The purpose of this research is to evaluate the improvements in the strength and injection range of loose ground after injecting $CaCO_3$(created by microorganism reaction). For this purpose, three cases of single-layer (Sand, SP, SW) specimens were made in a 150mm D ${\times}$ 200mm H space and two cases of multi-layer specimens (SW/SP, SP/SW) were made in a 150mm D ${\times}$ 300mm H space. The specimens were made with a relative density of 30% of soft ground and an injection was given over a time of one day. The uniaxial compression strength was measured with a cone penetrometer and the injection range was observed by checking the bulb formation around the injection nozzle. Also, the compositions of the specimens were assessed through XRD analyses. Based on the test results, a compressive strength of 500kPa and 15cm thick cementation were noted due to the cementation of the soil. This implies that there are significant effects of the pore condition and size on bio-grouting technology.
Although the soil nailing method is generally used as a gravity grouting, the development and application of pressurized grouting method has recently increased to address the problem of joint generation and filling due to grouting. Pressurized grouting of the soil nailing method is generally used in combination with ordinary portland cement and water. In the field, the cement is mixed with the rapid setting cement to reduce curing time because ordinary portland cement takes more than 10 days to satisfy the required strength. In this study, uniaxial compression tests and laboratory tests were carried out to confirm the efficiency of the grouting material according to the mixing ratio of rapid setting cement. The mixing ratio of 30% grouting satisfies the required strength within 7 days and satisfies the optimum gel time. As a result of the laboratory test with granite weathered soil, the reinforcing effect was confirmed to be 1.5 times as compared with the gravity type at an injection time of 10 seconds and a strain of 15%. The friction resistance increases linearly with the increase of the injection time, but it is confirmed that the friction resistance decreases due to the hydraulic fracturing effect at the injection time exceeding the limit injection pressure. Numerical analysis was performed to compare the stability of slopes not reinforced with slopes reinforced with gravity and pressurized soil nailing.
Sangyeong Park;Hyeontae Park;Hangseok Choi;YoungSeok Kim;Sewon Kim
Journal of the Korean Geosynthetics Society
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v.23
no.2
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pp.53-62
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2024
Recently, development of non-traditional energy such as oil sands has been actively conducted in the cold region such as Canada. Frozen soil has different thermal and mechanical characteristics from general soil due to its high organic contents. This study evaluated the impact of organic matter content on the thermal and mechanical behavior of frozen soil samples collected from Alberta, Canada, and Gangwon Province, South Korea. As the organic content increases, the maximum dry unit weight decreases and the optimum moisture content increases in compaction tests. In uniaxial compression tests under frozen conditions, the strength of the frozen specimens increased as the temperature decreased. The strength of Canada soil sample increased with higher organic matter content at low temperatures. However, the strength of frozen soil was not significantly affected by organic matter content due to the complex behavior and unfrozen water content. Thermal conductivity tests showed higher thermal conductivity in frozen conditions compared to unfrozen conditions, due to the higher thermal conductivity of ice compared to water. These findings provide essential data for geotechnical design and construction in large-scale projects such as oil sands development in cold regions. Further research is needed to explore the impact of organic matter content on different types of frozen soils.
Jurassic granite from Pocheon area were tested to investigate the effect of microcracks on mechanical properties of the granite. Three oriented core specimens were used for uniaxial compressive tests and each core specimen are perpendicular to the axes'R'(rift plane),'c'(grain plane) and'H'(hardway plane), respectively Among vacious elastic constants, the variation of Poisson's ratio as function of the directions was examined. From the related chart between ratio of failure strength and Poisson's ratio, H-specimen shows the highest range in Poisson's ratio and Poisson's ratio decreases in the order of C-specimen and R-specimen. The curve pattern is nearly linear in stage $I\simIII$ but the slope increases abruptly in stage H-3. As shown in the related chart, diverging point of a curve is formed when ratio of failure strength is $0.92\sim0.96$ Stage IV -3 is out of elastic region. The behaviour of rock in the four fracturing stages was analyzed in term of the stress-volumetric strain me. From the stress increment-volumetric strain equations governing the behaviour of rock, characteristic material constants, a, n, Q, m and $\varepsilon_v^{mcf}$, were determined. Among these, inherent microcrack porosity$(a, 10^{-3})$ and compaction exponent(n) in the microcrack closure region(stage I ) show an order of $a^R(3.82)>a^G(3.38)>a^H(2.32)\;and\;n^R(3.69)>n^G(2.79)>n^H(1.99)4, respectively. Especially, critical volumetric microcrack strain($\varepsilon_v^{mcf}$) in the stage W is highest in the H-specimen, normal to the hardway plane. These results indicate a strong correlation between two major sets of microcracks and mechanical properties such as Poisson's ratio and material constants. Correlation of strength anisotropy with microcrack orientation can have important application in rock fracture studies.
Kim Yun-Yong;Kim Jeong-Su;Kim Hee-Sin;Ha Gee-Joo;Kim Jin-Keun
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.17
no.5
s.89
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pp.709-716
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2005
The objective of this study is to develop a high ductile fiber reinforced mortar, ECC(Engineered Cementitious Composite) with using raw material commercially available in Korea. A single fiber pullout test and a wedge splitting test were employed to measure the bond properties in a matrix and the fracture toughness of mortar matrix respectively, which are used for designing mix proportion suitable for achieving strain-hardening behavior at a composite level. Test results showed that the properties tended to increase with decreasing water-cement ratio. A high ductile fiber reinforced mortar has been developed by employing micromechanics-based design procedure. Micromechanical analysis was initially peformed to properly select water-cement ratio, and then basic mixture proportion range was determined based on workability considerations, including desirable fiber dispersion without segregation. Subsequent direct tensile tests were performed on the composites with W/C's of 47.5% and 60% at 28 days that the fiber reinforced mortar exhibited high ductile uniaxial tension property, represented by a maximum strain capacity of 2.2%, which is around 100 times the strain capacity of normal concrete. Also, compressive tests were performed to examine high ductile fiber reinforced mortar under the compression. The test results showed that the measured value of compressive strength was from 26MPa to 34 MPa which comes under the strength of normal concrete at 28 days.
