This study is focused on the characterization of an effective hydraulic conductivity in each hydrogeologic unit assumed as an equivalent continuum medium in the granitic area. Four boreholes of 3" diameter were installed and a Multi-packer system was facilitated in the selected borehole. Various in-situ tests including the fracture logging, constant injection and fall-off tests, slug and pulse tests were carried out. A hydrogeologic unit was defined into the upper and lower zones based on the variation of fracture properties and hydraulic conductivities. The difference of the result obtained by the various hydraulic tests and the effective characterization techniques on rock mass permeability are also discussed. The effective hydraulic conductivity of the upper unit was measured by two times(5.27E-10 m/s~7.57E-10 m/s) that of the lower unit(2.45E-10 m/s~6.81E-10 m/s)through the constant injection and fall-off tests.
The generated blasting pressure wave initiated under decoupled-charge condition is a function of peak blasting pressure, rise time, and wave-shape function. The peak blasting pressure and the rise time are also the function of explosive and rock properties. The probabilistic distributions of explosive and rock properties are derived from the results of their property tests. Since the probabilistic distributions of explosive and rock properties displayed a normal distribution, the peak blasting pressure and the rise time can also be regarded as a normal distribution. Parameter analysis and uncertainty analysis were performed to identify the most influential parameter that affects the peak blasting pressure and the rise time. Even though the explosive properties were found to be the most influential parameters on the peak blasting pressure and the rise time from the parameter analyses, the result of uncertainty analysis showed that rock properties constituted major uncertainties in estimating the peak blasting pressure and the rise time rather than explosive properties. Damage and overbreak of the remaining rock around the excavation line induced by blasting were evaluated by dynamic numerical analysis. A user-subroutine to estimate the rock damage was coded based on the continuum damage mechanics. This subroutine was linked to a commercial program called 'ABAQUS/Explicit'. The results of dynamic numerical analysis showed that the rock damages generated by the initiation of stopping hole were larger than those from the initiation of contour hole. Several methods to minimize those damages were proposed such as relocation of stopping hole, detailed subdivision of rock classification, and so on. It was found that fracture probability criteria and fractured zones could be distinctively identified by applying fuzzy-random probability.
A powerful numerical method that can be used for modeling rock-structure interaction is the Discontinuous Deformation Analysis (D D A) method developed by Shi in 1988. In this method, rock masses are treated as systems of finite and deformable blocks. Large rock mass deformations and block movements are allowed. Although various extensions of the D D A method have been proposed in the literature, the method is not capable of modeling water-block interaction, sequential loading or unloading and rock reinforcement; three features that are needed when modeling surface or underground excavation in fractured rock. This paper presents three new extensions to the D D A method. The extensions consist of hydro-mechanical coupling between rock blocks and steady water flow in fractures, sequential loading or unloading, and rock reinforcement by rockbolts, shotcrete or concrete lining. Examples of application of the D D A method with the new extensions are presented. Simulations of the underground excavation of the \ulcornerUnju Tunnel\ulcorner in Korea were carried out to evaluate the influence of fracture flow, excavation sequence and reinforcement on the tunnel stability. The results of the present study indicate that fracture flow and improper selection of excavation sequence could have a destabilizing effect on the tunnel stability. On the other hand, reinforcement by rockbolts and shotcrete can stabilize the tunnel. It is found that, in general, the D D A program with the three new extensions can now be used as a practical tool in the design of underground structures. In particular, phases of construction (excavation, reinforcement) can now be simulated more realistically.
