunnel wall and roof due to the stress redistribution after excavation. From the computer simulation, it was found that the permeability around the tunnel wall was partially increased but the overall tunnel inflow was decreased with increase of stress ratio. Mechanical analysis using FLAC 3D showed similar results. Slight difference between 2D and 3D could be explained with the development of plastic zone during the advance of tunnel excavation in 3D.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.6D
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pp.623-629
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2010
Recently, the Shield TBM (Tunnel Boring Machine) construction method is used gradually to increase at the Tunnel Constructin site. However the design and application of the Shield TBM were carried out without sufficient investigation of the ground conditions in the construction site. Due to insufficient understanding to the corresponding equipment is frequently occurring unexpected construction cost and extension of a construction period. The most suitable alternative construction method was determined by analyzing tunneling rate, duration, construction cost of shield machine and tunneling data of alternative method. The result of the case study is suggested as follows. First, the accurate soil exploration on the construction site should be preceded to prevent from tunneling stoppage and schedule delay. Second, the most suitable selection of the shield machine to the ground conditions of the construction site should be executed based on the investigation. Third, the best alternative method for boring of hard rock section is 'hard rock blasting after open cut and cover method'.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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