Determination of the mechanical behaviour of jointed rock masses has been a challenge for rock engineers for decades. This problem is more pronounced for non-persistent jointed rock masses due to complicated interaction of rock bridges on the overall behaviour. This paper aims to study the effect of a non-persistent joint set configuration on the mechanical behaviour of rock materials under both uniaxial and biaxial compression tests using a discrete element code. The numerical simulation of biaxial compressive strength of rock masses has been challenging in the past due to shortcomings of bonded particle models in reproducing the failure envelope of rock materials. This problem was resolved in this study by employing the flat-joint contact model. The validity of the numerical model was investigated through a comprehensive comparative study against physical uniaxial and biaxial compression experiments. Good agreement was found between numerical and experimental tests in terms of the recorded peak strength and the failure mode in both loading conditions. Studies on the effect of joint orientation on the failure mode showed that four zones of intact, transition to block rotation, block rotation and transition to intact failure occurs when the joint dip angle varies from 0° to 90°. It was found that the applied confining stress can significantly alter the range of these zones. It was observed that the minimum strength occurs at the joint dip angle of around 45 degrees under different confining stresses. It was also found that the joint orientation can alter the post peak behaviour and the lowest brittleness was observed at the block rotation zone.
The instability and failure of engineered rock masses are influenced by crack initiation and propagation. Uniaxial compression and acoustic emission (AE) experiments were conducted on cracked sandstone. The effect of the crack's dip on the crack initiation was investigated using fracture mechanics. The crack propagation was investigated based on stress-strain curves, AE multi-parameter characteristics, and failure modes. The results show that the crack initiation occurs at the tip of the pre-fabricated crack, and the crack initiation angle increases from 0° to 70° as the dip angle increases from 0° to 90°. The fracture strength kcr is derived varies in a U-shaped pattern as β increased, and the superior crack angle βm is between 36.2 and 36.6 and is influenced by the properties of the rock and the crack surface. Low-strength, large-scale tensile cracks form during the crack initiation in the cracked sandstone, corresponding to the start of the AE energy, the first decrease in the b-value, and a low r-value. When macroscopic surface cracks form in the cracked sandstone, high-strength, large-scale shear cracks form, resulting in a rapid increase in the AE energy, a second decrease in the b-value and an abrupt increase in the r-value. This research has significant theoretical implications for rock failure mechanisms and establishment of damage indicators in underground engineering.
Park, Choon-Sik;Kim, Jong-Hwan;Kim, Jung-Joo;Baek, Jin-Sool
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.30
no.1
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pp.27-36
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2014
In this study, laboratory test was carried out on uniaxial compressive strength by making 320 specimens in total, which were divided into two groups considering the curing time of 7 and 28 days for 80 cases mixed with stabilizers of 8%, 10%, 12%, 14% of 20 cases of clayey, sandy, and gravel mixed ground conditions to understand laboratory strength characteristics of deep mixing specimen for field application in various ground conditions. As a laboratory result, all specimen showed a clear tendency to have uniaxial compressive strength increase as the curing time and the stabilizer mixing ratio increased, and the strength increments depending on the age by ground types were, around 40.0% for clayey and gravel mixed grounds, 48.4% for sandy grounds which was the highest, and for the increment of stabilizers, around 37.0% for grounds with mixing ratio less then 14%, and 49.6% when the ratio was 14% which was the highest. Also, with sandy grounds, it showed a tendency to have a constant amount of strength increment as the stabilizer mixing ratio increased, for clayey mixed grounds, the strength increment tendency seemed to be similar to gravel mixed grounds. Due to these tendencies, it is concluded that we are able to propose a stabilizer mixing ratio for various ground conditions.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1994.10a
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pp.240-247
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1994
The purpose of this study is to examine the raising of strength of concrete and workability using casting foundry fly ash. First, we conducted analysis of chemical components of fly ash. Then, we tested uniaxial strength of concrete at ages of 3, 7, and 28 days. As a result, we found that the strength of concrete using casting foundry fly ash is raisen up 16% than plain concrete when the fly ash is added 0.6% of weight of cement.
The strength properties of Light-Weighted Soils(LWS) mixed with Expanded Polystrene(E.P.S.) using uniaxial and triaxial tests are studied. Test results show that when the initial water contents of dredged soils are under 135% and the cement contents are above 1%, Light-Weight Soils are in the appropriate strength range of 2.0 lo 4.0kg/$\textrm{cm}^2$. However. E.P.S. contents had a little effects on the strength properties of LWS.
