Analysing the incompatible deformation and damage evolution around the tunnels in mixed strata is significant for evaluating the tunnel stability, as well as the interaction between the support system and the surrounding rock mass. To investigate this issue, confined compression tests were conducted on upper-soft and lower-hard strata specimens containing a circular hole using a rock testing system, the physical mechanical properties were then investigated. Then, the incompatible deformation and failure modes of the specimens were analysed based on the digital speckle correlation method (DSCM) and Acoustic Emission (AE) data. Finally, numerical simulations were conducted to explore the damage evolution of the mixed strata. The results indicate that at low inclination angles, the deformation and v-shaped notches inside the hole are controlled by the structure plane. Progressive spalling failure occurs at the sidewalls along the structure plane in soft rock. But the transmission of the loading force between the soft rock and hard rock are different in local. At high inclination angles, v-shaped notches are approximately perpendicular to the structure plane, and the soft and hard rock bear common loads. Incompatible deformation between the soft rock and hard rock controls the failure process. At inclination angles of 0°, 30° and 90°, incompatible deformations are closely related to rock damage. At 60°, incompatible deformations and rock damage are discordant due that the soft rock and hard rock alternately bears the major loads during the failure process. The failure trend and modes of the numerical results agree very well with those observed in the experimental results. As the inclination angles increase, the proportion of the shear or tensile damage exhibits a nonlinear increase or decrease, suggesting that the inclination angle of mixed strata may promote shear damage and restrain tensile damage.
In deep mixed rock strata, a double shield TBM (DS-TBM) is easy to be entrapped by a large force during tunneling. In order to reduce the probability of the entrapment, we need to investigate a favorable driving direction, either driving with or against dip, which mainly associates with the angle between the tunneling axis and strike, ${\theta}$, as well as the dip angle of rock strata, ${\alpha}$. We, therefore, establish a 3DEC model to show the changes of displacements and contact forces in mixed rock strata through LDP (longitudinal displacement profile) and LFP (longitudinal contact force profile) curves at four characteristic points on the surrounding rock. This is followed by a series of numerical models to investigate the favorable driving direction. The computational results indicate driving with dip is the favorable tunneling direction to reduce the probability of DS-TBM entrapment, irrespective of ${\theta}$ and ${\alpha}$, which is not in full agreement with the guidelines proposed in RMR. From the favorable driving direction (i.e., driving with dip), the smallest contact force is found when ${\theta}$ is equal to $90^{\circ}$. The present study is therefore beneficial for route selection and construction design in TBM tunneling.
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.
An understanding of the influence of MR (Magmatic Rock) thickness on the surrounding rock behaviors is essential for the prevention and management of dynamic disasters in coal mining. In this study, we used FLC3D to study the breaking and instability laws of surrounding rock with different MR thicknesses in terms of strata movement, stress and energy. The mechanism of dynamic disasters was revealed. The results show that the thicker the MR is, (1) the smaller the subsidence of the overlying strata is, but the subsidence span of the overlying strata become wider, and the corresponding displacement deformation value of the basin edge become smaller. (2) the slower the growth rate of abutment pressure in front of the working face is, but the peak value is smaller, and the influence range is larger. The peak value decreases rapidly after the breaking, and the stress concentration coefficient is maintained at about 1.31. (3) the slower the peak energy in front of coal wall, but the range of energy concentration increases (isoline "O" type energy circle). Finally, a case study was conducted to verify the disaster-causing mechanism. We anticipate that the research findings presented herein can assist in the control of dynamic hazards.
이 연구의 목적은 초등예비교사의 '지층과 암석'에 대한 프로젝트 학습이 자기주도적 학습능력 및 환경감수성에 미치는 효과를 알아보는 것이다. 본 연구는 2016년 3월부터 6월까지 15주간의 실험처치 기간을 설정하였으며, 연구에 참여한 학생들은 B 교육대학교 4학년 1학기에 재학 중이고 '지층과 암석' 강좌를 수강하는 과학교육 심화 1개 반 34명의 학생을 대상으로 연구집단을 구성하였다. 연구집단의 실험처치는 현장체험 중심의 지층과 암석에 대한 탐구활동으로 이루어졌다. 모둠별로 프로젝트 학습의 방법을 활용하여 탐방하고자 하는 지역을 설정하여 현장체험 학습을 하였다. 연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 초등예비교사의 '지층과 암석'에 대한 프로젝트 학습이 자기주도적 학습능력에 미치는 효과가 있었다. 둘째, 초등예비교사의 '지층과 암석'에 대한 프로젝트 학습이 환경감수성에 미치는 효과가 있었다. 셋째, 초등예비교사는 '지층과 암석'에 대한 프로젝트 학습에 대해 흥미를 느끼며 학생들의 인식에 긍정적인 반응을 보였다.
