Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.1
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pp.59-78
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2024
In tunnel construction, the stability is evaluated by the settlement of adjacent structures and ground, but the shear strain of the ground is the main factor that determines the failure mechanism of the ground due to the tunnel excavation and the change of the operating load, and can be used to review the stability of the tunnel excavation and to calculate the reinforcement area. In this study, a twin tunnel excavation was simulated on a soft ground in an urban area through a laboratory model test to analyze the behavior of the twin tunnel excavation on the adjacent pile grouped foundation and adjacent ground. Both the displacement and the shear strain of ground were obtained using a close-range photogrammetry during laboratory model test. In addition, two-dimensional finite element numerical analysis was performed based on the model test. The results of a back-analysis showed that the maximum shear strain rate tends to decrease as the horizontal distance between the pillars of the twin tunnel and the vertical distance between the toe of the pile group and the crown of the tunnel were decreased. The impact of the second tunnel on the first tunnel and pile group was decreased as the horizontal distance between the pillars of the twin tunnel was increased. In addition, the vertical distance between the toe of the pile group and the crown of the tunnel had a relatively greater impact on the shear strain results than the horizontal distance of the pillars between the twin tunnels. According to the results of the close-range photogrammetry and numerical analysis, the settlement of adjacent pile group and adjacent ground was measured within the design criteria, but the shear strain of the ground was judged to be outside the range of small strain in all cases and required reinforcement.
The generalized Hoek-Brown (H-B) function provides a unique failure condition for a jointed rock mass, in which the strength parameters of rock mass are deduced from the intact values by use of the GSI value. Since it is actually the only failure criterion which accounts for the rock mass conditions in a systematic manner, the generalized H-B criterion finds many applications to the various rock engineering projects. Its nonlinear character, however, limits more active usage of this criterion. Accordingly, many attempts have been made to understand the generalized H-B condition in the framework of the M-C function. This study presents the closed-form expression relating the tangential cohesion to the tangential friction angle, which is derived by the non-dimensional stress transformation of the generalized H-B criterion. By use of the derived equation, it is investigated how the relationship between the tangential cohesion and friction angle of the generalized H-B criterion varies with the quality of rock masses. When only the variation of GSI value is considered, it is found that the tangential friction angle decreases with the increase of GSI, while the tangential cohesion increases with GSI value.
In recent years, not only the occurrences but the magnitude of earthquakes in Korea are on an increasing trend and other sources of dynamic events including large-scale construction, operation of hi띤-speed railway and explosives blasting have been increasing. Besides, the probability of exposure fir rock joints to free faces gets higher as the scale of rock mass structures becomes larger. For that reason, the frictional behavior of rock joints under dynamic conditions needs to be investigated. In this study, a shaking table test system was set up and a series of dynamic test was carried out to examine the dynamic frictional behavior of rock joints. In addition, a computer program was developed, which calculated the acceleration and deformation of the sliding block theoretically based on Newmark sliding block procedure. The static friction angle was back-calculated by measuring yield acceleration at the onset of slide. The dynamic friction angle was estimated by closely approximating the experimental results to the program-simulated responses. As a result of dynamic testing, the static friction angle at the onset of slide as well as the dynamic friction angle during sliding were estimated to be significantly lower than tilt angle. The difference between the tilt angle and the static friction angle was $4.5\~8.2^{\circ}$ and the difference between the tilt angle and the dynamic friction angle was $2.0\~7.5^{\circ}$. The decreasing trend was influenced by the magnitude of the base acceleration and inclination angle. A DEM program was used to simulate the shaking table test and the result well simulated the experimental behavior. Friction angles obtained by shaking table test were significantly lower than basic friction angle by direct shear test.
Kim, Hyoung-Soo;Lee, Ju-Hyun;Ahn, Ju-Hee;Ahn, Gyu-Cheon;Yoon, Woon-Sang
Tunnel and Underground Space
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v.16
no.4
s.63
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pp.281-287
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2006
Intake of groundwater by tunneling in a mountainous area mostly results from groundwater flow through fractured parts of total rock mass. For reasonable analysis of this phenomenon the representative joint groups 1, 2, and 3 have been selected by previous investigations, geological/geophysical field tests and boring works. Three dimensional fractures were generated by the FracMan and MAFIC which is a three dimensional finite element model has been used to analyse a groundwater flow through fractured media. Monte Carlo simulation was applied to reduce the uncertainty of this study. The numerical results showed that the average and deviation of amounts of groundwater intaked into tunnel per unit length were $5.40{\times}10^{-1}$ and $3.04{\times}10^{-1}m^3/min/km$. It is concluded that tunnel would be stable on impact of groundwater environment by tunneling because of the lower value than $2.00{\sim}3.00m^3/min/km$ as previous and present standard on the application of tunnel construction.
The accurate and quantitative ground information on the hydraulic conductivity characteristics of rock mass is one of the key factors for evaluation of the hydro-geological behaviour of rock mass around an excavated opening under high water pressure. For tunnel and rock structures in seabed, where the sea acts as an infinite source of water, its importance become greater with increasing construction depth below sea level. In this study, to improve the problems related with poor system configuration and incorrect data acquisition of previous hydraulic packer testing equipment, we newly developed an integrated main frame and 30 bar level waterproof downhole sonde apparatus, which were optimized for deep hydraulic packer test in seabed rock mass. Integration of individual test equipment into one frame allows safe and efficient field testing work on a narrow offshore drilling platform. For the integrated type main frame, it is possible to make precise stepwise control of downhole net injection pressure at intervals of $2.0kg_f/cm^2$ or less with dual hydraulic oil volume controller. To ensure the system performance and the operational stability of the prototype mainframe and downhole sonde apparatus, the field feasibility tests were completed in two research boreholes, and using the developed apparatus, the REV(Representative Elementary Volume) scale deep hydraulic packer tests were successfully carried out at a borehole located in the basalt region, Jeju. In this paper, the characteristics of the new testing apparatus are briefly introduced and also some results from the laboratory and in-situ performance tests are shown.
