Failure around an underground opening is a function of in-situ stress magnitudes, intact rock strength and the distribution of fractures in the rock mass. At high in-situ stress, the failure process is affected and eventually dominated by stress-induced fractures preferentially growing parallel to the excavation boundary. This fracturing is often observed in brittle type of failure such as slabbing or spatting. Recent studies dies on the stress-induced damage of rock revealed its importance especially in a highly stressed regime. As the constructions of underground structures at deep depths increased, the cases of the brittle failure also increased and furthermore spalling was occurred in Korea at low depths. To improve the stability of the underground structures at highly stressed regime, the characteristics of brittle failure should be examined, but they have not yet been properly investigated. Therefore in this report the characteristics of brittle failure such as types, failure mechanism and modeling methods etc. were considered in all aspects, based on the previous researches.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.4
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pp.401-413
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2013
Slurry shield tunnelling ensures stability by pressurizing the tunnel face with the slurry contained in the chamber. It resists water and earth pressure in order to prevent the failure in the tunnel face during tunnel excavation. If the ground is relatively coarse, slurry can not clog the tunnel face and excessive slurry infiltration will occur. In this case chemical compounds or additives should be added to the slurry in order to improve the clogging phenomena at the tunnel face. In this study, the effect of the carbon dioxide gas as an additive to the slurry instead of chemical compounds on the capability of enhancing the clogging in the tunnel face is investigated. Bubbles arising from the carbonate-added slurry are trapped in the soil voids enhancing the clogging capability. This effect is studied in this paper by performing laboratory model tests simulating in-situ conditions, and by adopting the fine particle clogging theory. Tunnel face stability analysis was also performed and it was found that the effective size ($D_{10}$) of soils which can guarantee tunnel stability utilizing the carbonate-added slurry increased from 1.0 mm up to 2.6 mm. Moreover, Stability analysis showed that the tunnel face is stable if the ${\lambda}$(deposition coefficient) value is greater than $0.007sec^{-1}$.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.03b
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pp.87-92
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2000
In excavation of tunnels especially located in shallow depth, it is not rare to meet geological change in excavation progress worse than expected in the initial design stage. This paper present a case study on the re-design of excavation and support system of a shallow tunnel under construction where it meets the unexpected bad geological condition during excavation. The detailed geological investigation shows that the rock mass is heavily weathered and fractured with RMR value less than 20. Considering this geological condition, the design concept is focused on the reinforcement of the ground preceding the excavation of tunnel. Two design patterns, LW-grouting & forepoling with pilot tunnelling method and the steel pipe reinforced grouting method, are suggested. Numerical analysis by FLAC shows that these two patterns give the tunnel and roof ground stable in excavation process while the original design causes severe failure zone around the tunnel and floor heaving. In point of the mechanical stability and the degree of construction, the steel pipe reinforced grouting technique proved to be good for the reinforcement of heavily fractured rock mass in tunnelling. This assessment and design process would be a guide in the construction of tunnels in heavily weathered and fractured rock mass situation.
In this study, scaled model tests were performed to investigate the stability of twin tunnels constructed in anisotropic rocks with $30^{\circ}$ inclined bedding planes under the condition of lateral pressure ratio, 2. Five types of test models which had respectively different pillar widths and shapes of tunnel sections were experimented, where both crack initiating pressures and deformation behaviors around tunnels were investigated. The models with shallower pillar width showed shear failure of pillar according to the existing bedding planes and they were cracked under lower pressure than the models with thicker pillar width. In order to find the effect of tunnel sectional shape on stability, the models with four centered arch section, circular section and semi-circular arch section were experimented. As results of the comparison of the crack initiating pressures and the deformation behaviors around tunnels, the semi-circular arched tunnel model was the most unstable whereas the circular tunnel model was the most stable among them. Furthermore, the results of FLAC analysis were qualitatively coincident with the experimental results.
