This paper performs laboratory experiments for borehole stability considering temperature and true triaxial stress condition, and observes a thermo-mechanical behavior of the rock under stress and temperature conditions of deep underground. China yellow sandstone and Hwangdeung granite specimens were used to perform a true triaxial compression test. Mechanical tests were carried out under nine confining pressure conditions, and thermo-mechanical tests using granite samples were carried out under six confining pressure conditions at 60-100℃. In the mechanical tests, maximum principal stress at borehole breakout was proportional to intermediate principal stress. In the thermo-mechanical tests, it was confirmed that thermal stress is added to the stress field of the borehole with the increase in temperature, resulting in additional breakout progress. To analyze the results of the laboratory experiment, Mogi-Coulomb failure criterion was used. The results of traditional triaxial compression test on cylindrical specimens and borehole breakout under true triaxial compressions matched well with Mogi-Coulomb failure criterion.
Tae Beom Kim;Chaeryung Oh;Dongwon Park;Chihyung Lee
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2023.05a
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pp.401-401
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2023
터널이나 폐기물저장소와 같은 지하 구조물 또는 지표에서부터 상당한 깊이로 설계되거나 건설되는 구조물을 계획하거나 건축할 때 구조물의 안전성에 영향을 주는 수많은 요인 중에 간과할 수 없는 것이 바로 지하수이다. 뿐만 아니라 지상 혹은 지하에서 오염이 발생하여 오염물질이 지중환경으로 유입되는 경우, 지하수 거동은 오염물의 이송·확산에 지대한 요인으로 작용한다. 최근에는 지구온난화와 같은 유례없는 기후변화를 경험하고 있고, 따라서 수자원으로써 지하수의 역할이 더욱 중요해지고 있다. 지하수의 저류와 거동은 지하매질의 특성에 지배되고 있지만, 지표 아래 자리잡고 있는 매질의 특성을 정확히 파악하기란 매우 힘들고, 따라서 지하수 거동을 해석함에 항상 불확실성이 존재한다. 전통적으로 지하매질의 특성을 이해하기 위해 다양한 지구물리탐사를 수행하여 왔고, 더욱 직접적인 관찰을 위해 시추를 수행하여, 시료를 수집·관찰하고, 시추공에서의 다양한 현장수리실험을 통해 수리특성을 알고자 하였다. 하지만 그동안의 다양한 노력에도 불구하고, 지하매질 및 지하수 거동에 대한 불확실성은 여전히 줄어들지 않고, 오히려 증가하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 지하수 거동을 결정짓는 지하매질의 수리특성에 대한 불확실성을 정량화하기 위한 도구로써, 매개변수 보정법의 하나인 Pilot Point Method(PPM)을 소개하고자 한다. 우물 또는 관측정을 통해 관측되는 지하수의 수위는 지하매질의 특성을 반영하고 있으며, 인간이 가장 쉽게 취득할 수 있는 지하 정보에 해당한다. 지하수 수위를 이용하여 수치모형의 매개변수를 보정하게 되며, 이 때 PPM이 적용된다. Pilot points의 공간적인 분포에 따라 다양한 보정 결과가 산출될 수 있으며, 다양한 결과들을 통해 변동계수를 산정한 후 수리특성의 불확실성이 높은 지역을 나타낼 수 있다. 본 연구를 통해 얻은 결과는 물리탐사 또는 시추 작업을 위한 위치 선정의 기초자료로 활용될 수 있다.
First arrival signals of multi-frequency crosswell seismic data, acquired in wells drilled in granitic rock, were analyzed to investigate the characteristic behavior of the signals at the shear zones. Dominant frequencies of the sources were; 10-, 20-, 40-, 56-, and 80 kHz. No obvious changes in the waveform at the shear zones were found; however, at the shear zones, some degree of velocity reductions were observed in the signals of all frequency sources. The 80 kHz signal is slightly faster than 10 kHz signal in the survey region, and the velocity difference between the two signals were found largest at the shear zone where the permeability measured greatest in the survey interval.
