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.
We investigate mechanical anisotropy dependent of rock fabric and its relationship with microcracks in the Pocheon Granite. Uniaxial compressive strengths range from 177MPa to 212MPa and the elastic constants are 48GPa-62GPa. The tensile strengths are 6.9MPa~8.5MPa and ultrasonic wave velocities range between 3,200m/sec and 3,700m/sec, indicating that mechanical anisotropy is strongly dependent of rock fabric. The minimum anisotropy ratio is 14% and the maximum is 24%, depend on the mechanical properties. The preferred orientations of microcracks are closely related with the directions of rock fabric. The preferred orientations of microcracks in feldspar are governed by the direction of mineralogical axis and are different from the directions of rock fabric. However, microcracks in quartz grains are very long and parallel to the directions of rock fabric, indicating that directions of rock fabric may be governed by the preferred orientations of microcracks in quartz grains. The preferred orientations of microcracks measured by differential strain analysis and microscopic observation are slightly different. That may be caused by different methodology. Lengths and numbers of microcrack are measured by microscopic observation. However, differential strain analysis measures the widths of microcracks.
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.
In this paper, five different quantitative parameters were proposed for the characterization of the primary roughness which is the component of surface morphology that prevails during large strike-slip faults of more than 50 m. These parameters are mostly the anisotropic properties of rock surface morphology at various scales: (i) coefficient ($k_a$) and degree (${\delta}_a$) of apparent structural anisotropy of surface; (ii) coefficient ($k_r$) and degree (${\delta}_r$) of real structural anisotropy of surface; (iii) surface anisotropy function P(${\varphi}$); and (iv) degree of surface waviness ($W_s$). The coefficient and degree of apparent structural anisotropy allow qualifying the anisotropy/isotropy of a discontinuity according to a classification into four classes: anisotropic, moderately anisotropic/isotropic and isotropic. The coefficient and degree of real structural anisotropy of surface captures directly the actual surface anisotropy using geostatistical method. The anisotropy function predicts directional geometric properties of a surface of discontinuity from measurements in two orthogonal directions. These predicted data may subsequently be used to highlight the anisotropy/isotropy of the surface (radar plot). The degree of surface waviness allows qualifying the undulation of anisotropic surfaces. The proposed quantitative parameters allows their application at both lab and field scales.
The linear cutting test is the most reliable and accurate approach to measuring cutting forces and cutting efficiency using full-size disc cutter in various rock types. The result of linear cutting tests can be used to obtain the key parameters of cutter-head design (i.e. optimum cutter spacing, cutter forces). In Korea, LCM (Linear Cutting Machine) tests have been performed for typical Korean rock types, but these studies focused on the isotropic rocktypes. For prediction of TBM (Tunnel Boring Machine) performances in complex geological conditions including a bedded and schistose rockmass, it is important to consider the effects of anisotropy of rockmass on cutting performances and cutting efficiency. This study discusses a series of LCM tests that were performed for Asan Gneiss having two types of anisotropy angles to assess the effect of the anisotropy angle on rock-cutting performances of TBM. The result shows that the rock-cutting performances and optimum cutting conditions are affected by anisotropy angle and the effect of anisotropy on rock strength should be considered in a prediction of the cutting performances and efficiency of TBM.
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.
A total of 18 stress measurements were performed in the rock and rock-like blocks in the laboratory to estimate the influence of anisotropy in rock. Full scale overcoring equipment, which consists of a coring machine and a biaxial loading system by flat jacks, was developed to simulate the in-situ rock stress condition in the laboratory By comparing the isotropic analysis with the anisotropic analysis in measuring the stress, conclusions have been drawn as to the influence of anisotropy. The maximum difference between the isotropic and the anisotropic analysis was 34% and it was shown that the stress measurement considering the anisotropy was needed. To confirm the validity of the observed data, a diagnostic analysis of stress relief curve by overcoring was conducted using the three dimensional finite difference program, FLAC 3D.
For transversely isotropic rocks such as schist, shale, etc, a method to determine the anisotropic elastic constants was proposed. Theoretically, equations of elastic constants E1, E2, and G2 can be derived from the measured strains in arbitrary three directions. If we attach three strain gages in accordance with the directons of anisotropy on the rock specimen under uni-axial compression, anisotropic elastic constants can be determined by these equations. With this method, the degree of anisotropy of transversely isotropic rocks will be easily evaluated by simple laboratory test.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.939-948
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2006
The structural anisotropy and heterogeneity of rock mass, caused by discontinuities and weak zones, have a great influence on the deformation behavior of tunnel. Tunnel construction in these complex ground conditions is very difficult. No matter how excellent a geological investigation is, local uncertainties of rock mass conditions still remain. Under these uncertain circumstances, an accurate forecast of the ground conditions ahead of the advancing tunnel face is indispensable to safe and economic tunnel construction. This paper presents the effect of anisotropy and heterogeneity of the rock masses to be excavated by numerical analysis. The influences of distance from weak zone, the size or dimension, the different stiffness and the orientation of weak zones are analysedby 2-D and 3-D finite element analysis. By analysing these numerical results, the tunnel behavior due to excavation can be well understood and the prediction of rock mass condition ahead of tunnel face can be possible.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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