Choi, Jong Chul;Lim, Joon Beom;Hong, Ji yeon;Lee, Sung Yeol
Journal of the Korean Society of Safety
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v.30
no.6
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pp.122-131
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2015
Recently, starting with the deep underground road construction plan in Seobu Expressway, Korea, there area many studies on deep underground roads to be newly built. However, there is an extreme lack of safety standards, which does not consider traffic conditions and road driving characteristics. Therefore, this study reviewed safety elements to reflect in the deep underground road planning by analyzing driving stability of longitudinal tunnels with road environments, which resemble deep underground roads. For comprehensive analysis, the characteristics and causes of the accidents that have occurred in seven longitudinal tunnels with a length of 2km or over in Gangwon area, were collected. Specifically, geometric structures and facilities of each tunnel were investigated. Also, the present state of facility installation and the changes in driving speed of vehicles passing through each tunnel were observed to analyze the causes for the traffic accidents in each tunnel and accident reduction alternatives. It was revealed that the most frequent accidents in the tunnels resulted from the changes of traffic flow due to the abrupt speed reduction of forward vehicles, or the failure in speed control of following vehicles during the traffic congestion situation. Moreover, installing facilities such as plane and longitudinal curves, median strips and marginal strips seem to induce consistent driving speed. These results mean that for accident prevention, speed management must be preceded and there is a need to develop and introduce safety facilities actively to control the driving flow of forward and following vehicles.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.3
no.2
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pp.3-12
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2001
This paper presents the proposed methods of DE (distinct element) modelling to estimate the stability of tunnels in jointed rock masses. First, the criterion to select the joint set(s) contributed to the discontinuous behaviour in a tunnel section is proposed. Selected joint set(s) is(are) considered to form the edges of distinct elements (rock blocks) and the others to modify the elastic properties of rock blocks. The complex DE model with the average and the deviation of joint orientation and joint length for each joint set was compared to the simple model with only the average of joint orientation and the assumption that joint length is infinite. As a result, the latter is suitable to the purpose of tunnel design because it can show the consistent behaviour of a jointed rock mass such as the locally discontinuous failure and the global anisotropic behaviour.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.6
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pp.3052-3060
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2013
When planning to construct adjacent structure by the side tunnel, the criteria of safety zone of tunnel have been proposed. There are no specific theoretical basis regarding load conditions and the distance of structure and the geological strata and the conditions of adjacent structure's location, and the conditions applied load. Two and three dimensional numerical analysis preformed to prove the deformation of the ground and structures caused by the tunnel excavation and evaluated the correlation and the suitability of the tunnel's safety zone regarding the location of adjacent structures and the changes in the modulus of deformation. This paper proposed the safety zone's range is getting bigger as the modulus of deformation is higher. Also, it seems that the possible range of construction under constraints in the diagram of revalued safety zone significantly expands as shear failure line appears on the invert extension line below the spring line.
This study assessed the behavior of rock pillar in tunnel asymmetric diverging area by using a three dimensional numerical analysis. The stability of pillar is very important for the ensure the stability of the tunnel asymmetric diverging area. Based on parameters affecting the behavior of rock pillar, this study evaluated different safety factors according to pillar width, depth and rock conditions. It turned out that as the rock pillar width increases, the change curve of safety factors in accordance with depth and rock conditions shows more of the nonlinear behavior. By the assessment of the minimum safety factor, a safety factor chart on the behavior of rock pillar in tunnel asymmetric diverging area was suggested.
Lee, Jun S.;Sagong, Myung;Park, Jeongjun;Choi, Il Yoon
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.4
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pp.701-715
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2018
A reliability based design approach of the tunnel reinforcement with umbrella arch method was considered to better represent the uncertainties of the weak rock properties around the tunnel. For this, a machine learning approach called an Adaptive Support Vector Machine (ASVM) together with the limit equilibrium method were introduced to minimize the iteration numbers during the classification training of the tunnel stability. The proposed method was compared with the results of typical Monte Carlo simulations. It was concluded that the ASVM was very efficient and accurate to calculate the probability of failure having auxiliary umbrella arches and uncertain material properties of the tunnel. Future work will be concentrated on the refinement of the fast adaptation of the SVM classification so that the minimum number of numerical analyses can be used where the limit solution is not available.
In this study, the failure and deformation characteristics of steel fiber reinforced shotcrete (SFRS) which is a primary tunnel support was investigated to find out ground-support mutual behavior. To this end, a mock-up of a tunnel was made and experimented with the conditions of lateral earth pressure coefficient 0.5 and 1.0. During the tests, 11 hydraulic cylinders were used for loading. for better simulation of the lateral earth pressure effect, these cylinders were controlled separately by two groups; crown and side wall. Meanwhile, the deformation of shotcrete was measured by 11 LVDTs. Backfill material was also used fur better load transfer from hydraulic cylinders to shotcrete. For the validation of the mock-up test results, 3D numerical analysis is carried out. To do numerical analysis under the same condition as a mock-up test, the load history curve which was obtained during the test was tried to be simulated using an individual FISH routine in the numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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