For moderately jointed to massive rock masses, the failure and deformation behaviors around an excavated opening are absolutely influenced by the initial rock stress and strength of in-situ rock mass. The localized and progressive brittle failure around an opening does not mean whole collapse of an excavated opening. But, for many cases, it may induce temporary stopping of excavation works and reexamination of the current supporting system, which can result in delay of the entire construction works and additional construction cost. In this paper, the characteristics of the brittle failure around an opening with stress level and tunnel shape was studied by the biaxial compressive test using scaled specimen and by the numerical simulation with $PFC^{2D}$. The biaxial test results were well coincided with the stress induced failure patterns around the excavated openings observed and monitored in the in-situ condition. For the circular part of the opening wall, the stress induced cracks initially occurred at the wall surface in the direction of the minimum principal stress and contributed to the localized notch shaped failure region having a certain range of angle. But for the corner and straight part of the opening wall, the cracks initiated at sharp corners were connected and coalesced each other and with existing micro cracks. Further they resulted in a big notch shaped failure region connecting two sharp corners.
Park, Hyun-Ik;Park, Yeon-Jun;You, Kwang-Ho;Noh, Bong-Kun;Seo, Young-Ho;Park, Chan
Tunnel and Underground Space
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v.19
no.4
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pp.304-317
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2009
Most crystalline rocks have much higher compressive strength than tensile strength and show brittle failure. In-situ rock mass, strong enough in general sense, often fails in brittle manner when subjected to high stress exceeding strength in due of geometrically induced stress concentration or of high initial stress. Therefore, it is necessary to verify the brittle failure characteristics of rock and rock mass for proper stability assessment of underground structures excavated in great depths. In this study, damage controlled tests were conducted on biotite-granite and granitic gneiss, which are the two major crystalline rock types in Korea, to obtain the strain dependency characteristics of the cohesion and friction angle. A Cohesion-Weakening Friction-Strengthening (CWFS hereafter) model for each rock type was constructed and a series of compression tests were carried out numerically while varying confining pressures. The same tests were also conducted assuming the rock is Mohr-Coulomb material and results were compared.
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.32
no.5
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pp.481-486
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2014
This study aims at enhancing the performance of file-referring octree, suggested by Han(2014), for efficiently querying huge 3D point clouds, acquired by the 3D terrestrial laser scanning. Han's method(2014) has revealed a problem of heavy declining in query speed, when if it was applied on a very long tunnel, which is the lengthy and narrow shaped anisometric structure. Hereupon, the shape of octree has been analyzed of its influence on the query efficiency with the testing method of generating an independent octree in each isometric subdivision of 3D object boundary. This method tested query speed and main memory usage against the conventional single octree method by capturing about 300 million points in a very long tunnel. Finally, the testing method resulted in which twice faster query speed is taking similar size of memory. It is also approved that the conclusive factor influencing the query speed is the destination level, but the query speed can still increase with more proximity to isometric bounding shape of octree. While an excessive unbalance of octree shape along each axis can heavily degrade the query speed, the improvement of octree shape can be more effectively enhancing the query speed than increasement of destination level.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.2
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pp.101-120
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2023
Electrical resistivity survey have been widely conducted at diverse scales, from a few centimeters for laboratory tests to kilometers for field tests. It measures electrical resistance through relationship of electric potential difference and current between two electrodes penetrated on the surface of medium, and eventually quantifies electrical resistivity known as inherent properties of the medium. In field or full-scale test, it assumes the electrodes as equivalent half-sphere electrodes that have a same surface area with different electrodes for ease of calculation because the contact area between electrode and medium is small and sufficient distance between two electrodes. However, small-scale laboratory test is significantly affected by the electrode geometries (penetrated depth, height, radius of electrode and distance between electrodes), which change the equipotential surface and electric current flow. Indeed, the electrode geometries may eventually cause a difference of electrical resistivity value. This study reviews the theoretical electrical resistance derived with various electrode geometries (half-sphere, cylinder, cylindrical with half-spherical tip, cylindrical with conical tip) and verifies the developed numerical module by comparing results with the theoretical electrical resistance. The distributions of electrical resistance around electrodes and among electrodes are analyzed. In addition, it is discussed how the electrical characteristic of cylindrical electrode with conical tip widely used in field test has effect on the electric current flow.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.4
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pp.435-450
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2020
The divergence section of a double-deck tunnel can be divided into a 'widening pre-divergence section', a large cross-section with a cap shape and a 'post-divergence section' where the separation between the main and the branch tunnel is made. Since the cross-section of the widening pre-divergence section is considerably larger than that of the post-divergence section, the influence of excavation due to the different sizes and shapes in the cross-section should be considered in the examination of the tunnel stability. In this study, the effect of the preceding excavation, that is the excavation of the widening pre-divergence section, on excavation stability of the post-divergence section was examined by varying the excavation methods and bench lengths through 3D finite element analysis. The results showed that although the effects of the excavation methods and the bench lengths are not significant on the variation of principal stresses, the preceding excavation causes a relatively large variation on the stresses which may have an impact on the stability of the post-divergence section from the comparison of Stress-Strength Ratio (SSR) between the cases with and without the consideration of the preceding excavation effect by 2D finite element analysis.
