Rock mass contains discontinuities such as faults and joints, and their mechanical properties and spatial distribution dominate the stability of rock mass. Because the deformation of rock mass occurs discontinuities in many cases. However in the case of poor quality rock mass under high stresses, the deformation along intact rock can also influence the structure's stability. In this study, two dimensional finite element program was developed with a rheological model to analyze the stability of the structure excavated in jointed rock mass. The “equivalent material” approach was used assuming intact rock, joints and rock bolts as visco-plastic materials. The program was verified by analysing an intact rock model, a jointed rock mass model and a reinforced jointed rock mass model. The displacement was examined in each model with changing the intact rock behaviour as elastic and visco-plastic. In the case of poor quality rock mass under high stresses, e assumption of visco-plastic behaviour of intact rock resulted in larger displacement than when assuming elastic behaviour for intact rock. Therefore it is recommended to add intact rock's visco-plastic behaviour to the existing model, which only assumes visco-plastic behaviour of joints and rock bolts.
Thermomechanical analysis is conducted on the radioactive repository in deep rock mass considering the in-situ stress, excavation and thermal loading of a radioactive waste. Thermomechanical properties of a discontinuous rock mass are estimated by a theoretical method so called sequential analysis. Using the estimated properties as input for finite element analysis, the influence on temperature distribution and thermal stress is analyzed within the scope of 2-dimensional steady state and transient heat transfer and coupled thermal elastic plastic behaviour. Granitic rock mass is taken for this analysis. The analysis is done for two different rock mass conditions, i.e. continuous-homogeneous and highly jointed conditions, for the purpose of comparison. In the case of steady state, the extent of disturbed zone around the storage tunnel due to the heat production of the spent-fuel canister varies depending on the thermomechanical properties of the rock mass. In the case of transient analyses, the response of the jointed rock mass to the thermal loading after radioactive waste disposal varies significantly with time, resulting in dramatic changes in the both size and location of disturbed zone.
The synthetic rock mass (SRM) were used to investigate the influence of specimen size on the mechanical properties of jointed rock mass. The SRM were established based on parallel bond model (PBM) and smooth joint model (SJM) and the scaled rock specimens were sampled in two SRMs considering three sampling locations. The research results show that the smaller the initial fracture density is, the greater the uniaxial compressive strength (UCS), elastic modulus (E) is when compared with the same sampling location. The mechanical properties of rock specimens obtained by different sampling methods in different SRMs have different scale effects. The strength of rock specimens with more new cracks is not necessarily less than that of rock specimens with fewer new cracks and the failure of rock is caused by the formation of macro-fracture surface.
Index tests are useful because they are rapid and cheap-and if bias is known the fundamental property can be estimated, as when estimating the compressive strength or the tensile sterngth from the rock test hammer value. Index tests which have proved to be very useful are the rock test hammer, the point load test and sonic velocity test. These can provide index values in their owing right or be used to estimate the compressive strength, the tensile strength and elastic modulus. Because of the heterogeneous and fractured nature of rock, many index tests have been developed for a variety of purposes, e.g.for use in rock mass classification schemes.
Multi-specimen uniaxial compression test has been carried out in order to find the method to determine the five independent elastic constants from a single standard specimen of a transversely isotropic rock. Total 35 specimens of 7 different angles from a large block of rhyolite presenting the flow structure obviously are used in tests. This second report is to focus on the statistical evaluation of measured strains and analyzed elastic constants. And the determination of their true or near-true values is discussed. As the result of RSD analysis, it turns out that the reliability of measured strains is sufficiently obtained and Saint-Venant approximation is well applicable except 15 degree angled specimen in tests. RSD is decreasing on the increase of the angle of anisotropy. This tendency may be caused not only by the decreasing of the deviation of measured strains, but also by the better applicability of Saint-Venant approximation on the increase of angle. It can be concluded that the analyzed values are considered the near-true ones of five independent constants on the high reliability. But the variation of the apparent Young's modulus expected by these values is not proved to match the measured tendency. It is inferred that the factor to decrease the apparent Young's modulus and/or to increase the shear strain, is present in the test or in the nature of the anisotropy in consideration of this inconsistency.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.12
no.4
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pp.295-306
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2010
Contrary to an intact rock, the jointed rock mass shows strain-dependent deformation characteristics (elastic modulus and damping ratio). The maximum elastic modulus of a rock mass can be obtained from an elastic wave-based exploration in a small strain level and applied to seismic analyses. However, the assessment and application of the non-linear characteristics of rock masses in a small to medium strain level ($10^{-4}{\sim}0.5%$) have not been carried out yet. A non-linear dynamic analysis module is newly developed for FLAC3D to simulate strain-dependent shear modulus degradation and damping ratio amplification characteristics. The developed module is verified by analyzing the change of the Ricker wave propagation. Strain-dependent non-linear characteristics are obtained from disks of cored samples using a rock mass dynamic testing apparatus which can evaluate wave propagation characteristics in a jointed rock column. Using the experimental results and the developed non-linear dynamic module, seismic analyses are performed for the intersection of a shaft and an inclined tunnel. The numerical results show that vertical and horizontal displacements of non-linear analyses are larger than those of linear analyses. Also, non-linear analyses induce bigger bending compressive stresses acting on the lining. The bending compressive stress concentrates at the intersection part. The fundamental understanding of a strain-dependent jointed rock mass behavior is achieved in this study and the analytical procedure suggested can be effectively applied to field designs and analyses.