Downhole seismic method is very economic and easy of operation because it uses only one borehole and simple surface source to obtain the shear wave velocity ($V_s$) profile of a site. Even though it is widely used by the site investigation companies, universities and institutes, however, the $V_s$ profile determined by downhole seismic method has often low reliability due to employment of wrong combinations of field losing equipment and interpretation method and deficiency of experience. Round robin test was performed and testing equipment and procedure were compared. Adequate downhole seismic testing equipment was constructed based on the comparison and verification study of the round robin test. The data acquisition and software interpretation were also developed for automation and quick test in field. Finally, the effectiveness and applicability were verified through the field test by using the constructed testing system.
Downhole seismic method is very economic and easy to operate because it uses only one borehole and simple surface source to obtain the shear wave velocity profile of a site. In this study, automatic shear wave source was developed for efficient downhole seismic testing. This source is motor-spring type and easy to control. It can lessen the labor of operator and the working time. Moreover, it can provide better and repetitive signals for data interpretation. By combining developed automatic source with automatic receiver system, PC based data acquisition system, advanced managing program, and semi-automatic downhole performing system were constructed. Through comparison test with manual source, advantages of automatic source were verified. Constructed semi-automatic downhole testing system including automatic shear wave source was applied to the soft soil site. The applicability and reliability were verified and the importance of automating testing system for obtaining reliable result was emphasized.
The shale gas is emerging as one of the oil and gas resources which can replace the traditional oil and gas resources. As the shale layer where the shale gas is deposited has low permeability, the hydrofracturing method is required to improve the productivity. This study is designed to conduct the laboratory hydrofracturing test on the samples which are modeled after the drilling hole having the general drilling hole and spiral groove. And compare the initial fracturing pressure and fluid contact between them in order to the result of the hydrofracturing depending on the shape of the drilling hole. In addition, the results were compared with the numerical modeling values from 3DEC and they were also compared with the data from the advance researches. It was found from the study that rather than the contact area of the high pressures water, the force concentration depending on the form of guide hole was more effective in the hydrofracturing.
Failure aspects of cut-slope, which induce the sequential collapses during the excavation stage, have been analyzed. Slope rock structures are investigated by examining the orientations and positions of discontinuity planes calculated based on the BIPS image inside the boreholes. Drilled core log has been also used to identify the structural defects. Clay minerals of swelling potentials are detected through XRD analysis. Numerical analysis for slope stability has been performed by utilizing the joint shear strength acquired from the direct joint shear test. Cut-slope collapse characteristics have been studied by investigating the posture of failure-prawn joint planes and the stability of tetrahedral blocks of different sizes. Cross-section analysis has been also performed to analyze the cut-slope behavior and to estimate the amount of reinforcement required to secure the stability of cut-slope. Behavior of reinforced cut-slope is also investigated by analyzing the slope monitoring data.
Hydraulic rock splitting is a technique which leads to failure of rockmass by means of water injection with a pressure higher than the tensile strength of rockmass, using straddle packer installed in boreholes drilled from free surface. Field tests were conducted in this study for several slopes of biotite granite according to various designs for borehole layout and water injection. Test results showed that new cracks were generated to connect to adjacent holes or that pre-existed cracks were propagated by injection, finally leading to failure. In particular, this study suggests the possibility of controlling the direction of generated cracks with guide slot, since new cracks were generated parallel to the guide slots carved on a borehole wall before injection. Various types of borehole layout and injection methods should be further developed for the practical uses, considering the factors influencing on crack generation.
Slowness time coherence (STC) technique has been applied to 3-receiver slim hole sonic log using 3 NX sized concrete model holes of different physical properties. We analyzed the effects of different source center frequencies on the wave forms, their amplitude spectra, and their STC results. We could determine the sonic velocity of each mode accurately by the application of STC method with the semblance projection and efficient selection of center frequency. Theoretical model and experimental model hole studies indicate that 4-receiver condition is the most ideal for STC in near surface slim hole sonic log. The result also indicates that favorable STC result can be obtained from three-receiver sonic log provided with the help of the first arrival picking method.
본 연구에서는 파괴형상의 특성을 이용하여 암석인장강도 측정실험법의 적용성을 평가하여Tekl. 이를 위해 화강암 및 석회암 시료를 대상으로 하여 점하중 시험법, Brazilian 시험법을 통해 인장파괴를 유도하였다. 각 파괴면의 형상을 분석하였고, Hoop 시험법의 경우 이론적인 응력분포와 함께 해석하였다. 파괴면 형상의 특징은 향후 시추코어의 파괴면 해석, 야외조사시 절리면의 파괴 해석 등에 이용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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