Various TBM performance prediction models have been developed and most of them were considered penetration rate only. Despite the fact that some models have suggested equations and charts for estimating the utilization factor, but there are a few studies to estimate the TBM utilization factor. Utilization factor is affected by the type of TBM machine, operation, maintenance of machine, geological conditions, contractor experience and other factors. In this study, more than 100 case studies are analyzed to determine the relationship between the utilization factor and RMR, geological conditions, TBM types, tunnel length, and TBM diameter. Simple and multiple linear regression analysis are performed to develop predictive models for the utilization factor. The predictive model with explanatory variables of geological conditions, TBM types, tunnel length, and TBM diameter does not give a good correlation. The predictive models with explanatory variable of RMR give higher values of the coefficient of determination.
The Landslide in natural slope is occurred mostly by a heavy rain of the summer. This landslide is influenced in soil property of the surface than the rock mass. Soils in natural slope are created by weathering phenomena of the bedrock. These soils differed to the geological conditions such as sedimentary rock, metamorphic rock and volcanic rock. Therefore, estimation of landslide in natural slope is the most important analysis of the bedrock distributions and soil characteristics. This study analyzed the soil property to the natural slopes of Busan area where is distributed to volcanic rock, granite and sedimentary rock. Soil sample conducted various soil tests for estimate the soil physical property and soil engineering characteristics, and analysis of the correlation of geological conditions. In the experiment result, soils were mainly classified by a clayey sand. It is also established that $1.07{\sim}1.99kg/cm^3$ for wet density, $28.2{\sim}39.6^{\circ}$ for angle of shearing resistance, and $8.10{\times}10^{-5}{\sim}8.38{\times}10^{-2}cm/sec$ for coefficient of permeability. From the physical parameter, the soils are estimated to the permeable ground with good shear strength, and soil properties are showed a differential tendency for each geological condition.
Kim, Tae-Hwan;Kwak, No-Sang;Kim, Taek Kon;Jung, Sabum;Ko, Tae Young
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.1
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pp.13-24
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2021
Tunnel boring machine (TBM) is widely used for tunnel excavation in hard rock and soft ground. In the perspective of TBM-based tunneling, one of the main challenges is to drive the machine optimally according to varying geological conditions, which could significantly lead to saving highly expensive costs by reducing the total operation time. Generally, drilling investigations are conducted to survey the geological ground before the TBM tunneling. However, it is difficult to provide the precise ground information over the whole tunnel path to operators because it acquires insufficient samples around the path sparsely and irregularly. To overcome this issue, in this study, we proposed a geological type classification system using the TBM operating data recorded in a 5 s sampling rate. We first categorized the various geological conditions (here, we limit to granite) as three geological types (i.e., rock, soil, and mixed type). Then, we applied the preprocessing methods including outlier rejection, normalization, and extracting input features, etc. We adopted a deep neural network (DNN), which has 6 hidden layers, to classify the geological types based on TBM operating data. We evaluated the classification system using the 10-fold cross-validation. Average classification accuracy presents the 75.4% (here, the total number of data were 388,639 samples). Our experimental results still need to improve accuracy but show that geology information classification technique based on TBM operating data could be utilized in the real environment to complement the sparse ground information.
