The development of an excavation damaged zone, EDZ, due to the blasting impact and stress redistribution after excavation, can influence on the long tenn stability, economy, and safety of the underground excavation. In this study, the size and characteristics of an EDZ around an underground research tunnel, which was excavated by controlled blasting, in KAERI were investigated. The results were implemented into the modelling for evaluating the influence of an EDZ on hydro-mechanical behavior of the tunnel. From in situ tests at KURT, it was possible to determine that the size of EDZ was about l.5rn. Goodman jack tests and laboratory tests showed that the rock properties in the EDZ were changed about 50% compared to the rock properties before blasting. The size and property change in the EDZ were implemented to a hydro-mechanical coupling analysis. In the modeling, rock strengths and elastic modulus were assumed to be decreased 50% and. the hydraulic conductivity was increased 1 order. From the analysis, it was possible to see that the displacement was increased while the stress was decreased because of an EDZ. When an EDZ was considered in the model, the tunnel inflow was increased about 20% compared to the case without an EDZ.
Borehole radar reflection surveys were carried out in the horizontal borehole to detect EDZ while constructing the tunnel for the research facility of the nuclear waste disposal in Korea. The horizontal borehole has been bored at a length of 35 m from shelter to be parallel with the tunnel which would be planed. While the tunnel has been constructing with the explosive excavation, the borehole radar reflection surveys carried out 5 times with the interval of 2 or 4 days for monitoring EDZ. The most typical change of the reflection event resulted from the face of the wall of tunnel which had been produced newly by the excavation of the tunnel daily, EDZ has been detected with constructing images of difference between two measurement stages, and also the change of EDZ through the time has been done, which is due to the generation of crack and weakening of the rock strength of the face of the tunnel's wall near previous portion of the face of a blind end of tunnel according to explosive excavation.
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.
Lee Sun-Jae;Song Tae-Won;Lee Youn-Sang;Song Young-Han;Kim Jae-Kwon
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.21
no.10
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pp.99-112
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2005
The ground excavation in the urban area induces in general ground movement and subsequent damage on the adjacent building structures. So the essentials in the designing stage are the prediction of ground movement induced by the ground excavation and the damage risk assessment of buildings adjacent to the excavation. A propsed prediction method of the ground movement induced by the strutted excavation has been studied with due consideration of the existing ground movement prediction methods. A building damage risk assessment method based on the angular distortion and the horizontal strain derived from the green-field ground movement is also proposed. These methods have been applied successfully in the on-going deep excavation project in Singapore.
An excavation damaged zone (EDZ) is created by fracturing, excavation or stress redistribution of tunnels. In this zone the mechanical and hydraulic properties of rock are changed, which makes additional cracks and serves as a dominant pathway of groundwater flow. In this study, an assessment on an EDZ size was practiced by the measurement of the deformation modulus at the KAERI underground research tunnel (KURT), and the information was applied to the modelling analysis using FLAC2D software. The EDZ at KURT fell into the range of 0.6~1.8m and the deformation moduli of the EDZ generally correspond to about 40% of intact rock mass. With a consideration of the EDZ in numerical analysis, tunnel displacements increased by about 65% and the maximum principal stress decreased to 58% from the case without EDZ. The plastic zone of the tunnel was enlarged to the crown and invert zones of the tunnel within the range of the length of rock bolts. About 2% of the total tunnel displacement with EDZ was suppressed by the KURT support system. It is anticipated that the investigation of an EDZ can be used as an important and fundamental research for validating the overall performance of a high level waste disposal system.
Kim, Jin-Soo;Kwon, Sangki;Cheon, Dae-Sung;Park, Eui-Seob
Tunnel and Underground Space
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v.24
no.3
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pp.187-200
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2014
After excavation or blasting, rock properties within an excavation damaged zone can be perpetually weakened on account of stress redistribution or blasting impact. In the present study, the excavation damaged zone is applied to a rock slope. The objective of this research is to compare the mechanical stability of the rock slope depending on the presence of the damaged zone using 2-dimensional modeling and analyze factors affecting factor-of-safety. From the modeling, it was founded that the mechanical stability of the rock slope is significantly dependent on the presence of the damaged zone. In particular, factor-of-safety with a consideration of the damaged zone decreased by approximately 49.4% in comparison with no damaged zone. Factor analysis by fractional factorial design was carried out on factor-of-safety. It showed that the key parameters affecting factor-of-safety are angle of the slope, cohesion, internal friction angle and height.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.20-27
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2006
중국 Three Gorges Project의 대수로사면 안정성은 설계와 시공측면에 있어 주요 관심사가 되었다. 사면 굴착으로 인한 제하과정에서 암반은 역학적으로 불안정한 상태에 놓인다. 본 논문은 FEM(2D-3D)를 이용하여 단층 암반 굴착으로 인한 암반사면의 안정성을 평가하였다. 해석결과 굴착 후 수로사면의 양측 수직벽과 분리울타리의 중간 상부에서 인장응력과 전단손상영역이 주로 발생하였다. 해석결과를 토대로 대규모 사면활동에 대한 안정성을 확인하였으나 시공단계에서 국부적 사면활동을 방지하기 위한 록볼트와 록앵커 등의 보강이 필요한 것으로 검토되었다.
Recently, as the demand for development and utilization of underground space is increasing worldwide, the blast damaged zone has become a major issue in constructing underground structures. In this study, to verify the explosion modelling method for blast-damaged zone (BDZ) around underground cavern, a series of small-scale test blasts was conducted using the concept of momentum trap. According to the test results, the input parameters to the numerical model (ANSYS LS-DYNA) were corrected. It is concluded that the suggested method of miniature blasting and numerical modelling using the MT concept well simulates the velocity of the MT projectile under given conditions.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.10
no.1
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pp.565-570
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2024
Recently, due to adjacent excavation work such as new buildings and common tunnel expansion concentrated around the urban railway, deformation of the underground box and tunnel structure of the urban railway built underground has occurred, and as a result, repair and reinforcement work is frequently carried. In addition, the subway is responsible for large-scale transportation, so ensuring the safety and drivability of underground structures is very important. Accordingly, an automated measurement system is being introduced to manage the safety of underground box structures. However, there is no analysis of structural damage vulnerabilities caused by subsidence or uplift of underground box structures. In this study, we aim to analyze damage vulnerabilities for safety monitoring of underground box structures. In addition, we intend to analyze major core monitoring locations by modeling underground box structures through numerical analysis. Therefore, we would like to suggest sensor installation locations and damage vulnerable areas for safety monitoring of underground box structures in the future.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.2
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pp.257-270
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2000
The objective of this study is to develop a damage model based on damage mechanics that can be used to analyze the mechanical behavior of structures with defects and the global behavior of damaged structures. A modified second order damage tensor that can be applied to finite element analysis is used to reflect the effect of damage. The damage stress computed from the effective stress is considered as an additional loading term acting on nodes and can represent the effect of crack surface. The accuracy of the proposed algorithm is verified by comparing the analysis results with the experimental data from other studies and the analysis results based on transverse isotropic theory. The developed damage model is applied to the analyses of structures with cracks under linear elastic condition. The comparisons confirmed that the quantitative analysis of the structural behavior due to crack orientation and multiple sets of cracks is possible. Also, the damage caused by rock excavation and fault zone is analyzed. The results also showed that the developed model can effectively analyze the global behavior of damaged structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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