Blind hydraulic backfilling is a commonly used technique for subsidence control of the strata over unapproachable waterlogged underground excavations. In this investigation model studies on all the three variants of this technique, namely, hydro-pneumatic or air-assisted gravity backfilling, pumped-slurry backfilling and simple gravity backfilling, have been carried out in fully transparent models of the underground excavations. On examination of the filling process, it was revealed that in all the three cases, the basic process of filling occurs by sand transport along one or more meandering channels. The relative influence of sand, water and air flow rates on the area of filling from a single inlet point and the hydraulic pressure loss per unit length were studied in details. In hydro-pneumatic backfilling process, the air bubbles while moving upward through the meandering channels provide an additional buoyant force over and above the available hydraulic head. In this way the area of filling from a single borehole may be quite large even at small flow rates of water. During actual field implementation the injected air, if not released completely from the rise side holes, may cause troubles by way of creating potholes on the surface. The pumped-slurry technique has shown its capability of filling a relatively larger area at faster rate, especially when high-volume, low-pressure method was selected. But simple gravity filling was also found to be equally effective method as slurry pumping, especially when flow rates were high. In the second and third method discussed above, examination of variations of injection pressure was also done and its relation with physical phenomenon was also attempted. Some empirical relationships were also developed using multivariate regression with a view to help the practicing engineers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.4
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pp.395-405
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2004
The filling pattern and an adaptive grid refinement based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible transient viscous flow with free surfaces. The governing equation for flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The mixed FE formulation and predictor-corrector method are used effectively for unsteady numerical simulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the filling pattern technique to select an adequate pattern among four filling patterns at each triangular control volume. By adaptive grid refinement, the new flow field that renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. In this domain the elements in the surface region are made finer than those in the remaining regions for more efficient computation. Using the proposed numerical technique, the collapse of a water dam has been analyzed to predict flow phenomenon of fluid and the predicted front positions with respect to time have been compared with the reported experimental results.
Kim, Hyeong-Joo;Won, Myoung-Soo;Lee, Jang-Baek;Joo, Jong-Hoon;Jamin, Jay C.
Geomechanics and Engineering
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v.9
no.2
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pp.243-259
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2015
Comparative study has been performed to investigate the behavior of dredged fills on rigid (Model 1) and flexible (Model 2) containers. The study was focused on the sedimentation of soil fills and the development of total stresses. Model 1 is made of an acrylic cylinder and Model two is a scale-size geotextile tube. Results indicate that for rigid containers, significant decrease of the sediment height is apparent during the dewatering process. On the other hand, because the geotextile is permeable, the water is gradually dissipated during the filling process on flexible containers. Hence, significant loss in the tube height is not apparent during the duration of the test. Pressure spikes are apparent on rigid containers during the filling process which can be attributed to the confining effect due to hydrostatic pressure. For the flexible containers, the pressure readings gradually increases with time during the filling process and normalize at the end on the filling stage. No pressure spikes were apparent due to the gradual dissipation of pore water pressure.
Perfluorinated sulfonic acid ionomers (PFSAs) have been widely as solid electrolyte materials for polymer electrolyte membrane fuel cells, since they exhibit excellent chemical durability under their harsh application conditions as well as good proton conductivity. Even PFSA materials, however, suffer from physical failures associated with repeated membrane swelling and deswelling, resulting in fairly reduced electrochemical lifetime. In this study, pore-filling membranes are prepared by impregnating a Nafion ionomer into the pore of a porous PTFE support film and their fundamental characteristics are evaluated. The developed pore-filling membranes exhibit extremely high proton conductivity of about $0.5S\;cm^{-1}@90^{\circ}C$ in liquid water.
As high-level radioactive waste (HLW) generated from nuclear power plants is harmful to the human body, it must be safely disposed of by an engineered barrier system consisting of disposal canisters and buffer and backfill materials. A gap exists between the canister and buffer material in a HLW repository and between the buffer material and natural rock-this gap may reduce the water-blocking ability and heat transfer efficiency of the engineered barrier materials. Herein, the basic characteristics and thermal properties of granular bentonite, a candidate gap-filling material, were investigated, and their effects on the temperature change of the buffer material were analyzed numerically. Heat transfer by air conduction and convection in the gap were considered simultaneously. Moreover, by applying the Korean reference disposal system, changes in the properties of the buffer material were derived, and the basic design of the engineered barrier system was presented according to the gap filling material (GFM). The findings showed that a GFM with high initial thermal conductivity must be filled in the space between the buffer material and rock. Moreover, the target dry density of the buffer material varied according to the initial wet density, specific gravity, and water content values of the GFM.
