Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.4
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pp.291-302
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2004
Blast-induced anisotropic rock damage around a blast-hole was analyzed by a using numerical method with user-defined subroutine based on continuum damage mechanics. Anisotropic blasting pressure was evaluated by applying anisotropic ruck characteristics to analytical solution which is a function of explosive and rock properties. Anisotropic rock damage was evaluated by applying the proposed anisotropic blasting pressure. Blast-induced isotropic rock damage was also analyzed. User-defined subroutines to solve anisotropic and isotropic damage model were coded. Initial rock damages in natural ruck were considered in anisotropic and isotropic damage models. Blasting pressure and elastic modulus of rock were major influential parameters from parametric analysis results of isotropic rock damage. From the results of anisotropic rock damage analysis, blasting pressure was the most influential parameter. Anisotropic rock damage area in horizontal direction was approximately 34% larger and about 12% smaller in vertical direction comparing with isotropic rock damage area. Isotropic rock damage area under fully coupled charge condition was around 30 times larger than that under decoupled charge condition. Blasting pressure under fully coupled charge condition was estimated to be more than 10 times larger than that of decoupled charge condition.
Isotropic rock and anisotropic rock have different tensile strength which has the greatest influence on rock failure. In this study, elastic modulus of anisotropic rock is obtained through uniaxial compression test, and tensile strength and tension failure behavior are analyzed through indirect tensile strength test. Stress concentration factor of a specimen at the center is obtained from anisotropic elastic modulus and strain by indirect tensile strength test. Theoretical solutions for tensile strength of isotropic and anisotropic rock are compared. Stress concentration factor of anisotropic rock is either higher or lower than isotropic rock depending on the inclination angle of bedding plane. The use of stress concentration factor of isotropic rock resulted in overestimation or underestimation of tensile strength.
Fractures in the form of micro cracks are commonly found in natural rocks. A rock behaves in a complex way due to fracture; in particular, the anisotropic strength of a rock material is significantly influenced by the presence of these fractures. Therefore, it is essential to understand the failure mechanism of a fractured rock. In this study, a fractured rock is formulated in terms of fabric tensor based on geometric and mechanical simplifications. In this way, position, density and shape of fractures can be determined by the fabric tensor so that rocks containing multi-fractures can successfully be modeled. Also an index to evaluate the degree of anisotropy of a fractured rock is proposed. Hence, anisotropic strength of a rock containing fractures under uniaxial compression condition is estimated through a series of numerical analyses for the multi-fractured model. Numerical investigations are carried out by varying the fracture angle from $0^{\circ}\;to\;90^{\circ}$ and relationship between uniaxial compression strength and the degree of anisotropy is investigated. By comparing anisotropic strength of numerical analysis with analytic solution, this study attempts to understand the failure mechanism of rock containing fractures.
There have been developed a number of methods to assess the abrasivity of rock materials with the increased use of mechanized rock excavation. These methods range from determination of abrasive and hard mineral content using petrographic thin section analysis to weight loss or development of wear flat on a specified cutting tool. The Cerchar abrasivity index (CAI) test has been widely accepted for the assessment of rock abrasiveness. This test has been considered to provide a reliable indication of rock abrasiveness for isotropic rocks. However, a great amount of rocks in nature are anisotropic. Hence, viability assessment of Cerchar abrasivity test for the anisotropic rocks is investigated in this research. The relationship between CAI value and quartz content for the isotropic rocks is well known in literature. However, a correlation between EQ, F-Schimazek value, Rock Abrasivity Index (RAI) and CAI of anisotropic rocks such as phyllite was done first time in literature with this research. The results obtained with this research show F-Schimazek values and RAI values should be considered when determination of the abrasivity of anisotropic rocks instead of just using Cerchar scratch test.
