Numerical analysis of the progressive failure of a rock slope was conducted using a 3-D rock joint element considering fracture mechanics and subcritical crack growth of asperities in the rock joints. Even though the stress state in the rock slope is not changing, the elapse of time causes subcritical crack growth to break asperities in the joints. The increase of broken asperities causes failure of joints in the rock slope and the increase of failed joints results in failure of a jointed rock slope. As a result, the progressive failure of a jointed rock slope due to the gradual breaking of small asperities along joints generated by subcritical crack growth occurs at a lower stress than if rock failure occurred by exceeding the static strength or fracture toughness.
Journal of The Geomorphological Association of Korea
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v.18
no.3
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pp.21-36
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2011
Rock Weathering is a basic of geomorphological evolution as a preparation of materials. Of those, frost shattering has traditionally been considered as the operative process causing rock breakdown in cold regions as well as temperate zone. Each Granite(fresh rock, semi-weathered), Gneiss, Limestone, Dolomite was prepared slab specimens in ten, repeated freeze-thaw cycles of 180 under the -25℃~+30℃, and the changes was observed in physical properties and weathering aspect. Rock shattering was more active in waterlogging conditions rather than atmospheric and soil conditions. Limestone and Dolomite that high porosity are most severely crushed. Gneiss, regardless surface of the crack, joint, fissure and has a lowest rock strength(SHV), was even though no physical changes and their weathering product do not generate, has a very high resistance to weathering.
This paper is to introduce an article published in Rock Mechanics and Rock Engineering, 2003. In this research, a fracture mechanics model is developed to illustrate the importance of time-dependence far brittle fractured rock. In particular a model is developed fer the time-dependent degradation of rock joint cohesion. Degradation of joint cohesion is modeled as the time-dependent breaking of intact patches or rock bridges along the joint surface. A fracture mechanics model is developed utilizing subcritical crack growth, which results in a closed-form solution for joint cohesion as a function of time. As an example, a rock block containing rock bridges subjected to plane sliding is analyzed. The cohesion is found to continually decrease, at first slowly and then more rapidly. At a particular value of time the cohesion reduces to value that results in slope instability. A second example is given where variations in some of the material parameters are assumed. A probabilistic slope analysis is conducted, and the probability of failure as a function of time is predicted. The probability of failure is found to increase with time, from an initial value of 5% to a value at 100 years of over 40%. These examples show the importance of being able to predict the time-dependent behavior of a rock mass containing discontinuities, even for relatively short-term rock structures.
In this study, the fracture mechanics model as well as the elastic model was reviewed theoretically and four field case studies were conducted to investigate the feasibility of fracture mechanics model for hydraulic fracturing test. There was a difference between the result by fracture mechanics model and the one by elastic model. And the smaller initial crack length is, the larger the difference is. It is considered that the fracture mechanics model can be applied to the specific case of which the crack length is known. In this study, the rock tensile strength is measured using fracture mechanics model, brazilian test and elastic model. The measured tensile strength by the fracture mechanics model is the largest and the elastic model is the smallest. This result is due to the size effect of the each test. And the tensile strength from the elastic model for hydraulic fracturing test can be used to estimate the in-situ rock tensile strength.
Triaxial compression tests on anisotropic rock specimens are carried out to investigate the failure strength characteristic of anisotropic rocks. The test core specimens were obtained in Daegu region. Test specimens are rock cores with the 7 different angles of bedding plane. The applied confining pressures were 5, 10, 20, 30, 40 MPa, and the rate of displacement was adopted 0.1%/min to fail the specimen within 5-15 min. The results were analyzed by using the failure criteria for anisotropic rocks proposed by Hoek & Brown (1980) and Jaeger (1960). The results of this study are summerised as follows: The results of inherent anisotropy show the shoulder type of anisotropy, and the effect of anisotropy is reduced as the confining pressure increases. The compressive strength of anisotropic rock shows the highest value at the ${\beta}$ (the angle of bedding plane) = $0^{\circ}$ and $90^{\circ}$ and the lowest value at $30^{\circ}$. The Hoek & Brown failure criterion for anisotropic rocks gives a relatively good agreement with the measured strength in all the range of ${\beta}$ angles, but the theory of Jaeger shows a reasonable agreement only in the range of ${\beta}=15^{\circ}$ and $45^{\circ}$.