Single well injection withdrawal tracer tests with bromide were carried out at two wells developed in a horizontally heterogeneous fractured rock. The hydraulic conductivity of TW-1 well was 5 times larger than TW-2 well, and the average linear velocity of TW-2 well was 1.8 times faster than TW-1 well. The difference of hydrodynamic dispersions of two wells in the fractured rock was studied with the analysis of concentration breakthrough curves and cumulative mass recovery curves of bromide with withdrawal time, and the estimation of average travel distance, pore velocity, longitudinal dispersivity and longitudinal dispersion coefficient. The average travel distances of bromide were estimated to be 3.00 m in TW-1 well and 5.62 m in TW-2 well. The average pore velocities for the injection/withdrawal phase were estimated to be $4.31\;{\times}\;10^{-4}\;m/sec$ in TW-1 well and $8.08\;{\times}\;10^{-4}\;m/sec$ in TW-2 well. Average travel distance and pore velocity were higher in TW-2 well because of small effective porosity. Longitudinal dispersivities were estimated to be 28.73 cm in TW-1 well and 18.49 cm in TW-2 well, and bromide transport was 1.55 times faster in TW-1 well. Longitudinal dispersion coefficients were estimated to be $5.14\;{\times}\;10^{-6}\;m^2/sec$ in TW-1 well and $6.06\;{\times}\;10^{-6}\;m^2/sec$ in TW-2 well, and diffusion area was 1.18 times larger in TW-2 well.
A program code was developed to calculate block hydraulic conductivity of the 2-D DFN(discrete fracture network) system based on equivalent pipe network, and implemented to examine the effect of joint orientation distribution on the hydraulic characteristics of fractured rock masses through numerical experiments. A rock block of size $32m{\times}32m$ was used to generate the DFN systems using two joint sets with fixed input parameters of joint frequency and gamma distributed joint size, and various normal distributed joint trend. DFN blocks of size $20m{\times}20m$ were selected from center of the $32m{\times}32m$ blocks to avoid boundary effect. Twelve fluid flow directions were chosen every $30^{\circ}$ starting at $0^{\circ}$. The directional block conductivity including the theoretical block conductivity, principal conductivity tensor and average block conductivity were estimated for generated 180 2-D DFN blocks. The effect of joint orientation distribution on block hydraulic conductivity and chance for the equivalent continuum behavior of the 2-D DFN system were found to increase with the decrease of mean intersection angle of the two joint sets. The effect of variability of joint orientation on block hydraulic conductivity could not be ignored for the DFN having low intersection angle between two joint sets.
An optical televiewer is a geophysical logging device that produces continuous high-resolution full-azimuth images of a borehole wall using a light-emitting-diode and a complementary metal-oxide semiconductor image sensor to provide valuable information on subsurface discontinuities. Recently, borehole imaging logging has been applied in many fields, including ground subsidence monitoring, rock mass integrity evaluation, stress-induced fracture detection, and glacial annual-layer measurements in polar regions. Widely used commercial borehole imaging logging systems typically have limitations depending on equipment specifications, meaning that it is necessary to clearly verify the scope of applications while maintaining appropriate quality control for various borehole conditions. However, it is difficult to directly check the accuracy, implementation, and reliability for outcomes, as images derived from an optical televiewer constitute in situ data. In this study, we designed and constructed a modular fractured borehole model having similar conditions to a borehole environment to report unprecedented results regarding reliable data acquisition and processing. We investigate sonde magnetometer accuracy, color realization, and fracture resolution, and suggest data processing methods to obtain accurate aperture measurements. The experiment involving the fractured borehole model should enhance not only measurement quality but also interpretations of high-resolution and reliable optical imaging logs.
A three-dimensional discrete fracture network model based on probabilistic characteristics of fracture geometry and transmissivity was designed to calculate the conductivity tensor and to estimate theanisotropy of conductivity. The conductivities, $K_p$, obtained from the numerical simulation of single-holepacker test corresponded well to those from the field tests. From this, it can be concluded that thefracture network model designed in this study can represent hydraulic characteristics of in-situ fractured rock mass. Block-scale conductivities, $K_b$, estimated from the modelling of steady-state flow through the REV-scale block were ranged between the arithmetic mean and harmonic mean of theconductivity estimates from packer tests. The conductivity along north-south direction was 1.4 timesgreater than that along the east-west direction. It was concluded that the anisotropy of conductivitywas insignificant. It was also found that there was a little correlation between $K_b$ and $K_p$. This would be to that the conductivities from the packer test simulation was strongly dependent on thetransmissivity and the number of fractures within the packer test intervals.
