Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.6
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pp.423-446
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2023
Shield TBM tunnel linings are segmented into segments and rings. This study investigates the response characteristics of the stress and displacement of the segment lining under seismic waves through modeling that considers the interface behavior between segments by applying a shell interface element to the contact surface between segments and rings. And there is no management criteria for ovaling deformation of segment linings in Korea. So, this study the ovality criteria and meaning of segment lining. The results of study showed that the distribution patterns of stress and displacement under seismic waves were similar between continuous linings and segment linings. However, the maximum values of stress and displacement showed differences from segment linings. The stress distribution of the continuous lining modeled as a shell type has a stress distribution that has continuity in the 3D cylindrical shape, but the segment lining is concentrated outside the segment, and the largest stress occurs at the location where the contact surface between the segment and the ring is concentrated. This intermittent and localized stress distribution shows an increasing as the ovality of the lining increases at seismic waves. The ovality at which the increase in stress distribution begins to show irregularity and localization is about 150‰. Ovality of 150‰ is an unrealistic value that cannot represent actual lining deformation. Therefore, the ovality of the segment lining increase with depth, but it does not have a significant impact on the stability caused by seismic load.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6C
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pp.305-314
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2012
This paper presents the quantitative damage assessment of granite taken from KAERI Underground Research Tunnel using acoustic emission (AE). The results determined showed the crack initiation and crack damage stress occurred at 48%, 72% of uniaxial compressive strength (UCS) and until the applied stress level was reached the crack damage stress, the damage degree was 0.06. When the applied stress exceeded 80%, 90% of UCS, the damage degree were 0.34, 0.06 and which were similar to those obtained from axial deformation modulus. The simply regression analysis was used to interpret the relationship of the two damage assessment techniques and the two were highly correlated ($R^2$=0.90). Therefore, damage degree based on the AE energy and mohr-coulomb failure criterion were adopted to predict the mechanical properties. As results, the axial deformation modulus, rock strength, internal friction angle, and cohesion of KURT rock were reduced 6%, 12%, 7%, and 3% until the applied stress was 70% of UCS. But when the applied stress reached 90% of UCS, the results were more reduced 69%, 72%, 62%, and 24%, respectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.3
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pp.92-102
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2022
Various numerical analysis models can be used to evaluate the behavior characteristics of tunnel facilities which are representative underground structures. In general, the Mohr-Coulomb model, which is most often used for numerical analysis, is an elastic-perfect plastic behavior model. And the deformation characteristics are the same during the load increase-load reduction phase. So there is a problem that the displacement may appear different from the field situation in the case of excavation analysis. In contrast, the HS-small strain stability model has a wide range of applications for each ground. And it is known that soil deformation characteristics can be analyzed according to field conditions by enabling input of initial elastic modulus and nonlinear curve parameter and so on. However, civil engineers are having difficulty using nonlinear models that can apply material nonlinear properties due to difficulties in estimating ground property coefficients. In this study, the necessity of rational model selection was reviewed by comparing the results of seismic performance evaluation using the Mohr-Coulomb model, which civil engineers generally apply for numerical analysis of tunnels, and the HS Small strain Stiffness model, which can consider ground nonlinearity.
In highly stressed conditions, the excavation damage zone induced by stress redistribution and disturbance must be evaluated after tunnel excavation. Therefore, the investigation of stress-induced deformation and fracture in rock is indispensable. In this study, fracture and damage mechanisms of rock induced by the accumulation of microcracks were investigated by the moving point regression technique as well as acoustic emission measured during uniaxial compression tests. Especially, the modified procedures to determine damage thresholds more systematically were newly proposed, and successfully applied to rock. From experiments, crack initiation and track damage stress levels were estimated to be $33{\~}36\%$ and $84{\~}89\%$ of uniaxial compressive strength respectively, for both of Hwangdeung granite and Yeosan marble. However, the normalized crack closure stress level for Yeosan marble was much higher than for Hwangdeung granite. In addition, the largest proportion of total axial strain in Hwangdeung granite was attributable to elastic deformation and initial microcracking. However, the greatest part of axial deformation in Yeosan marble arose from initial crack closure and unstable cracking. Finally, it was seen that unstable cracking after the crack damage stress level played a key part in the lateral deformation in rocks under uniaxial compression.
