Xiaohan Zhou;Xinrong Liu;Yu Xiao;Ninghui Liang;Yangyang Yang;Yafeng Han;Zhongping Yang
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.4
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pp.395-409
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2023
Long-span suspension bridges have tunnel anchor systems to maintain stable cables. More investigations are required to determine how closely tunnel excavation beneath the tunnel anchor impacts the stability of the tunnel anchor. In order to investigate the impact of the adjacent tunnel's excavation on the stability of the tunnel anchor, a large-span suspension bridge tunnel anchor is utilised as an example in a three-dimensional numerical simulation approach. In order to explore the deformation control mechanism, orthogonal tests are employed to pinpoint the major impacting elements. The construction of an advanced pipe shed, strengthening the primary support. Moreover, according to the findings the grouting reinforcement of the surrounding rock, have a significant control effect on the settlement of the tunnel vault and plug body. However, reducing the lag distance of the secondary lining does not have such big influence. The greatest way to control tunnel vault settling is to use the grout reinforcement, which increases the bearing capacity and strength of the surrounding rock. This greatly minimizes the size of the tunnel excavation disturbance area. Advanced pipe shed can not only increase the surrounding rock's bearing capacity at the pipe shed, but can also prevent the tunnel vault from connecting with the disturbance area at the bottom of the anchorage tunnel, reduce the range of shear failure area outside the anchorage tunnel, and have the best impact on the plug body's settlement control.
Most large cut slopes of open pit mines, roadways, and railways are steeply inclined and composed with rocks that do not contain soils. However, these rock slopes suffer both weathering and fragmentation. In the case of steep slopes, falling rock and collapse of a slope may often occur due to surface erosion. Cast-in place concrete and rubble work are the most widely used earth structure-based pressure supports that act as restraints against the collapse of the rock slope. In order to overcome the shortcomings of conventional retaining walls, a segmental grid retaining wall is being used with connects precasted segments to construct the wall. In this study, laboratory model test was conducted to estimate deformation behavior of segmental grid retaining wall with configuration of rear strecher, height and inclination of the wall. In order to examine the behavior characteristics of a segmental grid retaining wall, this research analyzes the aspects of spacial displacement through relative displacement according to change in the inclination of the wall. Also, the walls behavior according to the formation and status of the rear stretcher which serves the role of transferring the load from the header and the stretcher which make up the wall, the displacement of backfill materials in the wall, and the location of the maximum load were surveyed and the characteristics of displacement in the segmental grid retaining wall were observed. The test results of the segmental grid retaining wall showed that there was a sudden increase in failure load according to the decrease in the wall's height and the size of the in was greatly decreased. Furthermore, it revealed that with identical inclination and height, the structure of the rear stitcher did not greatly affect the starting point or size of maximum horizontal displacement, but rather had a stronger effect on the inclination of the wall.
The effect of fault on the stability of the closely-spaced twin tunnels located in fault zones was investigated by numerical analyses and scaled model tests on condition of varying widths, inclinations and material properties of fault. When obtaining the strength/stress ratios of pillar between twin tunnels, three different stresses were used which were measured at the middle point of pillar, calculated to whole average along the pillar section and measured at the left/right edges of pillar. Among them, the method by use of the left/right edges turned out to be the most conservative stability estimation regardless of the presence of fault and reflected the excavating procedures of tunnel in real time. It was also found that the strength/stress ratios of pillar were decreased as the widths and inclinations of fault were increased and as the material properties of fault were decreased on condition using the stresses measured at the left/right edges of pillar. As a result of scaled model tests, it was found that the model with fault showed less crack initiating pressure than the model without fault. As the width of fault was larger, tunnel stability was decreased. The fault had also a great influence on the failure behavior of tunnels, such as the model without fault showed failure cracks generated horizontally at the left/right edges of pillar and at the sidewalls of twin tunnels, whereas the model with fault showed failure cracks directionally generated at the center of pillar located in the fault zone.
Three points bending flexural test was modeled numerically to study the crack propagation in the pre-cracked beams. The pre-existing edge cracks in the beam models were considered to investigate the crack propagation and coalescence paths within the modeled samples. The effects of particle size on the single edge-notched round bar in bending test were considered too. The results show that Failure pattern is constant by increasing the ball diameter. Tensile cracks are dominant mode of failure. These crack initiates from notch tip, propagate parallel to loading axis and coalescence with upper model boundary. Number of cracks increase by decreasing the ball diameter. Also, tensile fracture toughness was decreased with increasing the particle size. In the present study, the influences of particles sizes on the cracks propagations and coalescences in the brittle materials such as rocks and concretes are numerically analyzed by using a three dimensional particle flow code (PFC3D). These analyses improve the understanding of the stability of rocks and concretes structures such as rock slopes, tunnel constructions and underground openings.
The effects of seepage force and out-of-plane stress on cavity contracting and tunnel opening was investigated in this study. The generalized Hoek-Brown (H-B) failure criterion and non-associated flow rule were adopted. Because of the complex solution of pore pressure in an arbitrary direction, only the pore pressure through the radial direction was assumed in this paper. In order to investigate the effect of out-of-plane stress and seepage force on the cavity contraction and circular tunnel opening, three cases of the out-of-plane stress being the minor, intermediate, or major principal stress are assumed separately. A method of plane strain problem is adopted to obtain the stress and strain for cavity contracting and circular tunnel opening for three cases, respectively, that incorporated the effects of seepage force. The proposed solutions were validated by the published results and the correction is verified. Several cases were analyzed, and parameter studies were conducted to highlight the effects of seepage force, H-B constants, and out-of-plane stress on stress, displacement, and plastic radius with the numerical method. The proposed method may be used to address the complex problems of cavity contraction and tunnel opening in rock mass.