Jineon, Kim;Jiwon, Cho;iIl-Seok, Kang;Jae-Joon, Song
Tunnel and Underground Space
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v.32
no.6
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pp.464-477
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2022
DFN (discrete fracture network) models that take account of spatial variability and correlation between rock fractures have been demanded for analysis of fractured rock mass behavior for wide areas with high reliability, such as that of underground nuclear waste repositories. In this regard, this report describes the spatial distribution characteristics of fracture networks, and the DFN modeling methodologies that aim to represent such characteristics. DFN modeling methods have been proposed to represent the spatial variability of rock fractures by defining fracture domains (Darcel et al., 2013) and the spatial correlation among fractures by genetic modeling techniques that imitate fracture growth processes (Davy et al., 2013, Libby et al., 2019, Lavoine et al., 2020).These methods, however, require further research for their application to field surveys and for modeling in-situ rock fracture networks.
Son, Moon;Lee, Son-Kap;Kim, Jong-Sun;Kim, In-Soo;Lee, Kun
Economic and Environmental Geology
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v.40
no.1
s.182
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pp.87-101
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2007
A variety of informations obtained from satellite image, digital elevation relief map (DEM), borehole logging, televiewer, geophysical prospecting, etc were synthetically analyzed to investigate subsurface geological and structural characteristics and to evaluate geohazard pertinent to fault-damage in the Busan metropolitan city. It is revealed that the geology is composed of the Cretaceous andesitic$\sim$dacitic volcanics, gabbro, and granitoid and that at least three major faults including the Dongrae fault are developed in the study area. Based on characteristics of topography, fault-fractured zone, and isobath maps of the Quaternary sediments and weathered residuals of the basement, the Dongrae fault is decreased in its width and fracturing intensity of damaged zone from south toward north, and the fault is segmented around the area between the Seomyeon and Yangieong junctions. Meanwhile, we drew a geohazard sectional map using the five major parameters that significantly suggest damage intensity of basement by fault, i.e. distance from fault core, TCR, RQD, uniaxial rock strength, and seismic velocity of S wave. The map is evaluated as a suitable method to express the geological and structural characteristics and fault-damaged intensity of basement in the study area. It is, thus, concluded that the proposed method can contribute to complement and amplify the capability of the present evaluation system of rock mass.
Park, Kyung-Woo;Park, Byeong-Hak;Ko, Nak-Youl;Ji, Sung-Hoon
The Journal of Engineering Geology
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v.30
no.3
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pp.223-235
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2020
In this study, pulse tests were undertaken at an underground research facility, as part of in-situ hydraulic tests, to derive the hydrogeological characteristics of crystalline rock. The applicability of pulse tests for estimating the transmissivity of a fractured rock mass was evaluated by comparing the results to those from a slug test. Results from the pulse and slug tests were very similar for the test section, with both tests indicating low transmissivity. A slight difference between the results of pulse and slug tests, however, was observed in the section with the transmissivity larger than 1 × 10-8 ㎡/s, which is likely due to the difference in the radii of influence of the tests. Furthermore, when the pulse test was conducted in permeable zones where transmissivity was larger than 1 × 10-7 ㎡/s, it was difficult to produce accurate results. This lack of accuracy was due to the rapid recovery of the hydraulic head in these permeable test zones. When performing pulse tests, it was important to accurately measure the pressure when valves were opened and closed in order to apply the head change in the test section. Although it is difficult to derive the hydrogeological characteristics from pulse tests in areas with high permeability, these tests can be used as an economical test method for identifying hydrogeological characteristics in a relatively short time, especially when deriving the transmissivity of rocks with low permeability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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