A detailed understanding of the mechanical behaviors for crushed coal rocks after grouting is a key for construction in the broken zones of mining engineering. In this research, experiments of grouting into the crushed coal rock using independently developed test equipment for solving the problem of sampling of crushed coal rocks have been carried out. The application of uniaxial compression was used to approximately simulate the ground stress in real engineering. In combination with the analysis of crack evolution and failure modes for the grouted specimens, the influences of different crushed degrees of coal rock (CDCR) and solidified grout strength (SGS) on the mechanical behavior of grouted specimens under uniaxial compression were investigated. The research demonstrated that first, the UCS of grouted specimens decreased with the decrease in the CDCR at constant SGS (except for the SGS of 12.3 MPa). However, the UCS of grouted specimens for constant CDCR increased when the SGS increased; optimum solidification strengths for grouts between 19.3 and 23.0 MPa were obtained. The elastic moduli of the grouted specimens with different CDCR generally increased with increasing SGS, and the peak axial strain showed a slightly nonlinear decrease with increasing SGS. The supporting effect of the skeleton structure produced by the solidified grouts was increasingly obvious with increasing CDCR and SGS. The possible evolution of internal cracks for the grouted specimens was classified into three stages: (1) cracks initiating along the interfaces between the coal blocks and solidified grouts; (2) cracks initiating and propagating in coal blocks; and (3) cracks continually propagating successively in the interfaces, the coal blocks, and the solidified grouts near the coal blocks. Finally, after the propagation and coalescence of internal cracks through the entire specimens, there were two main failure modes for the failed grouted specimens. These modes included the inclined shear failure occurring in the more crushed coal rock and the splitting failure occurring in the less crushed coal rock. Both modes were different from the single failure mode along the fissure for the fractured coal rock after grouting solidification. However, compared to the brittle failure of intact coal rock, grouting into the different crushed degree coal rocks resulted in ductile deformation after the peak strength for the grouted specimens was attained.
Ahmad, Mubasher;Ahmed, Nisar;Khalid, Perveiz;Badar, Muhammad A.;Akram, Sohail;Hussain, Mureed;Anwar, Muhammad A.;Mahmood, Azhar;Ali, Shahid;Rehman, Anees U.
Geomechanics and Engineering
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v.17
no.4
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pp.343-354
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2019
The present study demonstrates the application of seismic petrophysics and amplitude versus angle (AVA) forward modeling to identify the reservoir fluids, discriminate their saturation levels and natural gas composition. Two case studies of the Lumshiwal Formation (mainly sandstone) of the Lower Cretaceous age have been studied from the Kohat Sub-basin and the Middle Indus Basin of Pakistan. The conventional angle-dependent reflection amplitudes such as P converted P ($R_{PP}$) and S ($R_{PS}$), S converted S ($R_{SS}$) and P ($R_{SP}$) and newly developed AVA attributes (${\Delta}R_{PP}$, ${\Delta}R_{PS}$, ${\Delta}R_{SS}$ and ${\Delta}R_{SP}$) are analyzed at different gas saturation levels in the reservoir rock. These attributes are generated by taking the differences between the water wet reflection coefficient and the reflection coefficient at unknown gas saturation. Intercept (A) and gradient (B) attributes are also computed and cross-plotted at different gas compositions and gas/water scenarios to define the AVO class of reservoir sands. The numerical simulation reveals that ${\Delta}R_{PP}$, ${\Delta}R_{PS}$, ${\Delta}R_{SS}$ and ${\Delta}R_{SP}$ are good indicators and able to distinguish low and high gas saturation with a high level of confidence as compared to conventional reflection amplitudes such as P-P, P-S, S-S and S-P. In A-B cross-plots, the gas lines move towards the fluid (wet) lines as the proportion of heavier gases increase in the Lumshiwal Sands. Because of the upper contacts with different sedimentary rocks (Shale/Limestone) in both wells, the same reservoir sand exhibits different response similar to AVO classes like class I and class IV. This study will help to analyze gas sands by using amplitude based attributes as direct gas indicators in further gas drilling wells in clastic successions.