Recently, Umbrella Arch Method(UAM), one of the auxiliary techniques for tunnelling, is used to reinforce the ground and improve stability of tunnel face. Because UAM combines the advantages of a modern forepoling system with the grouting injection method, this technique has been applied in subway, road and utility tunnel sites for the last few years in Korea. Also, several research results are reported on the examination of the roles of inserted pipes and grouted materials in UAM. But, because of its empirical design and construction methodology, more qualitative and systematic design sequences are needed. Therefore, above sequences using numerical analysis are proposed and, the effects of some design parameters were studied in this research. In order to acco,mplish these objects, first, the roles of pipe and grouting materials, steel-rib and the others in ground improving mechanism of UAM are clarified. Second, the effects of design parameters are investigated through parametric studies. Design parameters are as follows; 1) ground condition, 2) overburden, 3) geometrical formulation of pipes, 4) grouting region and 5) characteristics of pipes.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.6
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pp.999-1012
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2017
Theoretical, empirical and numerical methods are used to evaluate the rock load due to tunnelling. Theoretical and empirical methods do not consider ground conditions, tunnel shape, and construction conditions. However, through numerical analysis, it is possible to analyze the displacement and stresses around tunnel due to its excavation, and evaluate the rock load considering ground and construction conditions. The stress transfer ratio(e) which is defined as a ratio of the difference between the major and minor principal stresses to major principal stress is used in order to understand the stress transfer effect around the tunnel excavation using numerical analysis results. The loosend area around tunnel periphery was found based on this approach. The difference of rock load from stress transfer effect was found according to the ground grade. From comparison, rock load obtained from stress transfer effect (e = 10%) were somewhat larger than the results obtained from the critical strain method, but smaller than those obtained from theoretical and empirical methods. The stress transfer effect approach considers the ground condition, tunnel shape; therefore, it can be applied to evaluate the rock load in concrete lining design.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.24
no.6
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pp.583-598
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2022
As human-based tunnel inspections are affected by the subjective judgment of the inspector, making continuous history management difficult. There is a lot of deep learning-based automatic crack detection research recently. However, the large public crack datasets used in most studies differ significantly from those in tunnels. Also, additional work is required to build sophisticated crack labels in current tunnel evaluation. Therefore, we present a method to improve crack detection performance by inputting existing datasets into a deep learning model. We evaluate and compare the performance of deep learning models trained by combining existing tunnel datasets, high-quality tunnel datasets, and public crack datasets. As a result, DeepLabv3+ with Cross-Entropy loss function performed best when trained on both public datasets, patchwise classification, and oversampled tunnel datasets. In the future, we expect to contribute to establishing a plan to efficiently utilize the tunnel image acquisition system's data for deep learning model learning.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.4
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pp.619-625
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2019
It is difficult to design because of the plug-holing phenomenon in which the amount of smoke discharged from the vertical vent is smaller than the designed amount of smoke. In this study, the effect of cross-sectional area ratio of tunnel and natural ventilation and heat release rate of fire source on plug-holing phenomenon occurring in natural ventilation system was experimentally analyzed. In the experiment model reduced to 1/20 size, the aspect ratio of the tunnel and the vertical vent was fixed, and the influence on the plug-holing phenomenon was confirmed by varying the sectional area ratio of the tunnel and the vertical vent. Experimental results show that the plug-holing phenomenon is caused by the comparison of the smoke boundary layer temperature with the temperature in the vertical vents, and the flow and temperature distribution characteristics under the vertical vents are changed as the cross-sectional area ratio of the tunnel and vertical vents increases. The plug-holing phenomenon is affected by the cross-sectional area ratio between the tunnel and the vertical ventilation. The greater the cross-sectional area ratio, the greater the probability of plug-holing.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.4
no.1
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pp.71-78
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2002
In this study, the influence of the presence of discontinuity planes on the load transfer mechanism and the pattern of loosening zone was studied based on the laboratory test. The trap-door and the reaction plates are installed as the bottom plane of the model box. The vertical discontinuity plane is installed in the dry sand. Various overburden heights and locations of discontinuity planes are applied as major factors in this study. The results show that at higher overburden heights over about 1.5 times the excavation width, the ratio of the transferred stress to the insitu stress converges to a certain value even if the overburden height increases further. The results also show that the discontinuity plane gives relatively larger influence on the load transfer mechanism, that produces the unsymmetrical load concentration, when the discontinuity plane locates within the tunnel width. When the discontinuity plane locates outside the tunnel width, the unsymmetrical load concentration is reduced considerably.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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