Park, Chul-Whan;Park, Chan;Synn, Joong-Ho;Jung, Yong-Bok
Tunnel and Underground Space
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v.20
no.6
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pp.455-464
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2010
The variations of the uniaxial compressive strength, the strains and the elastic constants with respect to the angle of anisotropy are analyzed in order to investigate the characteristics of a transversely isotropic rock experimentally. Total 35 specimens of 7 different angles from a large block of rhyolite presenting the flow structure obviously are used in tests. This study is composed of two reports; the elastic constants are mainly analyzed for the every individual angle in the report No. 1 and they will be discussed synthetically in the report No. 2. From the specimens of 0 and 90 degree, 4 independent elastic constants which can directly be obtained without the help of any other suggested equations, may be referred to the true values. Data variation in the strain measurements differs on the angle is analyzed. That of small angle specimens tends higher than that of large angle specimens. The relation of apparent Young’s modulus and angle is found to be M- or U-shaped. For small angle specimens, Saint-Venant approximation cannot be applied successfully on account of showing the non-monotonous increase, and E1 is analyzed out of the true value range. In the specimen of $\phi$ = 75, the deviation of strain measurement and strength are smallest and 4 all constants are analyzed in the true value range. Therefore, specimen of the angle of around 75 may become preferable if only one specimen should be used in test of a transversely isotropic rock.
Dynamic rock property is one of most important parameters in design of earthquake-resistant structures. In this study, free-free resonant column test has been conducted to obtain dynamic Young's modulus, dynamic shear modulus, and damping ratio among dynamic properties with granite specimen of Chungnam Yeongi area. The dynamic properties obtained from this test were compared with the physical properties from static rock tests, and their relationship has been analyzed. From our study, it has been concluded that the dynamic Young's modulus and the dynamic shear modulus are linearly proportional to the elastic wave velocity. And also the damping ratio has been identified to be in non-linear inverse proportion to the elastic wave velocity.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.1
no.4
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pp.11-20
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1997
The aseismic capacity of a traditional three-bay-straw-roof wooden house for rock site condition is quantitatively estimated. One 1/4 scale model was tested for the Nahanni Earthquake with peak ground accelerations from 0.1g to 0.6g. The natural frequency of the wooden house in elastic range is 1.66 Hz and 2.15 Hz in longitudinal and transversal direction, respectively. Damping ratio of the house in elastic range is 7%. The horizontal acceleration response of the house is significantly reduced compared with the input motion due to the nonlinear inelastic characteristics of the Sagae-machum joint of the frame. The traditional wooden house has high aseismic capacity in the rock site condition where high frequency contents of motion are predominant.
The constrained conditions of roof and floor for the coal pillar affect the strength of coal pillar very seriously. To analyze the influence of rock mass for the roof and floor on the stability of coal pillar comprehensively, one method based on the mechanical method for the composite rock mass was proposed. In this method, the three rock layers of roof, floor and coal pillar are taken as the bedded composite rock mass. And the influence of rock mass for the roof and floor on the elastic core of coal pillar has been analyzed. This method can obtain not only the derived stress by the cohesive constraining forces for the coal pillar, but also the derived stress for the rock mass of the roof and floor. Moreover, the effect of different mechanical parameters for the roof and floor on the stability of coal pillar have been analyzed systematically. This method can not only analyze the stability of strip coal pillar, but also analyze the stability of other mining pillars whose stress distribution is similar with that of the strip coal pillar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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