이 연구에서는 남한의 지열류량 총 247개 자료와 지질 및 지질시대와의 상관관계를 파악하였다. 이를 위해 지열류량 공간 DB를 구축하였으며, 이를 1:1,000,000지질도 공간 DB와 GIS를 이용하여 교차 분석하였다. 그 결과 남한의 평균 지열류량은 64$\pm$14mW$m^{-2}$의 값을 보였다. 암석의 종류별 비교에서는 퇴적암류 분포지역에서 74mW$m^{-2}$로 가장 높은 지열류량을 보였으며, 변성암류 분포지역에서 약간 낮은 61 mWm$^{-2}$ 의 지열류량을 보였다. 화산퇴적암류나 심성암류 분포지역에서는 각각 62, 63mW$m^{-2}$의 지열류량을 보였다. 지질시대별 지층과 지열류량간에서의 관계에서는 가장 신기에 속하는 신생대 지층이 분포하는 지역에서 가장 높은 91mW$m^{-2}$의 지열류량값을 보였으며, 중생대, 고생대 지층이 분포하는 지역이 65mW$m^{-2}$이며, 고기인 원생대, 시생대 지층이 분포하는 지역이 각각 55, 61mW$m^{-2}$로 가장 낮은 지열류량을 보였다.
Due to top-coal and immediate roof as cushion layer connecting with support and overlying strata, it can make significant influence on strata behaviors in fully mechanical top-coal caving working face (TCCWF). Taking Qingdong 828 working face as engineering background, $FLAC^{3D}$ and $UDEC^{2D}$ were adopted to explore the influence of top-coal thickness (TCT), immediate roof thickness (IRT), top-coal elastic modulus (TCEM) and immediate roof elastic modulus (IREM) on the vertical stress and vertical subsidence of roof, caving distance, and support resistance. The results show that the maximum roof subsidence increases with the increase of TCT and IRT as well as the decrease of TCEM and IREM, which is totally opposite to vertical stress in roof-control distance. Moreover, although the increase of TCEM and IREM leading to the increase of peak value of abutment pressure, the position and distribution range have no significant change. Under the condition of initial weighting occurrence, support resistance has negative and positive relationship with physical parameters (e.g., TCT and IRT) and mechanical properties (e.g., TCEM and IREM), respectively.
대부분의 내진설계 기준에서 설계지진지반운동은 기반암에서의 기준 스펙트럼과 지반동적 조건 정량화를 위한 부지증폭계수에 의해 정의된다. 특히, 지진공학적 기반암은 지진파가 증폭 없이 감쇠전파되는 기초적 지반구성층이다. 지진공학 관점에서 기반암을 파악하기 위하여, 원위치 탄성파시험으로 획득한 전단파속도($V_S$) 자료를 시추조사 시 구분되는 암반층에 대해 살펴보았다. 국내 연암에서 대부분의 $V_S$ 자료는 강지진 관측소 설치 시 고려되는 공학적 기반암의 최저 $V_S$ 값인 750 m/s에 비해 크게 나타났으나, 풍화암에서는 전체의 60 % 정도가 작게 나타났다. 따라서 국내 풍화암 하부의 연암 및 그 이상 경도의 암반층을 지진공학적 기반암으로 고려해야 한다.
In deep excavations for creation of underground spaces, it would be difficult to predict earth pressure, especially multilayered ground including rock strata. The earth pressures and displacements on the retention walls are measured by load cell, strain gauge and inclinometer which were installed at struts or anchors at 4 deep excavation sites in Seoul area. In this paper, the measured earth pressure from the struts or anchors are compared with Peck's empirical values, and the coefficient of the earth pressures for each strata and horizontal wall displacement are investigated. The coefficient of earth pressure distribution, a(0.65zka), in the flexible and the rigid walls was about 74% and 88% of Peck's value respecitively. The measured earth pressure distributions for the 4 sites showed about 70%∼80% of Peck's empirical values and the average earth pressure coefficients based on the measured data were 0.3 for the felted layer, 0.23 for the weathered rock and 0.19 for the weak rock. The maximum w리1 displacements were found to be less 0.2% of excavation depth.
Taking top-coal caving mining face (TCCMF) as research object, this paper considers the combination of top-coal and immediate roof as cushion layer to build the solution model of support resistance based on the theory of elastic foundation beam. Meanwhile, the physical and mechanical properties of coal-rock combination influencing on strata behaviors is explored. The results illustrate that the subsidence of main roof in coal wall increases and the first weighting interval decreases with the increase of top-coal and immediate roof thicknesses as well as the decrease of top-coal and immediate roof elastic modulus. Moreover, the overlying strata reflecting on support has negative and positive relationship with top-coal thickness and immediate roof thickness, respectively. However, elastic modulus has limit influence on the dead weight of top-coal and immediate roof. As a result, it has similar roles on the increase of total support resistance and overlying strata reflecting on support in the limit range of roof control distance. In view of sensitive analysis causing the change of total support resistance, it can be regards as the rank of three components as immediate roof weight > overlying strata reflecting on support > top coal weight. Finally, combined with the monitoring data of support resistance in Qingdong 828, the validity of support resistance determined based on elastic foundation beam is demonstrated, and this method can be recommended to adopt for support type selecting in TCCMF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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