In this study, the relationship between in situ seismic wave velocities and RMR (rock mass rating) was investigated in a test bed for the examination of the basis of rock classification (RMR) based on seismic wave velocity. The seismic wave velocity showed a monotonous increase with depth. It was also found that there was no systematic correlation between the seismic wave velocity (Vp) and other parameters (RQD, joint spacing, UCS, rock core Vp, and RMR) collected at the same depth of the same borehole. However, correlative relation was observed among RMR, RQD, and joint spacing. On the other hand, when all the data in the borehole (three holes) are examined without considering the depth, Vp still shows no correlation with RMR parameters (e.g., correlative coefficient for uniaxial compressive strength and joint spacing are 0.039 and 0.091, respectively), but Vp shows weak correlative relation with RMR and RQD (correlative coefficient for RQD and RMR are 0.193 and 0.211, respectively). Thus, it is found that it is difficult to deduce physical properties of rock mass directly from seismic wave velocities, but the seismic wave velocity can be used as a tool to approximate rock mass properties because of weaker correlation between Vp and RMR with RQD. In addition, the velocity value of for soft and moderate rocks suggested by widely used construction standards is slower than that of the observed velocity, implying that the standards need to be examined and revised.
In the present study, the thermal performance of multiple rock caverns for large-scale thermal energy storage (TES) was numerically investigated for different separation distances between the caverns through heat transfer analysis using a computational fluid dynamics code, FLUENT. The thermal performance of multiple caverns was assessed in terms of the thermal stratification within the caverns and the heat loss to the surroundings, and the heating characteristics of the rock around the caverns were investigated. The results of numerical simulation showed that there was little difference in thermal performance between multiple TES caverns with different separation distances when the surrounding rock was less heated and it reached thermal steady-state, which represent the thermal states of the surrounding rock at the early and long-term operational stages of the TES caverns, respectively. However, as the separation distance decreased, the rock between the caverns reached thermal steady-state more quickly, and thus the heat loss from the caverns tended to converge rapidly to the value of heat loss occurred under thermal steady-state conditions in the surrounding rock. This result implies that the operating cost of heating the surrounding rock (i.e., rock heating) can be reduced with a reduction in the separation distance between multiple caverns, and suggests that the separation distance should be determined by considering the operating cost of rock heating as well as the construction cost of the caverns.
Hwang, JaeHong;Chi, KwangHoon;Han, JongGyu;Yeon, YoungKwang;Ryu, Keun Ho
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.10
no.1
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pp.60-72
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2007
In general, the importance of geological information is emphasized not only for national SOC construction, underground space development and energy resources development but also in areas related to environmental disasters such as mine damage, ground subsidence and landslides. Although geological information is highly useful in developing industrial raw materials, national land management and people's welfare, there is no unified governmental institution in charge of collecting and managing geological information in the national level. For this, this paper study: first, to analyze geological demand for common experts; second, to analyze geological demand for public institution; and third, to set priority for geological informatization. In the result of surveying demand for geological information, we need to improve laws and systems for collecting and reporting geology-related materials, making thematic maps, and maintaining and managing geological information we need to establish national strategies and build an integrated system for interoperability of databases and systems. Accordingly, we will guideline on future direction of strategies for the national integration of geological information management system.
Korea's agricultural reservoir is one of the country's major infrastructures and plays an important role in people's lives. However, aging reservoirs are a risk for life and property. Currently, large and small dams and reservoirs have been constructed nationwide for more than 40 years of aging. Dams and reservoirs built nationwide are managed by various institutions. Therefore, it is difficult to manage all dams and reservoirs due to cost and time. Managers in the field with less management personnel and lack of expertise should be able to quickly identify risk factors for multiple reservoirs. In this study, risk factors such as seepage, leakage, settlement slide, crack and erosion were selected. To assess the risk of the items, we used the analytical hierarchical process (AHP), one of the Multi-Criteria Decision Making (MCDM) methods. The analysis showed that seepage has the greatest impact on reservoir collapse. It is judged that the priority of detailed diagnosis can be determined by evaluating the risk of dam reservoir collapse in a convenient way in advance using the calculated weight.
Recently, Umbrella Arch Method(UAM), one of the auxiliary techniques for tunnelling, is used to reinforce the ground and improve stability of tunnel face. Because UAM combines the advantages of a modern forepoling system with the grouting injection method, this technique has been applied in subway, road and utility tunnel sites for the last few years in Korea. Also, several research results are reported on the examination of the roles of inserted pipes and grouted materials in UAM. But, because of its empirical design and construction methodology, more qualitative and systematic design sequences are needed. Therefore, above sequences using numerical analysis are proposed and, the effects of some design parameters were studied in this research. In order to acco,mplish these objects, first, the roles of pipe and grouting materials, steel-rib and the others in ground improving mechanism of UAM are clarified. Second, the effects of design parameters are investigated through parametric studies. Design parameters are as follows; 1) ground condition, 2) overburden, 3) geometrical formulation of pipes, 4) grouting region and 5) characteristics of pipes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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