PURPOSES: It is theoretically well known all over the world, that porous hot mixed asphalt (HMA) with hydrated Lime improves moisture and rutting resistance, and reduces pothole occurrence frequency, as well as the life cycle cost (LCC). METHODS : Addictive in the two different formations of the liquid anti-stripping Agent and powder Hydrated-Lime was applied in this investigation in order to obtain relatively clear results according to their types and conditions. Firstly, the moisture conditions were set, and applied to the porous HMA mixtures with hydrated lime (anti-stripping agent). Next, it was followed by a non-destructive test with the application of three freeze-thaw cycles, which were individually carried out thrice to compare the results of the dynamic moduli. Lastly, the hydrated lime effect related to moisture sensibility to porous HMA has been verified through the analysis of the modulus results regarding the change rate of dynamic modulus per n-cycle. RESULTS: It is clear from this investigation, that the dynamic modulus is inversely proportional to the change in temperature, as the graph representing the rigidity of the thermorheologically simple (TRS) material showed gradual decline of the dynamic modulus with the increase in temperature. CONCLUSIONS: The porous HMA mixture with the anti-stripping agent (hydrated Lime) has been found to be more moisture resistant to freezing and thawing than the normal porous HMA mixture. It is clear that the hydrated lime helps the HMA mixture to improve its fatigue resistance.
aThe elastic properties of the fault zone (width; 3~12m), the shattered zone (width; over 40m) and the fresh rock zone distributed under the core foundation of fill dam in granitic gneiss have widely different range. The deformation moduli of the fresh rock zone, the fault zone and the shattered zone obtained from in situ rock tests - Plate Load Test and Bore Hole Deformation Test - show a range of $42,000~168,000kg/\textrm{cm}^2,{\;}963~2,204kg/\textrm{cm}^2{\;}and{\;}1,238~2,098kg/\textrm{cm}^2$, respectively. The differential settlements hetween the fault zone and the fresh rock zone are expected after the dam construction. Therefore, the displacement of foundation and concrete fill are evaluated using FEADAM 84 program of finite element analysis. The geometric distribution of discontinuifies obtained from the site mapping and drilling is considered in the finite element analysis. The analysis shows that the differential settlements between the fault zone and the fresh rock zone is about 6cm, while that of concrete fill is within 0.5cm.
The validity of Eshelby-type model with Mori-Tanaka's mean field theory to predict the effective material properties of composites have been investigated in terms of filler size and its arrangement. The 2-dimensional plate composites including constant volume fraction of fillers are used as the model composite for the analytical studies, where the filler size and its arrangement are considered as parameters. The exact effective material properties of the composites are computed by finite element analysis(FEA), which are compared with effective material properties from the Eshelby-type model. Although the fillers are periodically or randomly arranged, the average Young's moduli by Eshelby-type model and FEA are in good agreement, specially for the ratio of specimen size to filler size being smaller than 0.03. However, Poisson's ratio of the composite by the Eshelby-type model is overestimated by $20\%$.
Objective : To investigate the effects of posterior implant rigidity on spinal kinematics at adjacent levels by utilizing a cadaveric spine model with simulated physiological loading. Methods : Five human lumbar spinal specimens (L3 to S1) were obtained and checked for abnormalities. The fresh specimens were stripped of muscle tissue, with care taken to preserve the spinal ligaments and facet joints. Pedicle screws were implanted in the L4 and L5 vertebrae of each specimen. Specimens were tested under 0 N and 400 N axial loading. Five different posterior rods of various elastic moduli (intact, rubber, low-density polyethylene, aluminum, and titanium) were tested. Segmental range of motion (ROM), center of rotation (COR) and intervertebral disc pressure were investigated. Results : As the rigidity of the posterior rods increased, both the segmental ROM and disc pressure at L4-5 decreased, while those values increased at adjacent levels. Implant stiffness saturation was evident, as the ROM and disc pressure were only marginally increased beyond an implant stiffness of aluminum. Since the disc pressures of adjacent levels were increased by the axial loading, it was shown that the rigidity of the implants influenced the load sharing between the implant and the spinal column. The segmental CORs at the adjacent disc levels translated anteriorly and inferiorly as rigidity of the device increased. Conclusion : These biomechanical findings indicate that the rigidity of the dynamic stabilization implant and physiological loading play significant roles on spinal kinematics at adjacent disc levels, and will aid in further device development.