To explore the influence of coal thickness on the mechanical behavior and the failure characteristics of rock-coal-rock (RCR) mass, the experimental investigation of uniaxial compressive tests was conducted first and then a systematic numerical simulation by particle flow code (PFC2D) was performed to deeply analyze the failure mechanical behavior of RCR specimens with different coal thicknesses in conventional compression tests. The overall elastic modulus and peak stress of RCR specimens lie between the rock and the coal. Inter-particle properties were calibrated to match the physical sample strength and the stiffness response. Numerical simulation results show that the deformation and strength behaviors of RCR specimens depend not only on the coal thickness, but also on the confining pressure. Under low confining pressures, the overall failure mechanism of RCR specimen is the serious damage of coal section when the coal thickness is smaller than 30 mm, but it is shear failure of coal section when the coal thickness is larger than 30 mm. Whereas under high confining pressures, obvious shear bands exist in both the coal section and the rock section when the coal thickness is larger than 30 mm, but when the coal thickness is smaller than 30mm, the failure mechanism is serious damage of coal section and shear failure of rock section.
In this study, Hoek-Brown constants (mi) were calculated through nonlinear regression analyses using the results of the triaxial compression tests for the basaltic intact rocks in Jeju Island. The relationships of the mi with the uniaxial compressive strength (UCS), Brazilian tensile strength (BTS) and UCS/BTS of the Jeju basalts were investigated, respectively. In addition, a method that can be used in determining Hoek-Brown failure envelopes including the tensile and compressive failures of the Jeju basalts has been proposed. As results, the mi values had no clear correlations with the UCS, BTS and UCS/BTS of the Jeju basalts, but there were two strong correlations between UCS and mi/UCS, and between BTS and mi/BTS of the Jeju basalts. In addition, it was found that the tensile strengths calculated by the Hoek-Brown failure criterion underestimate the tensile strengths of the Jeju basalts through the relationship between the mi and UCS/BTS of the Jeju basalts. The method presented in this study is considered to be useful in determining the Hoek-Brown failure envelope for the tensile and compressive failures of the Jeju basalts.
The G-class cement is commonly used in practice for geothermal well cementing in order to protect a steel casing that is designed to transport hot water/steam from deep subsurface to ground surface during operating a geothermal power plant. In order to maintain optimal performance of geothermal wells, physical properties of the cementing material should be satisfactory. In this paper, relevant factors (i.e., groutability, uniaxial compression strength, thermal conductivity and free fluid content) of the G-class cement were experimentally examined with consideration of various water-cement (w/c) ratios. Important findings through the experiments herein are as follows. (1) Groutability of the G-class cement increases by adding a small dose of retarder. (2) There would be a structural defect caused when the w/c ratio is kept higher in order to secure groutability. (3) Thermal conductivity of the G-class cement is small enough to prevent heat loss from hot steam or water to the outer ground formation during generating electricity. (4) The G-class cement does not form free water channel in cementing a geothermal well. (5) The Phenolphthalein indicator is applicable to the distinction of the G-class cement from the drilling mud.
Park, Chul-Whan;Park, Chan;Synn, Joong-Ho;Jung, Yong-Bok
Tunnel and Underground Space
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v.20
no.6
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pp.455-464
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2010
The variations of the uniaxial compressive strength, the strains and the elastic constants with respect to the angle of anisotropy are analyzed in order to investigate the characteristics of a transversely isotropic rock experimentally. Total 35 specimens of 7 different angles from a large block of rhyolite presenting the flow structure obviously are used in tests. This study is composed of two reports; the elastic constants are mainly analyzed for the every individual angle in the report No. 1 and they will be discussed synthetically in the report No. 2. From the specimens of 0 and 90 degree, 4 independent elastic constants which can directly be obtained without the help of any other suggested equations, may be referred to the true values. Data variation in the strain measurements differs on the angle is analyzed. That of small angle specimens tends higher than that of large angle specimens. The relation of apparent Young’s modulus and angle is found to be M- or U-shaped. For small angle specimens, Saint-Venant approximation cannot be applied successfully on account of showing the non-monotonous increase, and E1 is analyzed out of the true value range. In the specimen of $\phi$ = 75, the deviation of strain measurement and strength are smallest and 4 all constants are analyzed in the true value range. Therefore, specimen of the angle of around 75 may become preferable if only one specimen should be used in test of a transversely isotropic rock.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.227-233
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2022
The 3D-printing technique is used for manufacturing objects by adding multiple layers, and it is relatively easy to manufacture objects with complex shapes. The 3D concrete printing technique, which incorporates 3D printing into the construction industry, does not use a formwork when placing concrete, and it requires less workload and labor, so economical construction is possible. However, 3D-printed concrete is expected to have a lower strength than that of molded concrete. In this study, the properties of 3D-printed concrete were analyzed. To fabricate the 3D-printed concrete samples, the extrusion path and shape of the samples were designed with Ultimaker Cura. Based on this, G-codes were generated to control the 3D printer. The optimal concrete mixing proportion was selected considering such factors as extrudability and buildability. Molded samples with the same dimensions were also fabricated for comparative analysis. The properties of each sample were measured through a three-point bending test and uniaxial compression test, and a comparative analysis was performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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