Within the framework of DECOVALEX-2019 Task D, full-scale engineered barriers experiment (FEBEX) at Grimsel Test Site was numerically simulated to investigate an applicability of implemented Barcelona basic model (BBM) into TOUGH2-MP/FLAC3D simulator, which was developed for the prediction of the coupled thermo-hydro-mechanical behavior of bentonite buffer. And the calculated heater power, temperature, relative humidity, total stress, saturation, water content and dry density were compared with in situ data monitored in the various sections. In general, the calculated heater power and temperature provided a fairly good agreement with experimental observations, however, the difference between power of heater #1 and that of heater #2 could not captured in the numerical analysis. It is necessary to consider lamprophyre with low thermal conductivity around heater #1 and non-simplified installation progresses of bentonite blocks in the tunnel for better modeling results. The evolutions and distributions of relative humidity were well reproduced, but hydraulic model needs to be modified because the re-saturation process was relatively fast near the heaters. In case of stress evolutions due to the thermal and hydraulic expansions, the computed stress was in good agreement with the data. But, the stress is slightly higher than the measured in situ data at the early stage of the operation, because gap between rock mass and bentonite blocks have not been considered in the numerical simulations. The calculated distribution of saturation, water content, and dry density along the radial distance showed good agreement with the observations after the first and final dismantling. The calculated dry density near the center of the FEBEX tunnel and heaters were overestimated compared with the observations. As a result, the saturation and water content were underestimated with the measurements. Therefore, numerical model of permeability is needed to modify for the production of better numerical results. It will be possible to produce the better analysis results and more realistically predict the coupled THM behavior in the bentonite blocks by performing the additional studies and modifying the numerical model based on the results of this study.
Park, Jae-Hyeon;Kim, Seon Yeop;Lee, Sang Hyeon;Kang, Han Byoel
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.111
no.1
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pp.115-124
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2022
This study was conducted to obtain basic data that could help prevent damage caused by slow-moving landslides (land-creep). Specifically, the geological, topographic, and physical characteristics of land-creep were analyzed in Jiphyeon-myeon, Jinju-si. The first and second analyzed land-creeps occurred in 1982 and 2019, respectively. The area damaged in the second land-creep was about 11.5-fold larger than that damaged in the first land-creep. The dominant constituent rock in the land-creep area was sedimentary rock, which seems to be weakly resistant to weathering. The areas that collapsed due to land-creep were related to the presence of separated rocks between the bedding plane in the estimated activity surface over the slope direction and the vertically developed joint surface. Thus, surface water and soil debris were introduced through the gaps of separated rocks. Additionally, the areas collapsed due to the combination of the bedding plane and joint surface shale and sandstone showed an onion structure of weathered outcrop from the edge to inner part caused by weathering from ground water. Consequently, core stones were formed. The study area was a typical area of land-creep in a mountain caused by ground water. Land-creep was classified into convex areas of colluvial land-creep. The landslide-risk rating in the study area was classified into three and five classes. The flow of ground water moved to the northeast and coincided with the direction of the collapse. Soil bulk density in the collapsed area was lower than that in ridge area, which was rarely affected by land-creep. Thus, soil bulk density was affected by the soil disturbance in the collapsed area.
A powerful numerical method that can be used for modeling rock-structure interaction is the Discontinuous Deformation Analysis (D D A) method developed by Shi in 1988. In this method, rock masses are treated as systems of finite and deformable blocks. Large rock mass deformations and block movements are allowed. Although various extensions of the D D A method have been proposed in the literature, the method is not capable of modeling water-block interaction, sequential loading or unloading and rock reinforcement; three features that are needed when modeling surface or underground excavation in fractured rock. This paper presents three new extensions to the D D A method. The extensions consist of hydro-mechanical coupling between rock blocks and steady water flow in fractures, sequential loading or unloading, and rock reinforcement by rockbolts, shotcrete or concrete lining. Examples of application of the D D A method with the new extensions are presented. Simulations of the underground excavation of the \ulcornerUnju Tunnel\ulcorner in Korea were carried out to evaluate the influence of fracture flow, excavation sequence and reinforcement on the tunnel stability. The results of the present study indicate that fracture flow and improper selection of excavation sequence could have a destabilizing effect on the tunnel stability. On the other hand, reinforcement by rockbolts and shotcrete can stabilize the tunnel. It is found that, in general, the D D A program with the three new extensions can now be used as a practical tool in the design of underground structures. In particular, phases of construction (excavation, reinforcement) can now be simulated more realistically.
