Kim, Kwang-Yeom;Yim, Sung-Bin;Kim, Jang-Kyeom;Seo, Yong-Seok;Kim, Jin-Woung
The Journal of Engineering Geology
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v.20
no.4
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pp.371-380
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2010
A three-dimensional finite element analysis was performed to predict the location of a fault zone ahead of a tunnel face based on convergence displacement. Geometrical models for the numerical analysis were developed based on the possible geometric intersection between the fault zone and the tunnel. Fifteen fault models were generated from combinations of faults with five different strikes (at $15^{\circ}$ intervals) and three dips (vertical, $45^{\circ}$ and $-45^{\circ}$) relative to the tunnel route. The displacements on the crown and side walls were calculated and analyzed using a vector orientation approach. As a result, nine representative prediction charts were developed, showing location and orientation of the fault zone based on convergence displacement.
In order to investigate the tendency of general displacements and behaviors with respect to each construction process as well as the applicability of numerical analysis schemes, this research has focused on not only analyzing a variety of field observations made in a NATM tunnel, such as displacement of top and side, stress of shotcrete and axial strength of rock bolt, but also carrying out a series of numerical analyses. It was established from the investigation that the 2-dimensional continuum numerical analysis was the one which could more accurately predict displacement of crown and side in the area of one step excavation (patten, P1-P3), while the 2-dimensional discontinuum analysis was the most suitable scheme to study that of two step excavation (patten, P4-P6). In addition, the 2-dimensional continuum analysis enabled to appropriately predict the axial strength of rock bolt and stress of shotcrete in all the area of the tunnel. Finally, it has been possible to conclude from the study that the 3-dimensional continuum analysis should be applied to inspect the behavior and tendency with respect to each stage of the construction as well as in the case of joints, such as large turnouts where relaxation loads in both of horizontal and vertical direction are piled up.
To use the early measured data of tunnel deformation in but analysis, the relationship between these values find final deformation data were studied. Panet\`s exponential and fraction equations successfully approximate the convergence of the hard rock tunnels. Measured deformation data of ID location, $U_{1D}$ show that they can be lilted to linear equations but should not be used to estimate potential deformation before measurement, $C_{0}$. Early measured data $U_{1D}$$U_{2D}$ , and final deformation $ U_{L}$ showed linear correlations. It proved that estimated data of final deformation from early measured ones can be used as input parameters for back analysis.
A new system identification method based on tunnel deformation data is proposed to find the damage in the lining structure. For this, an inverse problem in which the deformation data and dead load of concrete lining are known a priori is introduced to estimate the degree and location of the damages. Models based on uniform reduction of stiffness and homogenized crack concept are individually employed to compare the applicability and relative advantages of the models. Numerical analyses are peformed for the idealized tunnel structure and the effect of white noise, common in most measurement data, is also included to better understand the suitability of the proposed models. As a result, model 1 based on uniform stiffness reduction method is shown to be relatively insensitive to the noise, while model 2 with the homogenized crack concept is proven to be easily applied to the field situation since the effect of stiffness reduction is rather small.
Displacement of tunnel face is important issues for the evaluation of tunnel safety. In this study, conventional convergence and displacement data measured from horizontal inclinometer were analyzed to investigate the trend and characteristics of tunnel deformation during construction. Trend of measured displacement agreed with general understanding of tunnel deformation prior to excavation. It shows that displacement measured from horizontal inclinometer can be used to preestimate the total deformation of tunnel.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.16
no.4
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pp.373-386
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2014
This paper concerns the deformation behavior of tunnels crossing weak zone during excavation. A three dimensional finite element model was adopted in order to conduct a parametric study on the orientation of weaj zone in terms of strike and dip angle relative to the tunnel longitudinal axis. The results of the analyses were then analyzed so that the tunnel displacements in terms of the ratios between the crown settlement and springline displacement can be related to the orientation of the weak zone. The results indicate that the displacement ratios between the tunnel crown and springline tend to quantitatively change when a weak zone exists near or ahead of the tunnel suggesting that the displacement ratios can be effectively used to predict the weak zone during tunnelling. Practical implications of the findings are discussed.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2002.03a
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pp.37-44
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2002
터널의 초기 변형결과를 역해석에 적용하기 위하여 초기 값들과 최종변위의 상관관계를 연구하였다 Panet의 지수함수와 분수함수는 경암 터널의 내공변위 예측에 잘 맞았다. ID지점의 초기 계측변위는 선형적으로 적합시킬 수 있으나 계측 전 변형의 추정식으로는 부적합하였다. 초기 계측 결과들과 최종 변형결과는 선형적인 비례관계를 보였으며 이로써 초기 계측결과로부터 추정한 최종변형치를 이용한 역해석이 가능함을 보였다.
has been much progress in theories and construction techniques to secure the stability of the underground structures. Recently, several studios have shown that it is possible to predict the existence of discontinuities ahead of a tunnel face by analyzing 3-dimensional absolute displacements measured during tunnel excavation. This paper concentrated on the development of a methodology to predict the existence and location of the discontinuities, or the void space(abandoned mine) , by performing 3-dimensional FEM analysis and considering the stress relocation caused by arching effect during excavation. Also, this study tried to verify deformation for choosing the most suitable support system. The results of this study might provide a way of safer and economical tunnel construction by utilizing the in-situ monitoring data.
Kim, Chang-Yang;Hong, Sung-Wan;Kim, Kwang-Yeom;Baek, Seung-Han
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.3
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pp.183-197
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2004
The introduction of geodetic methods of absolute displacement monitoring in tunnels has significantly improved the value of the measurements. Structurally controlled behavior and influences of an anisotropic rock mass can be determined, and the excavation and support adjusted accordingly. Three-dimensional finite element simulations of different weakness zone properties, thicknesses, and orientations relative to the tunnel axis were carried out and the function parameters were evaluated from the results. The results were compared to monitoring results from Alpine tunnels in heterogeneous rock. The good qualitative correlation between trends observed on site and numerical results gives hope that by a routine determination of the function parameters during excavation the prediction of rock mass conditions ahead of the tunnel face can be improved. Implementing the rules developed from experience and simulations into the monitoring data evaluation program allows to automatically issuing information on the expected rock mass quality ahead of the tunnel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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