We established a stochastic 3-D fracture network system for fractured rock masses located in Il-Gwang Mine, Busan, to explore the relationship between the acidity of mine drainage and fracture geometry. A field scanline survey and borehole image processing were performed to estimate the best probability distributions of fracture geometry parameters. The stochastic 3-D fracture network system constructed for the rock masses was validated and deemed to be successful. The 3-D fracture network model was suitable for developing conceptual ideas on fluid flow in fractures at a field experimental site. An injection well and three observation wells were drilled at the field experimental site to monitor the acidity of mine drainage induced by the injection of fresh water. The field experiment, which was run for 29 days, yielded a significant relationship (with a high coefficient of determination) between the fracture geometry parameters and the acidity of mine drainage. The results show that pH increased with increasing relative frequency of fracture strike, and decreased with increasing fracture density. The concentration of $SO^{2-}_4$ decreased with increasing relative frequency of fracture strike, and increased with increasing fracture density.
Direct shear tests are perfromed for artifical joint models made of cement with 25 types of different strength and roughness. The tests consist of the multi-stage test which is a common test method for a single joint plane and the test method suggested by ISRM. Then, not only the differences of friction angles between the two test methods are compared, but is the effectiveness of the multi-stage test investigated. The average of friction angles measured from the multi-stage test is $6.4^{\circ}$ lower than that from the ISRM test. Although the strength and roughness of samples vary, the differences of friction angles between the two test methods are constant. The relationship between the shear stress and the normal stress measured from the multi-stage test is well correlate with the Patton's equation. Whereas, the Barton's equation is best fitted with those measured from ISRM test.
LCM test is one of the most powerful and reliable methods of experiment for the cutter head design and the performance prediction of TBM. In many cases, however, the predicted design model can be directly applied to the field design, because this test may have an uppermost limit in preparation and/or transportation of the large size rock samples and the test for the jointed rock mass is not easy. When the proper and reasonable numerical modeling is considered to overcome this limit, the most adequate cutter head design for TBM could be presented without any complicate preconsideration in the field. In this study, the crack propagation patterns dependent on the contact point of disc cutter and the angle of rock joint are analyzed for the rock specimen with a single joint using the UDEC. The authors could derive the appropriate contact points of disc cutters and their space with respect to the joint angle in rock mass thru the numerical analysis.
Recently, transition from open pit to underground mining in limestone mines is an increasing trend in Korea due to environmental issues such as noise, dust and vibrations caused by crushers and equipment. The severe damages in the surrounding rock mass of underground opening caused by explosive blasting may lead to rock fall hazards or casualties. It is well known that variables which mainly affect blast-induced rock falls in underground mining are: blast vibration level, joint orientation and distribution and shape of the cross sections of underground structures. In this study, UDEC program, which is a DEM code, is used to simulate blast vibration-induced rock fall in underground openings. Variation of joint space, joint angle and joint normal stiffness was considered to investigate the effect of joint characteristics on the blast vibration-induced rock fall in underground opening. Finally, jointed rock mass models considering blast-induced damage zone were examined to simulate the critical blast vibration value which may cause rock falls in underground opening.
암반내에 존재하는 불연속면은 지하구조물의 안정성에 큰 영향을 미친다. 불연속면을 해석하기 위한 구성법칙에 대한 많은 연구가 진행되어 왔으나, 객관적인 거칠기 파라미터를 이용한 전단거동 모사에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 정량적인 거칠기 파라미터를 이용한 두 가지의 새로운 구성방정식을 만들어 절리 거동을 모사하였다. 첫 번째 구성법칙은 탄소성 이론에 근거하여 두께가 없는 개별절리요소 이용한 방법이고, 두 번째 구성법칙은 3차원 레이저 변위 측정 데이터를 직접 이용하여 Ohnishi가 제안한 거칠기 손상모델을 도입하였다. 제안된 두 모델을 가지고 직접 전단시험을 모사해본 결과 실제 실험에 나타나는 변형률 경화 및 연화현상 그리고 잔류전단강도와 같은 현상을 볼 수 있었다.