Kim, Kyeong-Su;Song, Young-Suk;Chae, Byung-Gon;Cho, Yong-Chan;Lee, Choon-Oh
The Journal of Engineering Geology
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v.17
no.1
s.50
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pp.75-87
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2007
The recognitions of geometrical characteristics and occurrence conditions are very important to evaluate the land-slides in natural terrains. In this paper, the geometrical characteristics of landslides are analyzed according to a geo-logical condition in three landslides areas. The three landslides areas are classified to the geological condition. The three landslides areas are Jangheung, Sangju and Pohang. The geology of Jangheung area, Sangju area and Pohang area is gneiss, granite, and the tertiary sedimentary rock, respectively. During a heavy rainfall of $150{\sim}588mm$ in these areas, 1,582 landslides have occurred in 1998. The geometrical characteristics according to the geological condition analyzed from the investigation of these landslides. The frequency of landslide is high exceedingly above 90% of a slope attitude, while the frequency is very low below 70%. The frequency of landslide is high exceedingly between $26^{\circ}$ and $30^{\circ}$ of slope angle, while the frequency is very low below $20^{\circ}$. The size of the landslides is ranged from several tens to several hundreds The length is ranged from 5 m to 300 m, and the width is ranged from 3 m to 50 m. Also, the depth is less than 1 m. Therefore, the landslides in these areas have small width, long length and shallow depth. The type of the landslides is changed from transitional slide at the scarp to debris flow at the low part of slope.
Difficult ground conditions (e.g., fault zone and mixed grounds) are highly probable to appear in subsea and urban tunnels because of the shallow working depth and alluvial characteristics. TBM usually experienced decrease of penetration rate and increase of downtime when it meets these difficult ground conditions. The problems are usually caused by the adverse geological conditions, and it is preferable to determine the optimal operational parameters of TBM based on the previous operational data obtained while excavating a preceding tunnel. This study carried out for efficient TBM excavation in fault zone and mixed grounds. TBM excavation data from the tunnel site in Singapore and the characteristics of the TBM excavation data was analyzed. The key operational parameters (i.e., thrust, torque, and RPM), penetration rate, and downtime were highly influenced by the presence of fault zones and mixed grounds, and the features was discussed. It is expected that the results and main discussions will be useful information for future tunneling projects in similar geological conditions.
Park, Gyuryeong;Kim, Seon-ok;Lee, Minhee;Wang, Sookyun
Economic and Environmental Geology
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v.51
no.3
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pp.223-232
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2018
The viscous force of fluids and the capillary force acting on the pore network of the porous media are important factors determining the immiscible displacement during geological $CO_2$ sequestration, these were directly affected by geological formation conditions and injection conditions. This study aimed to observe the migration and distribution of injected fluid and pore water, and quantitatively investigate displacement efficiency on various injection temperatures. This study aimed to perform micromodel experiments by applying n-hexane used as a proxy fluid for supercritical $CO_2$. In this study, immiscible displacement process from beginning of n-hexane injection to equilibrium of the distribution of the n-hexane and pore water was observed. The images from experiment were used to observe the displacement pattern and estimate the areal displacment efficiency of the n-hexane. For investigate the affects of the injection temperatures on the migration in macroscopic, migration of n-hexane in single pore was analyzed. The measurement revealed that the displacement efficiency at equilibrium state decreases as the temperature increases. The result from experiments indicate that the temperatures can affect the displacement pattern by changing the viscous forces and the capillary forces. The experimental results could provide important fundamental information on reservoir conditions and fluid injection conditions during geological $CO_2$ sequestration.
Do Hyun Kim;Wontak Lee;Dongki Kim;Jonghyun Kim;Joowan Park
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.21
no.1
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pp.149-164
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2023
As part of the safety case development for generic disposal sites in Korea, it is necessary to develop generic assessment models using various geosphere-biosphere interfaces (GBIs) and potentially exposed groups (PEGs) that reflect the natural environmental characteristics and the lifestyles of people in Korea. In this study, a unique modeling strategy was developed to systematically construct and select Korean generic biosphere assessment models. The strategy includes three process steps (combination, screening, and experts' scoring) for the biosphere system conditions. First, various conditions, such as climate, topography, GBIs, and PEGs, were combined in the biosphere system. Second, the combined calculation cases were configured into interrelation matrices to screen out some calculation cases that were highly unlikely or less significant in terms of the exposure dose. Finally, the selected calculation cases were prioritized based on expert judgment by scoring the knowledge, probability, and importance. The results of this study can be implemented in the development of biosphere assessment models for Korean generic sites. It is believed that this systematic methodology for selecting the candidate calculation cases can contribute to increasing the confidence of future site-specific biosphere assessment models.
