This paper develops a convenient approach for deterministic and probabilistic evaluations of tunnel face stability using support vector machine classifiers. The proposed method is comprised of two major steps, i.e., construction of the training dataset and determination of instance-based classifiers. In step one, the orthogonal design is utilized to produce representative samples after the ranges and levels of the factors that influence tunnel face stability are specified. The training dataset is then labeled by two-dimensional strength reduction analyses embedded within OptumG2. For any unknown instance, the second step applies the training dataset for classification, which is achieved by an ad hoc Python program. The classification of unknown samples starts with selection of instance-based training samples using the k-nearest neighbors algorithm, followed by the construction of an instance-based SVM-KNN classifier. It eventually provides labels of the unknown instances, avoiding calculate its corresponding performance function. Probabilistic evaluations are performed by Monte Carlo simulation based on the SVM-KNN classifier. The ratio of the number of unstable samples to the total number of simulated samples is computed and is taken as the failure probability, which is validated and compared with the response surface method.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.634-643
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2006
This study was intended to develop a high reliable technique by statistically processing on-site data with a general linear model, providing the basic data for construction, analysis of stability and establishment of maintenance measures for tunnel portal slopes in the future. This study evaluated the stability of a tunnel portal slope using a quantified technique, which is based on a general linear model. The important scores of each independent variable were allocated by using the ranges of the quantified values, based on the predicted coefficient of regression and the scores for categories of each independent variable were allocated so that those are equally spaced. The quantification model obtained from the results of evaluating the total data used for the quantification process provided precise results. In addition, it is expected that a more detail subdivision of response variables and sufficient data would produce a better stability evaluation standard.
In this paper, the rheological characteristics of slurry used fur slurry-shield tunnels were studied with emphasis on penetration characteristics. The slurry penetration was modeled by soil-filter clogging theory. The coefficient of particle deposition was suggested as an indicator of sin clogging during tunnel construction and calculated through model tests. The measured slurry weight, clogged in the base soil, was compared with the value obtained from clogging theory. Based on the testing results, a stability analysis of a tunnel face was performed to pinpoint the most influential factor affecting stability of slurry-shield tunnels. It was found that the stability of tunnel face is dependent on the ratio of infiltration velocity to the coefficient of particle deposition, and the penetration distance of slurry increases with the ratio of infiltration velocity to the coefficient of particle deposition. Since the stability of tunnel face decreases with the slurry penetration distance, it was necessary to add some additives in order to reduce the slurry penetration distance. It was found that the ground condition needs additives when the soil has the effective particle diameter$(D_{10})$ larger than 0.75mm. It was also found that the tunnel face stability due to slurry penetration is significantly affected by the tunnel advance rate.
Kim, Han-eol;Kim, Jung-Joo;Lee, Jae-Kook;Yoo, Han-Kyu
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.5
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pp.779-797
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2017
Recently, underground road construction is attracting attention because the ground transportation facilities in the urban area have reached the saturation level and traffic volume has increased and the air pollution has risen. Construction of underground roads is not only reduce trafficjam in downtown but also design the city eco-friendly, so existing roads as well as new roads go underground. It is essential to construct divergence tunnels that serve as IC (interchage) and JC (Junction) when constructing underpasses. Therefore, the analysis of the effect of the existing tunnel by the divergence tunnel should be considered. In this study, numerical analysis is performed to analyze the effect of existing tunnel on the excavation of the divergence tunnel. The divergence tunnels were set in 5 cases at $45^{\circ}$ intervals in the clockwise direction starting from the lower part of the existing tunnel. In each case, numerical analyses were carried out by using the DCM (Displacement Controlled Model) for applying the volume loss of 0.5%, 1.0% and 1.5%. As a result, when the volume loss increased, the effect on displacement, fracture range, and effect on stability increased as well. In addition, it was confirmed that the divergence tunnel located directly underneath is the weakest for the stability, and the case where the divergence tunnel is located diagonally rather than the vertical and horizontal direction is found to be vulnerable to displacement and lining destruction.
Kim, Bum-Joo;Jung, Jae-Hoon;Jang, Yeon-Soo;Chun, Byung-Sik
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.28
no.4
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pp.101-113
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2012
The degradation of a tunnel drainage system leads to increases in pore water pressure around the tunnel and the lining stress, which results in affecting the tunnel stability. In the present study of the Namsan 3th tunnel, more than 30 year old tunnel, the effects of the drainage performance reduction due to drain hole clogging on the tunnel lining stability were investigated by examining pore water pressure distribution around the tunnel and the lining stresses through numerical analysis. Groundwater flow modeling on the Mt. Namsan region was done first and 3D seepage and coupled stress-pore water pressure finite element analysis were performed on the tunnel using the results of the groundwater flow modeling. The pore water pressure distribution and the tunnel lining stresses could be predicted using a drain hole outflow data measured in the tunnel site. This analysis method may be used to evaluate the current stability of old tunnels for which in most cases field investigations and related information are not readily available.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.9
no.1
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pp.63-74
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2007
Unexpected ground conditions have always been a major problem for the construction of tunnel. Therefore, it is necessary to evaluate the risk capacity before and/or during construction of new tunnel. This paper presents the simplified risk assessment system using modified stability number (N), namely Underground Risk Index (URI) system, to evaluate the tunnel risk possibility in the design stage. URI is a scoring system for risk possibility by rating the each appraisal elements. The modified stability number (N) which is one of risk factor in the Interaction Matrix parameters such as RQD, UCS, weathering, overburden, stability number, ground water-table, RMR, permeability and so on, is used in the system. In addition, the case study is performed in order to verify the applicability of URI-system in practice.