The purpose of this study is to demonstrate the effect of in-situ rock stresses on the deformability and permeability of fractured rocks. Geological data were taken from the site investigation at Forsmark, Sweden, conducted by Swedish Nuclear Fuel and Waste Man-agement Company (SKB). A set of numerical experiments was conducted to determine the equivalent mechanical properties (essentially, elastic moduli and Poisson's ratio) and permeability, using a Discrete Fracture Network-Discrete Element Method (DFN-DEM) approach. The results show that both mechanical properties and permeability are highly dependent on stress because of the hyperbolic nature of the stiffness of fractures, different closure behavior of fractures, and change of fluid pathways caused by deformation. This study shows that proper characterization and consideration of in-situ stress are important not only for boundary conditions of a selected site but also for the understanding of the mechanical and hydraulic behavior of fractured rocks.
It is widely accepted that the pressure variation of interstitial fluid is one of the most important factors in bone physiology. In order to understand the role of interstitial fluid on porous bony structure, a consideration for the biomechanical interactions between fluid and solid constituents within bone is required. In this study, a poroelastic theory was applied to investigate the elastic behavior of calf vertebral trabecular bone composed of the porous solid trabeculae and the viscous bone marrow. The poroelastic behavior of trabecular bone in a uniaxial stress condition was simulated using a commercial finite difference analysis software (FLAC, Itasca Consulting Group, USA), and tested for 5 different strain rates, i.e., 0.001, 0.01, 0.1, and 10 per second. The material properties of the calf vertebral trabecular bone were utilized from the previous experimental study. Two asymptotic poroelastic responses, the drained and undrained deformations, were predicted. From the predicted results for the simulated five strain rates, it was found that the pore pressure generation has a linearly increasing behavior when the strain rate is the highest at 10 per second, otherwise it showed a nonlinear behavior. The pore pressure generation with respect to the strain was found to be increased as the strain rate increased. The elastic moduli predicted at each strain were 208.3, 212.2, 337.6, 593.1, and 602.2 MPa, respectively. Based on the results of the present study, it was suggested that the calf vertebral trabecular bone could be modeled as a poroelastic material and its strain rate dependent material behavior could be predicted.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.6
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pp.695-700
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2010
Material properties of the lock plate, which covers the gas-turbine blade, are studied using ultrasonic guided waves. The lock plate is a crucial part of a gas-turbine power plant. The wave velocity and attenuation coefficient are measured to investigate the changes in the material properties under three heat-treatment conditions. Compared to the destructive mechanical tests, the material characterization of Inconel X-750 can be performed more efficiently and nondestructively by using ultrasonic guided waves; this characterization helps identify the changes occurring in its elastic moduli and Poisson's ratio under different heat-treatment conditions. The wave velocity and hardness of Inconel X-750 are proportional to each other. This nondestructive technique for the measurement of material properties can be widely used in various industries to avoid catastrophic failure. It is also expected that the guided-wave technique can be applied as a new cost- and time-saving inspection tool for longer and wider inspection ranges.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.3
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pp.59-65
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1991
Failure criteria for asphalt concrete pavements are developed combining the AASHTO design equation and the multi-layered elastic theory. Thickness range including typical layer thicknesses of four-layer Korea highway structures are employed for pavement structure models. Total of 2430 pavement models with different layer thicknesses and moduli are analyzed. Models with crushed stone and asphalt stabilized base courses are equally included in the analysis. Number of load repetition and the maximum tensile strain at the bottom of asphalt layer are computed from the AASHTO design equation with terminal PSI=2.5 and multi-layered elastic computer program, SINELA, respectively. Failure criteria are developed through the regression analysis. From the analysis, failure criteria for the asphalt concrete pavements with 50% and 95% reliability levels are developed. It is found that the failure criterion of 95% reliability level gives similar results with existing fatigue failure criteria whose terminal performance condition is crack development when compared in a graphical form an equation to estimate failure criterion for a specific reliability level is also proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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