Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.139-146
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2000
This study investigates the changes of subsidence and hydraulic conductivity by underground mining. Coupling between post-mining induced strains and strain-dependent hydraulic conductivities is obtained by idealizing a jointed rock mass as an equivalent porous medium in which the hydraulic conductivity of a single joint is defined through parallel plate description. Results indicate that post-mining hydraulic conductivities are directly related to the strain field occurred by subsidence induced deformation. Maximum subsidence and hydraulic conductivity values increase as a panel width does widen. Joint spacing has an effect on the intensity of the changes in hydraulic conductivity.
This is study investigates the changes of subsidence and hydraulic conductivity by underground mining Coupling between post-mining induced strains and strain-dependent hydraulic conductivities is obtained by idealizing a jointed rock mass as an equivalent porous medium in which the hydraulic conductivity of a single joint is defined through parallel plate description. Results indicate that post-mining hydraulic conductivities are directly related to the strain field occurred by subsidence induced deformation. Maximum subsidence and hydraulic conductivity values increase as a panel width does widen. Joint spacing has an effect on the intensity of the changes in hydraulic conductivity.
The effects of joint density and size distribution on the hydrogeologic characteristics of jointed rock masses are addressed through numerical experiments based on the 2-D DFN (discrete fracture network) fluid flow analysis. Using two joint sets, a total of 51 2-D joint network system were generated with various joint density and size distribution. Twelve fluid flow directions were chosen every $30^{\circ}$ starting at $0^{\circ}$, and total of 612 $20m{\times}20m$ DFN blocks were prepared to calculate the directional block conductivity. Also, the theoretical block conductivity, principal conductivity tensor and average block conductivity for each generated joint network system were determined. The directional block conductivity and chance for the equivalent continuum behavior of the 2-D DFN system were found to increase with the increase of joint density or size distribution. However, the anisotropy of block hydraulic conductivity increases with the increase of density discrepancy between the joint sets, and the chance for the equivalent continuum behavior were found to decrease. The smaller the intersection angle of the two joint sets, the more the equivalent continuum behavior were affected by the change of joint density and size distribution. Even though the intersection angle is small enough that it is difficult to have equivalent continuum behavior, the chance for anisotropic equivalent continuum behavior increases as joint density or size distribution increases.
Extensive numerical experiments have been carried out to investigate effect of block size and fracture geometry on hydraulic characteristics of fractured rock masses based on connected pipe flow in DFN systems. Using two fracture sets, a total of 72 2-D fracture configurations were generated with different combinations of fracture size distribution and deterministic fracture density. The directional block conductivity including the theoretical block conductivity, principal conductivity tensor and average block conductivity for each generated fracture network system were calculated using the 2-D equivalent pipe network method. There exist significant effects of block size, orientation, density and size of fractures in a fractured rock mass on its hydraulic behavior. We have been further verified that it is more difficult to reach the REV size for the fluid flow network with decreasing intersection angle of two fracture sets, fracture plane density and fracture size distribution.
Discontinuities such as faults, fractures and joints in rock mass play the dominant role in the mechanical and hydraulic properties of the rock mass. The key factors that influence on the flow of groundwater are hydraulic and geometric characteristics of discontinuities and their connectivity. In this study, a program that analyzes groundwater flow in the 3D discontinuity network was developed on the assumption that the discontinuity characteristics such as density, trace length, orientation and aperture have particular distribution functions. This program generates discontinuities in a three-dimensional space and analyzes their connectivity and groundwater flow. Due to the limited computing capacity In this study, REV was not exactly determined, but it was inferred to be greater than 25$\times$25$\times$25 ㎥. By calculating the extent of aperture that influences on the groundwater flow, it was found that the discontinuities with the aperture smaller than 30% of the mean aperture had little influence on the groundwater flow. In addition, there was little difference in the equivalent hydraulic conductivity for the the two cases when considering and not considering the boundary effect. It was because the groundwater flow was mostly influenced by the discontinuities with large aperture. Among the parameters considered in this study, the length, aperture, and orientation of discontinuities had the greatest influence on the equivalent hydraulic conductivity of rock mass in their order. In case of existence of a fault in rock mass, elements of the equivalent hydraulic conductivity tensor parallel to the fault fairly increased in their magnitude but those perpendicular to the fault were increased in a very small amount at the first stage and then converged.
MODFLOW, 3-D finite difference code, is widely used to model groundwater flow and has been used to assess the effect of excavations on the groundwater system due to construction of subways and mountain tunnels. The results of numerical analysis depend on boundary conditions, initial conditions, conceptual models and hydrogeological properties. Therefore, its accuracy can only be enhanced using more realistic and field oriented input parameters. In this study, SA(simulated annealing) was used to integrate hydraulic conductivities from a few of injection tests with geophysical reference images. The realizations of hydraulic conductivity random field are obtained and then groundwater flows in each geostatistically equivalent media are analyzed with a numerical simulation. This approach can give probabilistic results of groundwater flow modeling considering the uncertainty of hydrogeological medium. In other words, this approach makes it possible to quantify the propagation of uncertainty of hydraulic conductivities into groundwater flow.
A program code was developed to calculate block hydraulic conductivity of the 2-D DFN(discrete fracture network) system based on equivalent pipe network, and implemented to examine the effect of joint orientation distribution on the hydraulic characteristics of fractured rock masses through numerical experiments. A rock block of size $32m{\times}32m$ was used to generate the DFN systems using two joint sets with fixed input parameters of joint frequency and gamma distributed joint size, and various normal distributed joint trend. DFN blocks of size $20m{\times}20m$ were selected from center of the $32m{\times}32m$ blocks to avoid boundary effect. Twelve fluid flow directions were chosen every $30^{\circ}$ starting at $0^{\circ}$. The directional block conductivity including the theoretical block conductivity, principal conductivity tensor and average block conductivity were estimated for generated 180 2-D DFN blocks. The effect of joint orientation distribution on block hydraulic conductivity and chance for the equivalent continuum behavior of the 2-D DFN system were found to increase with the decrease of mean intersection angle of the two joint sets. The effect of variability of joint orientation on block hydraulic conductivity could not be ignored for the DFN having low intersection angle between two joint sets.
In this study, the effects of fracture tensor component and first invariant on block hydraulic behaviors are evaluated in the 2-D DFN(discrete fracture network) systems. A series of regression analysis is performed between connected fracture tensor components and block hydraulic conductivities estimated at every $30^{\circ}$ hydraulic gradient directions for a total of 36 DFN systems having various joint density and size distribution. The directional block hydraulic conductivity seems to have strong relation with the fracture tensor component estimated in direction perpendicular to it. It is found that an equivalent continuum approach could be acceptable for the 2-D DFN systems under condition that the first invariant of fracture tensor is more than 2.0~2.5. The first invariant of fracture tensor seems highly correlated with average block hydraulic conductivity and can be used to evaluate hydraulic characteristics of the 2-D DFN systems. Also, a possibility of upscaling using the first invariant of fracture tensor for the DFN system is addressed through this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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