Kim, Hyunjin;Song, Insun;Chang, Chandong;Lee, Hikweon;Kim, Taehee
The Journal of Engineering Geology
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v.23
no.4
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pp.329-340
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2013
A geologic survey of the Bukpyeong and Pohang basins, as candidate basins for the geological storage of $CO_2$, was performed to evaluate storage capacity and security. To analyze the mechanical stability of the storage reservoir and cap rocks, we measured the porosity, seismic velocity, uniaxial strength, internal frictional angle, and Young's modulus of core samples recovered from the two basins. It is costly and sometimes impossible to conduct tests over the entire range of drill holes, and continuous logging data do not yield the mechanical parameters directly. In this study, to derive the mechanical properties of geologic formations from the geophysical logging data, we determined the empirical relations between the physical properties (seismic velocity, porosity, and dynamic modulus) and the mechanical properties (uniaxial strength, internal friction angle) of the core samples. From the comparison with our core test data, the best fits to the two basins were selected from the relations suggested in previous studies. The relations between uniaxial strength, Young's modulus, and porosity of samples from the Bukpyeong and Pohang basins are more consistent with certain rock types than with the locality of the basins. The relations between the physical and mechanical properties were used to estimate the mechanical rock properties of geologic formations from seismic logging data. We expect that the mechanical properties could also be used as input data for a modeling study to understand the mechanical instability of rock formations prior to $CO_2$ injection.
The site selection process for deep geological disposal of high-level radioactive waste will be conducted in stages, and 103 evaluation parameters related to site selection have been proposed. In the field of rock mechanics and rock engineering, there are 33 evaluation parameters for intact rock, joint and rock mass, and they are applied in the basic and detailed investigation stages. In this report, uniaxial compressive strength, in-situ stress, joint distribution, and rock mass classification were selected as the main evaluation parameters, and among them, uniaxial compressive strength and in situ stress were selected as key evaluation parameters. Statistical techniques or regression analysis were performed for granite in Wonju and Chuncheon to evaluate the distribution range for the selected key evaluation parameters. The average of the uniaxial compressive strength in the Wonju area estimated through the posterior distribution is about 171 MPa, and about 123 MPa in the Chuncheon area. The maximum in situ stress acting in the Wonju area was less than 30 MPa and less than 40 MPa in the Chuncheon area. The direction of the maximum horizontal stress calculated by regression analysis was 101° in Wonju, and in the case of Chuncheon, it was 95°, respectiviely.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.03b
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pp.109-116
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2000
Rippability refers to the ease of excavation by construction equipment. Since it is related to rock quality in terms of hardness and fracture density, which may be measured by seismic refraction surveys, correlations have been made between rippability and seismic P wave velocities. The 1-channel signal enhancement seismograph(Bison, Model 1570C) was used to measure travel time of the seismic wave through the ground, from the source to the receiver. The seismic velocity measurement was conducted with 153 lines at 5 rock slopes of Chungbuk Youngdong area. Schmidt rebound hardness test were conducted with 161 points on rock masses and the point load test also on 284 rock samples. The uniaxial compressive strength and seismic wave velocity of 60 rock specimens were measured in laboratory. These data were used to evaluate the rock quality of 5 rock slopes.
A numerical model that can simulate the nonlinear behavior of ultra high strength fiber-reinforced concrete (UHSFRC) structures subject to monotonic loadings is introduced. Since engineering material properties of UHSFRC are remarkably different from those of normal strength concrete and engineered cementitious composite, classification of the mechanical characteristics related to the biaxial behavior of UHSFRC, from the designation of the basic material properties such as the uniaxial stress-strain relationship of UHSFRC to consideration of the bond stress-slip between the reinforcement and surrounding concrete with fiber, is conducted in this paper in order to make possible accurate simulation of the cracking behavior in UHSFRC structures. Based on the concept of the equivalent uniaxial strain, constitutive relationships of UHSFRC are presented in the axes of orthotropy which coincide with the principal axes of the total strain and rotate according to the loading history. This paper introduces a criterion to simulate the tension-stiffening effect on the basis of the force equilibriums, compatibility conditions, and bond stress-slip relationship in an idealized axial member and its efficiency is validated by comparison with available experimental data. Finally, the applicability of the proposed numerical model is established through correlation studies between analytical and experimental results for idealized UHSFRC beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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