Water damage is one of the five disasters that affect the safety of coal mine production. The erosion of rocks by water is a very important link in the process of water inrush induced by fault activation. Through the observation and experiment of fault filling samples, according to the existing rock classification standards, fault sediments are divided into breccia, dynamic metamorphic schist and mudstone. Similar materials are developed with the characteristics of particle size distribution, cementation strength and water rationality, and then relevant tests and analyses are carried out. The experimental results show that the water-rock interaction mainly reduces the compressive strength, mechanical strength, cohesion and friction Angle of similar materials, and cracks or deformations are easy to occur under uniaxial load, which may be an important process of water inrush induced by fault activation. Mechanical experiment of similar material specimen can not only save time and cost of large scale experiment, but also master the direction and method of the experiment. The research provides a new idea for the failure process of rock structure in fault activation water inrush.
In the water-filling and preloading test, the sensing cables were installed on the surface of steel spiral case and in the surrounding concrete to monitor the strain distribution of several cross-sections by using Brillouin Optical Time Domain Analysis (BOTDA), a kind of distributed optical fiber sensing (DOFS) technology. The average hoop strain of the spiral case was about $330{\mu}{\varepsilon}$ and $590{\mu}{\varepsilon}$ when the water-filling pressure in the spiral case was 2.6 MPa and 4.1 MPa. The difference between the measured and the calculated strain was only about $50{\mu}{\varepsilon}$. It was the first time that the stress adjustment of the spiral case was monitored by the sensing cable when the pressure was increased to 1 MPa and the residual strain of $20{\mu}{\varepsilon}$ was obtained after preloading. Meanwhile, the shrinkage of $70{\sim}100{\mu}{\varepsilon}$ of the surrounding concrete was effectively monitored during the depressurization. It is estimated that the width of the gap between the steel spiral case and the surrounding concrete was 0.51 ~ 0.75 mm. BOTDA based distributed optical fiber sensing technology can obtain continuous strain of the structure and it is more reliable than traditional point sensor. The strain distribution obtained by BOTDA provides strong support for the design and optimization of the spiral case structure.
Fluctuations in groundwater level are the major cause of ground subsidence in the abandoned limestone mine. In this study, evaluation of groundwater flow under three different cases of natural condition, aggregate-filling, temporary drainage in groundwater-saturated limestone mine cavities was executed by 3-dimensional analysis. In the case of aggregate-filling, although the water level both in the upper ground of mine cavities and an agricultural watershed was elevated, it was lower than the water level fluctuation of an agricultural water use and rainfall and the flow rate was similar to the flow rate of natural condition. In the case of temporary drainage, as the water level in the upper ground of mine cavities and an agricultural watershed decrease rapidly and the flow rate has increased by 25times, so the risk of ground subsidence increased.
With the development of infrastructure, there is a critical shortage of filling materials all over the word. However, a large amount of silt accumulated in the lower reaches of the Yellow River is treated as waste every year, which will cause environmental pollution and waste of resources. Microbial induced calcium carbonate precipitation (MICP) technology, with the advantage of efficient, economical and environmentally friendly protection, is selected to solidify the abandoned Yellow River silt with poor mechanical properties into high-quality filling material in this paper. Based on unconfined compressive strength (UCS) test, determination of calcium carbonate (CaCO3) content and scanning electron microscope (SEM) test, the effects of cementation solution concentration, treatment times and relative density on the solidification effect were studied. The results show that the loose silt particles can be effectively solidified together into filling material with excellent mechanical properties through MICP technology. The concentration of cementation solution have a significant impact on the solidification effect, and the reasonable concentration of cementation solution is 1.5 mol/L. With the increase of treatment times, the pores in the soil are filled with CaCO3, and the UCS of the specimens after 10 times of treatment can reach 2.5 MPa with a relatively high CaCO3 content of 26%. With the improvement of treatment degree, the influence of relative density on the UCS increases gradually. Microscopic analysis revealed that after MICP reinforcement, CaCO3 adhered to the surface of soil particles and cemented with each other to form a dense structure.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.11
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pp.1348-1358
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2004
The filling pattern and an adaptive grid refinement based on the finite element method and Eulerian mesh advancement approach have been developed to analyze incompressible transient viscous flow with free surfaces. The governing equation fur flow analysis is Navier-Stokes equation including inertia and gravity effects. The mixed FE formulation and predictor-corrector method are used effectively for unsteady numerical simulation. The flow front surface and the volume inflow rate are calculated using the filling pattern technique to select an adequate pattern among seven filling patterns at each tetrahedral control volume. By adaptive grid refinement, the new flow field that renders better prediction in flow surface shape is generated and the velocity field at the flow front part is calculated more exactly. In this domain the elements in the surface region are made finer than those in the remaining regions for more efficient computation. The collapse of a water dam and the filling of a fluidity spiral have been analyzed. The numerical results have been in good agreement with the experimental results and the efficiency of the adaptive grid refinement and filling pattern techniques have been verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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