Bagheripour, Mohammad Hossein;Rahgozar, Reza;Pashnesaz, Hassan;Malekinejad, Mohsen
Geomechanics and Engineering
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v.3
no.1
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pp.61-81
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2011
In this paper, a complement to the Hoek-Brown criterion is proposed in order to derive the strength of anisotropic rock from strength of the corresponding truly intact rock. The complement is a decay function, which unlike other modifications or suggestions made in the past, is multiplied to the function of the original Hoek-Brown failure criterion for intact rock. This results in a combined and extended form of the criterion which describes the strength of anisotropic rock as a varying fraction of the corresponding truly intact rock strength. Statistical procedures and in particular regression analyses were conducted into data obtained in experiments conducted in the current research program and those collected from the literature in order to define the Hoek-Brown's criterion complement. The complement function was best described by a simple polynomial including only three constants to be empirically evaluated. Further investigations also showed that these constants can be related to the other readily available parameters of rock material which further facilitate determining the constants. A great and prime advantage of the proposed complement is that it is mathematically simple including the least possible number of empirical constants which are easily estimated with minimum experimental effort. Moreover, proposed concept does not suggests any change to the original Hoek-Brown criterion itself or its constants and serves whenever anisotropy does exist in the rock. This further implies on the possibility of using any other failure criterion for intact rock in conjunction with the compliment to reach the strength of anisotropic rock.
The total number of elastic constants of an anisotropic body is 9 and thus it is very difficult to measure these constants experimentally. The number of elastic constants can be reduced if a rock or rock mass is regarded as isotropic or transversely isotropic material. Since only 4 stress-strain relationships can be obtained, it is theoretically impossible to determine all 5 constants from a single uniaxial compression teat. Lekhnitskii overcame this problem by suggesting the fifth equation based on laboratory tests. But his equation is theoretically wrong and does not agree with experimental results. This paper describes the stress-strain relationships and the independent/dependent elastic constants of an anisotropic mass and suggests a testing mothed to determine 5 independent elastic constants for a transversely isotropic rock.
Kim, Chang-Yong;Hong, Sung-Wan;Kim, Kwang-Yeom;Baek, Seung-Han
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2005.03a
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pp.1299-1306
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2005
The introduction of geodetic methods of absolute displacement monitoring in tunnels has improved the value of the measurements significantly. By using this method, structurally controlled behavior and influences of an anisotropic rock mass can be determined and the excavation and support adjusted accordingly. In this study cases of tunnel monitoring in anisotropic/heterogeneous rock masses are analyzed, and various anisotrpic behavior of tunnel can be estimated. Because rock anisotropy and heterogeneity can have great influence on tunnel behavior, tunnel design considering rock anisotropy and heterogeneity is needed. Also under construction, feedback must be performed by using face mapping and monitoring to prevent over-deformation and tunnel collapse.
An anisotropic version of Mohr-Coulomb failure criterion is proposed in order to provide a strength criterion for transversely isotropic rock. The concept of fabric tensor introduced by Pietruszczak & Mroz (2001) is employed to define the friction angle and cohesion as scalar functions of the fabric tensors. The anisotroy in these two strength parameters are calculated in association with the consideration of the relative rotation between the principal stress coordinate and the principal material triad. The critical plane on which the anisotropic function maximized is found by an optimization technique based on the Lagrange multiplier method. To demonstrate the performance of the anisotropic failure criterion, conventional triaxial tests on the samples having various inclinations of weakness plane are simulated and the resulting triaxial strength and dip angle of failure plane are discussed.
In this study, stress difference between isotropic and transversely isotropic rock mass, and planar principal stresses at the periphery of the tunnel in the rock with various ratio of anisotropy were determined theoretically. Stress differences between isotropic and anisotropic calculations at crown. side walls and floor of a tunnel with assumed stress states were analyzed and compare each other by $FLAC^{2D}$, a finite differential element method. As a result, magnitude and direction of principal stresses in the case of ignoring anisotropy were different from those of anisotropic cases, whatever the stress state was. Stress difference increased as the ratio of anisotropy increased. Direction or anisotropy affected stress difference, especially in the cases of anisotropic directions of $45^{\circ}\;and\;135^{\circ}$ of counterclockwise from x direction.
Anisotropic shear strength of rock joints is studied based on the artificially fractured specimens using experimental and analytical methods. Series of direct shear tests are performed to obtain the strength, stiffness and friction angle of joints under various low normal stresses and shearing directions. The results of shear strength and stiffness show anisotropic value according to shearing direction under low normal stress specially less than 2.45 MPa. But, the effect of joint roughness on strength decreases with increasing normal stress. To estimate more effectively the peak shear strength under low normal stress, the modified Barton's equation is suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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