This investigation presented conventional triaxial and creep-permeability tests on sandstones considering thermally-induced damage (TID). The TID had no visible effects on rock surface color, effective porosity and permeability below $300^{\circ}C$ TID level. The permeability enlarged approximately two orders of magnitude as TID increased to $1000^{\circ}C$ level. TID of $700^{\circ}C$ level was a threshold where the influence of TID on the normalized mass and volume of the specimen can be divided into two linear phases. Moreover, no prominent variations in the deformation moduli and peak strength and strain appeared as TID< $500^{\circ}C$ level. It is interesting that the peak strength increased by 24.3% at $700^{\circ}C$ level but decreased by 11.5% at $1000^{\circ}C$ level. The time-related deformation and steady-state creep rate had positive correlations with creep loading and the TID level, whereas the instantaneous modulus showed the opposite. The strain rates under creep failure stresses raised 1-4 orders of magnitude than those at low-stress levels. The permeability was not only dependent on the TID level but also dependent on creep deformation. The TID resulted in large deformation and complexity of failure pattern for the sandstone.
Rockburst disasters pose serious threat to mining safety and underground excavation, especially in China, resulting in massive life-wealth loss and even compulsive closed-down of some coal mines. To investigate the mechanism of rockbursts that occur under a state of static forces, a stress model with sidewall as prototype was developed and verified by a group of laboratory experiments and numerical simulations. In this model, roadway sidewall was simplified as a square plate with axial compression and end (horizontal) restraints. The stress field was solved via the Airy stress function. To track the "closeness degree" of the stress state approaching the yield limit, an unbalanced force F was defined based on the Mohr-Coulomb yield criterion. The distribution of the unbalanced force in the plane model indicated that only the friction angle above a critical value could cause the first failure on the coal in the deeper of the sidewall, inducing the occurrence of rockbursts. The laboratory tests reproduced the rockburst process, which was similar to the prediction from the theoretical model, numerical simulation and some disaster scenes.
One of the major failure modes in composite sandwich structures is the separation between skins and core. In this study, the effect of employing foam filled composite corrugated core on the skin/core debonding (resistance to separation between skin and core) is investigated both experimentally and numerically. To this aim, triangular corrugated core specimens are manufactured and compared with reference specimens only made of PVC foam core in terms of skin/core debonding under bending loading. The corrugated composite laminates are fabricated using the hand layup method. Also, the Vacuumed Infusion Process (VIP) is employed to join the skins to the core with greater quality. Utilizing an End Notched Shear (ENS) fixture, three point bending tests are performed on the manufactured sandwich composite panels. The results reveal that the resistance to separation capacity and flexural stiffness of sandwich composite has been increased about 170% and 76%, respectively by using a triangular corrugated core. The Cohesive Zone Model (CZM) with appropriate cohesive law in ABAQUS finite element software is used to model the progressive face/core interfaces debonding the difference between experimental and numerical results in predicting the maximum born load before the skin/core separation is about 6 % in simple core specimens and 3% in triangular corrugated core specimens.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.6
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pp.585-597
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2013
In this study, in order to evaluate stability of the room-and-pillar underground structure, a series of preliminary numerical analyses were performed. Design concept and procedure of an underground structure for obtaining a space are proposed, which should be different from structural design for the room-and-pillar in mine. With assumed material properties, a series of numerical analyses were performed by varying size ratios of room and pillar and then the failure modes and location at yielding initiation were investigated. From the results, relationship between the ratio of pillar width to the roof span (w/s) and overburden pressure at failure initiation shows a relatively linear relation, and the effect of w/s on structural stability is much more critical than the ratio of pillar width and height (w/H) which is a crucial parameter in design of the room-and-pillar mining. It means that roof tensile failure and shear failure at shoulder and pillar are necessary to be considered together for confirming overall structural stability of the room-and-pillar structure, rather than considering the pillar stability only in mining. Failure modes and location at failure initiation were varied with respect to the ratio of room and pillar widths. Therefore, it is necessary to simultaneously consider stability of both roof span and pillar for design of underground structure by the room-and-pillar method.
This paper presents a field study of the stability of slope collapsed during road construction and proposes a reasonable countermeasure if the current slope is unstable. As a result of slope investigation, it was found that the slope includes five tension cracks and the sliding surface is started from the tension crack and propagated the surface soil layer through weathered rock layer. The slope stability analyses are conducted in case of dry and rainfall seasons. The results indicate that the slope is unstable status. A reinforcement method of slope failure should be selected according to the scale of failure. That is, the scale of slope failure, which is classified small, middle and large size determines the reinforcement method of slope. Since the slope interested in this study is large size failure slope, the reinforcement method to control slope failure is selected stabilizing piles, and seed spray and drainage of surface waterare also selected to remain the factor of safety. The SLOPILE (Ver. 3.0) program is applied in order to do stability analysis of slope reinforced by piles. As the result of analysis, the slope reinforced by a row of piles shows the stable state. It is clearly confirmed that the stabilizing of piles can improve the stability of slope.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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