Based on a summary of the previous studies on columnar joints, this study presents research strategies and subjects to understand a formation of columnar joints, and its application in South Korea as follows; geometry of colonnade and entablature, formation mechanism and pattern change, surface morphology and internal structure, platy joint at the top and the bottom of columnar joints, crack patterns in drying starch-water slurries, using numerical models and computer graphics on joint formation, scale and geometry concerned with occurrence of volcanic rock, petrological and mineralogical study of the host rock. Additionally, more research is needed, such as deformation of column pattern during the hot state, secondary landform by alteration and weathering on the Earth's surface such as rock stream, tor and tafoni. This study will take an active role in research of columnar joint and the Cenozoic lava flow of South Korea. Results of this study will be useful to the activation of geotourism and geological field study.
This research is intended to investigate the behavior of the jointed rock under various loading conditions: static or dynamic load. The distributed state concept (DSC) is based on the idea that the response of the joint can be related to and expressed as the response of the reference states : relative intact (RI) and fully adjusted (FA) states. In the DSC, an initially RI joint modifies continuously through a process of natural self-adjustment, and a part of it approaches the FA state at randomly disturbed locations in the joint areas. In this study, based on the DSC concept, RI state, FA state, and disturbance function (D) are defined for characterizing the behavior of rock joint. From the results of this research, it can be stated that DSC model is capable of capturing the physical behavior of jointed rock such as softening and hardening and considering the size of joint and roughness of joint surface.
Distinct element method is a powerful numerical tool for modelling the jointed rock masses. It is also a useful tool for modelling of later stage of blasting requiring large displacement. The distinct element method utilizes a rigid block idea in which the interacting force between distinct elements is calculated from contact displacement as elements penetrate slightly. The properties of joints defined as the boundaries of distinct elements are critical parameters to determine the block behavior, and affect the deformation and failure mode. However, regardless of real joint properties, joint stiffnesses have sometimes been selected without special concern just to prevent elements from penetrating too far into each other in some quasi-static problems. Depending on whether the main interest in the analysis is the prediction of the deformation with high precision, or the prediction of the block behaviour after failure, the input data such as joint stiffness may or may not have a significant effect on the results. The purpose of this study is to provide a sound understanding of the effect of the joint stiffness on the distinct element analysis results, and to help guide the selection of input data.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1998.05a
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pp.35-81
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1998
Distinct Element Method(DEM) has a great advantage to model the discontinuous behaviour of jointed rock masses such as rotation, sliding, and separation of rock blocks. Geometrical data of joints by a field monitoring is not enough to model the jointed rock mass though the results of DE analysis for the jointed rock mass is most sensitive to the distributional properties of joints. Also, it is important to use a properly joint law in evaluating the stability of a jointed rock mass because the joint is considered as the contact between blocks in DEM. In this study, a stochastic modelling technique is developed and the dilatant rock joint is numerically modelled in order to consider th geometrical and mechanical properties of joints in DE analysis. The stochastic modelling technique provides a assemblage of rock blocks by reproducing the joint distribution from insufficient joint data. Numerical Modelling of joint dilatancy in a edge-edge contact of DEM enable to consider not only mechanical properties but also various boundary conditions of joint. Preprocess Procedure for a stochastic DE model is composed of a statistical process of raw data of joints, a joint generation, and a block boundary generation. This stochastic DE model is used to analyze the effect of deviations of geometrical joint parameters on .the behaviour of jointed rock masses. This modelling method may be one tool for the consistency of DE analysis because it keeps the objectivity of the numerical model. In the joint constitutive law with a dilatancy, the normal and shear behaviour of a joint are fully coupled due to dilatation. It is easy to quantify the input Parameters used in the joint law from laboratory tests. The boundary effect on the behaviour of a joint is verified from shear tests under CNL and CNS using the numerical model of a single joint. The numerical model developed is applied to jointed rock masses to evaluate the effect of joint dilation on tunnel stability.
To characterize the hydro-mechanical behavior of a rock joint, a rotary shear testing apparatus was devised in this study. Shear stress was driven by twisting the end of a sample in the rotary shear testing apparatus. The test results show that the rotary shear test underestimates the peak shear strength of a rock joint. The torque is known as a function of the radial distance from the axis of rotation, resulting in the radial variation of the shear stress. Fluid flow through rock joints is mainly dependent on the Joint roughness, contact area, initial aperture. To examine the dependency, the relationship between the hydraulic and the mechanical apertures for shear-flow was established by measuring the initial aperture. It shows that the mechanical aperture and the hydraulic aperture increase linearly with the dilatancy. The difference between the hydraulic and mechanical apertures describes the deviation from the behavior predicted by the parallel plate model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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