Park, Boo Seong;Cho, Hyun;Park, Dong In;Kim, Jun Ho;Choi, Jae Ho
The Journal of Engineering Geology
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v.27
no.4
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pp.417-427
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2017
This study aims to present cases of rock slope failures caused by geological structures. Status of slope failures, results of cause analysis and stabilizing methods are introduced, focusing primarily on rock slope failures caused by specific geologic structures, such as intersection of faults infilled with clay, foliation and fault shear zone by dike intrusion and deep-seated clayey layer along lithologic boundary. Detailed geological survey, geophysical exploration and boring survey were conducted for cause analysis. Stabilizing method to prevent further slope failures and to ensure long-term stability of slopes were established, considering characteristics of geological structures, types of failure and geological conditions.
Different from the conventional planar fracture and simplified Newton model, for power-law slurries with a lower water-cement ratio commonly used in grouting engineering, flow model in geological rough fractures is built based on ten standard profiles from Barton (1977) in this study. The numerical algorithm is validated by experimental results. The flow mechanism, grout superiority, and water plugging of pseudo plastic slurry are revealed. The representations of hydraulic grouting properties for JRCs are obtained. The results show that effective plugging is based on the mechanical mechanisms of the fluctuant structural surface and higher viscosity at the middle of the fissure. The formulas of grouting parameters are always variable with the roughness and shear movement, which play a key role in grouting. The roughness can only be neglected after reaching a threshold. Grouting pressure increases with increasing roughness and has variable responses for different apertures within standard profiles. The whole process can be divided into three stationary zones and three transition zones, and there is a mutation region (10 < JRCs < 14) in smaller geological fractures. The fitting equations of different JRCs are obtained of power-law models satisfying the condition of -2 < coefficient < 0. The effects of small apertures and moderate to larger roughness (JRCs > 10.8) on the permeability of surfaces cannot be underestimated. The determination of grouting parameters depends on the slurry groutability in terms of its weakest link with discontinuous streamlines. For grouting water plugging, the water-cement ratio, grouting pressure and grouting additives should be determined by combining the flow conditions and the apparent widths of the main fracture and rough surface. This study provides a calculation method of grouting parameters for variable cement-based slurries. And the findings can help for better understanding of fluid flow and diffusion in geological fractures.
Lei She;Yan-long Li;Chao Wang;She-rong Zhang;Sun-wen He;Wen-jie Liu;Min Du;Shi-min Li
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.6
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pp.647-663
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2023
The investigation of the disc cutter wear prediction has an important guiding role in TBM equipment selection, project planning, and cost forecasting, especially when tunneling in a long-distance rock formations with high strength and high abrasivity. In this study, a comprehensive database of disc cutter wear data, geological properties, and tunneling parameters is obtained from a 1326 m excavated metro tunnel project in leptynite in Shenzhen, China. The failure forms and wear consumption of disc cutters on site are analyzed with emphasis. The results showed that 81% of disc cutters fail due to uniform wear, and other cutters are replaced owing to abnormal wear, especially flat wear of the cutter rings. In addition, it is found that there is a reasonable direct proportional relationship between the uniform wear rate (WR) and the installation radius (R), and the coefficient depends on geological characteristics and tunneling parameters. Thus, a preliminary prediction formula of the uniform wear rate, based on the installation radius of the cutterhead, was established. The correlation between some important geological properties (KV and UCS) along with some tunneling parameters (Fn and p) and wear rate was discussed using regression analysis methods, and several prediction models for uniform wear rate were developed. Compared with a single variable, the multivariable model shows better prediction ability, and 89% of WR can be accurately estimated. The prediction model has reliability and provides a practical tool for wear prediction of disc cutter under similar hard rock projects with similar geological conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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