Refering to the articles "Squeezing rocks in tunnels(Barla, 1995)" and "Tunnelling under squeezing rock conditions(Barla 2002)" this article deals with technologies for design, stability analysis and construction of the tunnel being driven in the squeezing rock mass. The definition of this type of behavior was proposed by ISRM(1994). The identification and quantification of squeezing is given according to both the empirical and semi-empirical methods available to anticipate the potential of squeezing problems in tunnelling. Based on the experiences and lessons learned in recent years, the state of the art in modem construction methods was reported, when dealing with squeezing rock masses by either conventional or mechanical excavation methods. The closed-form solutions available for the analysis of the rock mass response during tunnel excavation are described in terms of the ground characteristic line and with reference to some elasto-plastic models for the given rock mass. Finally numerical methods were used for the simulation of different models and for design analysis of complex excavation and support systems, including three-dimensional conditions in order to quantify the influence of the advancing tunnel face to the deformation behavior of the tunnel.
Safety is a most important parameters in underground railway transportation; Also stability of underground tunnel is very important in tunneling engineering. Design of a reliable support system requires an evaluation of both ground demand and support capacity. Iran's traditional railway tunnels are mainly supported with masonry structures or unsupported in high quality rock masses. A decrease in rock mass quality due to changes in groundwater regime creep and fatigue in rock and similar phenomena causes tunnel safety to decrease during time. The case study is an old tunnel in Iran, called "Keshvar"; it is more than 50 years old railway organization. In operating this Tunnel, until the several problems came up based on stability and leaking water. The goal of study is evaluation of the various reinforcement systems for supporting of the tunnel. The optimal selection of the reinforcement system is examined using TOPSIS Fuzzy method in light of the looming and available uncertainties. Several factors such as; the tunnel span, maintenance, drainage, sealing, ventilation, cost and safety were based to choose the method and system of designing. Therefore, by identifying these parameters, an optimal reinforcement system was selected and introduced. Based on optimization system for analysis, it is revealed that the systematic rock bolts and shotcrete protection had a most appropriate result for these kind of tunnel in Iran.
Tunnel provide faster, safer and convenient way of transportation for different objects. The region where it is construction and surrounding medium has significant influence on the overall stability and performance of tunnel. The present simulation has been carried out in order to understand the behaviour of rock tunnel under static loading condition. The present numerical model has been validated with the laboratory scaled model and field data of underground tunnels. Both lined and unlined tunnels have been considered in this paper. Finite element technique has been considered for the simulation of static loading effect on tunnel through Abaqus/Standard. The Mohr-Coulomb material model has been considered to simulate elastoplastic nonlinear behaviour of different rock types, i.e., Basalt, Granite and Quartzite. The four different stages of rock weathering are classified as fresh, slightly, moderately, and highly weathered in case of each rock type. Moreover, extremely weathered stage has been considered in case of Quartzite rock. It has been concluded that weathering of rock and overburden depth has great influence on the tunnel stability. However, by considering a particular weathering stage of rock for each rock type shows varying patterns of deformations in tunnel.
The construction of shield tunnelling in urban sites is facing serious risks from complex and changeable underground conditions. Construction problems in the sand-clay mixed ground have been more reported in recent decades for its poor control of soil loss in tunnel face, ground settlement and supporting pressure. Since the limitations of observation methods, the conventional physical modelling experiments normally simplify the tunnelling to a plane strain situation whose results are not reliable in mixed ground cases which exhibit more complicated responses. We propose a new method for the study of the mixed ground tunnel through which mixed lays are simulated with transparent soil surrogates exhibiting different mechanical properties. An experimental framework for the transparent soil modelling of the mixed ground tunnel was established incorporated with the self-developed digital image correlation system (PhotoInfor). To understand better the response of face stability, ground deformation, settlement and supporting phenomenon to tunnelling excavation in the sand-clay mixed ground, a series of case studies were carried out comparing the results from cases subjected to different buried depths and mixed phenomenon. The results indicate that the deformation mode, settlement and supporting phenomenon vary with the mixed phenomenon and buried depth. Moreover, a stratigraphic effect exists that the ground movement around mixed face reveals a notable difference.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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