This study suggests three spatial distribution functions of strength parameters, which can be adopted in the derivation of failure conditions for transversely isotropic rocks. All three proposed functions, which are the oblate spheroidal function, the exponential function, and the function based on the directional projection of the strength parameter tensor, consist of two model parameters. With assumption that the cohesion and friction angle can be described by the proposed distribution functions, the transversely isotropic Mohr-Coulomb criterion is formulated and used as a failure condition in the simulation of the conventional triaxial tests. The simulation results confirm that the failure criteria incorporating the proposed distribution functions could reproduce the general trend in the variations of the axial stress at failure and the directions of failure planes with varying inclination of the weankness planes and confining pressure. Among three distribution functions, the function based on the directional projection of the strength parameter tensor yields the highest axial strength, while the axial strength estimated by the oblate spheroidal distribution function is the lowest.
Damage characteristics of granite, marble and sandstone whose properties were different were investigated by uniaxial compression test and cyclic loading-unloading test. Strength, elastic constants and damage threshold stresses were measured by uniaxial compression test and were compared with those measured by cyclic loading-unloading test. Average rock strengths measured by cyclic loading-unloading test were either lower than or similar with those measured by uniaxial compression test. Rocks with high strength and low porosity were more sensitive to fatigue than that with low strength and high porosity. Although permanent strains caused by cyclic loading-unloading were different according to rock types, they could be good indicators representing damage characteristics of rock. Damage threshold stress of granite and marble might be measured from stress-permanent strain curves. Acoustic emissions were measured during both tests and felicity ratios which represented damage characteristics of rocks were calculated. Felicity ratio of sandstone which was weak in strength and highly porous could not be calculated because of very few measurements of acoustic emissions. On the other hand, damage threshold could be predicted from felicity ratios of granite and marble which were brittle and low in porosity. The deformation behaviors and damage characteristics of rock mass could be investigated if additional tests for various rock types were performed.
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.
Failure of the cut slope is triggered by combination of internal and extemal failure factors. Internal failure factors are related to geological and geometrical conditions of slope itself, and natural and/or artificial loadings on slope can be the external failure factors. Influences of these failure factors show different intensity according to the ground condition and are controlled by behavior characters of the slope. In this study, the soil depth ratio(SR), block size ratio(BR) and rock strength are used as the criteria to divide ground condition based on behavior characteristics. Ground condition of the slope is divided into discontinuous jointed rock mass and continuos soil-like mass, highly fractured rock mass and massive rock mass by the criteria(SR and BR). The SFi-system is a rating system to determine the slope failure index(SFi) by analyzing internal and external factors based on classification of the ground condition. The results of the SFi-system application to the real cut slopes show close relationship between the SFi value and potential or dimension of the failure. Therefore, the SFi-system can be used as a useful tool to predict and analyze the characteristic of the slope failure.
본 연구에서는 암석폐재를 대상으로 직경이 60mm인 고화체를 얻을 수 있는 수열 hot press 장치를 개발하였고, 고형화를 위한 최적조건을 찾아내는 내용을 다루었다. 이어 고화체의 기계적 성질을 평가하였고, 고화기구와 미시적 파괴거동을 규명하기위하여 SEM관찰 및 음향방출실험을 실시하였다. 고형화를 위한 최적조건은 NaOH용액이 10wt%, 수열온도가 30$0^{\circ}C$이고, 유지시간이 1시간이었다. 또한 수열반응동안에 다양한 제 2화합물들이 생성되었으며, 이들은 고화체의 기계적 성질에 큰 영향을 미쳤다. 아울러 원석의 경우에는 AE Counts가 초기화중에서부터 나타났으나, 고화체는 초기하중에서 전혀 AE Counts가 검출되지 않았다. 이와같은 사실로부터 수열 hot press법에 의해 얻어진 고화체는 원석과는 다르게 암석 입자간의 결합이 보다 치밀하게 이루어지고 있음을 유추할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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