Ground vibration is one of the remarkable issues in tunnel blasting. In recent studies, to improve the fragmentation with reduction of ground vibration in tunnel blasting, a vibration-controlled blasting method with artificial cutting slot near the center-cut holes has been suggested. This study examines the effect of the different arrangement of artificial cut-slot on the vibration reduction and fragmentation by performing the full-scaled concrete block blast experiments and the numerical simulations with 3D-DFPA. The results show that the existence of artificial slot contributes to the improvement of vibration reduction, blast fragmentation and the efficiency of the cutting slot blast. It can be explained that the artificial slot play a free surface role and should decrease the burden between the cut holes. Crater volumes of the blasted concrete blocks were measured by 3-dimensional digital image analysis and compared with the ideal standard crater volume which can be calculated by theoretical standard blast design method. As a result, the ratio of burden and hole diameter which should achieve the standard crater in the cut-hole blasting were suggested.
Under high-level radioactive waste repository conditions, bentonite as an engineered barrier material undergoes thermal, hydrological, mechanical, and chemical processes. We report the applications of X-ray Computed Tomography (CT) imaging technique on the characterization and analysis of bentonite over the past decade to provide a reference of the utilization of this technique and the recent research trends. This overview of the X-ray CT technique applications includes the characterization of the bentonite either in pellets or powder form. X-ray imaging has provided a means to extract grain information at the microscale and identify crack networks responsible for the pellets' heterogeneity. Regarding samples of pellets-powder mixtures under hydration, X-ray CT allowed the identification and monitoring of heterogeneous zones throughout the test. Some results showed how zones with pellets only swell faster compared to others composed of pellets and powder. Moreover, the behavior of fissures between grains and bentonite matrix was observed to change under drying and hydrating conditions, tending to close during the former and open during the latter. The development of specializing software has allowed obtaining strain fields from a sequence of images. In more recent works, X-ray CT technique has served to estimate the dry density, water content, and particle displacement at different testing times. Also, when temperature was added to the hydration process of a sample, CT technology offered a way to observe localized and global density changes over time.
Min-Jun Kim;Junhyung Choi;Taeyoo Na;Chan Park;Byung-Gon Chae;Eui-Seob Park
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.2
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pp.169-184
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2024
This study investigates acoustic emission (AE) and micro-deformation characteristics of circular openings through biaxial compression experiments. The experimental results showed a significant increase in the frequency, count, energy, and amplitude of AE signals immediately before damage occurred in the circular opening. The differences in frequency and count between before and after damage initiation were significantly pronounced, indicating suitable factors for identifying damage occurrence in circular openings. The results for digital image correlation (DIC) technique revealed that micro-deformation was concentrated around the openings, as evidenced by the spatial distribution of strain. In addition, spalling was observed at the end of the experiments. The AE and micro-deformation characteristics presented in this study are expected to serve as fundamental data for evaluating the stability of underground openings and boreholes for deep subsurface projects.
Bentonite has been proposed as a buffer and backfill material for high-level radioactive waste repository. Under such repository environment conditions, bentonite is subjected to combined thermal, hydrological, mechanical, and chemical processes. This study evaluates the feasibility of applying X-ray CT technology on the characterization of bentonite under hydration conditions using a newly developed testing cell. The cylindrical cell is made of platic material, with a removable cap to place the sample, enabling to apply vertical pressure on the sample and to measure swelling pressure. The hydration test was carried out with a sample made of Gyeonju bentonite, with a dry density of 1.4 g/cm3, and a water content of 20%. The sample had a diameter of 27.5 mm and a height of 34 mm. During the test, water was injected at a constant pressure of 0.207 MPa, and lasted for 7 days. After one day of hydration, bentonite swelled and filled out the space inside the cell. Moreover, CT histograms showed how the hydration process induced an initial increase and later progressive decrease on the density of the sample. Detailed profiles of the mean CT value, CT standard deviation, and CT gradient provided more details on the hydration process of the sample and showed how the bottom and top regions exhibited a decrease on density while the middle region showed an increase, especially during the first two days of hydration. Later, the differences in CT values with respect to the initial state decreased, and were small at the end of testing. The formation and later reduction of cracks was also characterized through CT scanning.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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