Min-Jun Kim;Junhyung Choi;Taeyoo Na;Chan Park;Byung-Gon Chae;Eui-Seob Park
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.2
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pp.169-184
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2024
This study investigates acoustic emission (AE) and micro-deformation characteristics of circular openings through biaxial compression experiments. The experimental results showed a significant increase in the frequency, count, energy, and amplitude of AE signals immediately before damage occurred in the circular opening. The differences in frequency and count between before and after damage initiation were significantly pronounced, indicating suitable factors for identifying damage occurrence in circular openings. The results for digital image correlation (DIC) technique revealed that micro-deformation was concentrated around the openings, as evidenced by the spatial distribution of strain. In addition, spalling was observed at the end of the experiments. The AE and micro-deformation characteristics presented in this study are expected to serve as fundamental data for evaluating the stability of underground openings and boreholes for deep subsurface projects.
Time-dependent behavior is a basic mechanical property of rocks. Predicting the failure time of rock structures by analyzing the time-dependent characteristic is important and problematic. It is tried to predict the failure time of tunnel, slope & laboratory creep test specimen from measured displacement(or strain) and rate with relationship suggested by Voight($\ddot{\Omega}=A\dot{\Omega}^\alpha$, where $\Omega$ is a measurable quantity such as strain & displacement and A & $\alpha$ are constants). A & $\alpha$ are estimated through applying the nonlinear least square method to the single and double integrated Voight's equations and utilized to predict the failure time. Predicted failure time is in accordance with real one except minor error. Linear inverse rate method applied to creep strain and rate yields a poor linear correlation of data and precision of predicted failure time is not better than methods using strain and rate.
Scaled model tests were performed to investigate the influence of pillar width, rock strength and isotropy/anisotropy on the stability of twin tunnels. Test models had respectively different pillar widths, uniaxial compressive strengths of modelling materials and model types, where both the deformation behaviors around tunnels and the biaxial pressure data at a time of pillar cracking were analysed. The cracking pressures of the higher strength models were higher than the lower strength models, whereas the percentage of cracking pressure to uniaxial compressive strength of modelling materials showed an opposite tendency. The cracking pressures of the shallower pillar width models were lower than the thicker models, moreover the percentage of that showed a same tendency. It has been found that the pillar width was one of the main factors influencing on the stability of twin tunnels. Model types such as isotropy/anisotropy also influenced on the stability of twin tunnels. The anisotropic models showed lower values of both cracking pressures and the percentage of that than the isotropic models, where the pillar cracks of anisotropic models were generated with regard to the pre-existing joint planes.
The ${\bigcirc}{\bigcirc}$ mine has irregularly developed stratum around the ore body. The purpose of this study is to array irregular stratum thickness systematically for effective roof bolting and to implement a supporting system corresponding to it. The number of 81 cases combined with stratum thicknesses was limited to 9 cases by robust design. For each case, the load height which can act as a roof load was determined by the characteristics of stratum and RMR. The load range due to the load height is calculated assuming block shaped and arch shape. The support load of the roof bolt was considered as the average load of the two methods. Numerical analysis results of the support design showed that the cable bolt was more effective for the roof supporting fully grouted than the anchoring type. As a result of the construction, it was possible to control the roof, but all of the roof was gradually sinking downward due to the deformation of the side wall of the mine tunnel.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.5
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pp.413-419
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2016
Damage of infrastructures by an earthquake causes the secondary damage through the world at large more than the damage of the structures themselves. Amomg them, underground utility tunnel structures comes under the special life line: communication, gas, electricity and etc. and it has a need to evaluate its fragility to an earthquake exactly. Therefore, the destruction ability according to peak ground acceleration of earthquakes for the underground utility tunnels is evaluated in this paper. As an input ground motion for evaluating seismic fragilities, real earthquakes and artificial seismic waves which could be generated in the Korean peninsula are used. And as a seismic analysis method, response displacement method and time history analyzing method are used. An limit state which determines whether destruction is based on the bending moment and shear deformation. A method used to deduct seismic fragility curve is method of maximum likelihood and the distribution function is assumed to the log normal distribution. It could evaluate the damage of underground utility tunnels to an earthquake and could be applied as basic data for seismic design of underground utility tunnel structures.
Mechanical energy is accumulated in the object when stress is exerted on rock specimens, and the failure is occurred when the stress is larger than critical stress. The accumulated energy is emitted as various forms including physical deformation, light, heat and sound. Uniaxial compression strength test and point load strength test were carried out in low temperature environment, and thermal variation of rock specimens were observed and analyzed quantitatively using thermal infrared camera images. Temperature of failure plane was increased just before the failure because of concentration of stress, and was rapidly increased at the moment of the failure because of the emission of thermal energy. The variations of temperature were larger in diorite and basalt specimens which were strong and fresh than in tuff specimens which were weak and weathered. This study can be applied to prevent disasters in rock slope, tunnel and mine in cold regions and to analyze satellite image for predicting earthquake in cold regions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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