We conducted laboratory simulations of deep vertical drilling into the earth's crust to induce borehole breakouts and investigated their potential use for estimating in situ stress magnitudes in Westerly granite and Berea sandstone. Our experiments consisted of two major stages, a series of triaxial tests and borehole-breakout formation tests under a wide range of far-field stresses. We derived the Mohr-Coulomb, Nadai and Mogi failure criteria from the triaxial test results. Each criterion was compared with the stress condition at breakout boundaries. We concluded that the well known Mohr-Coulomb criterion is not compatible with the stress condition at breakout failure. On the other hand, polyaxial (truly triaxial) failure criteria such as the Nadai criterion for Berea sandstone and the Mogi criterion for Westerly granite were much more suitable for predicting breakout failure zone. Such failure criteria appeared to enable the reliable estimation of the magnitude of one of two horizontal principal stresses if the other one is known.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.657-662
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2007
We studied the piezoresistivity of a steel-alloy 'wire when the deformation exceeds the elastic limit. It is that the piezoresistivity of the steel-alloy wire could be modeled by a bilinear function. To predict the plastic piezoresistivity relation, we developed a simple plastic piezoresistivity model based on the classical hardening plasticity. If structural members such as prestressing tendons in concrete structures are concerned, it is a very efficient and simple tool for monitoring.
Kim, Byung-Il;Lee, Dong-Hyun;Kim, Sung-Shin;Kim, Chang-Dong
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.1218-1223
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2006
In this study a series of in-situ and laboratory tests such as SPT, CPT, DMT and oedometer test are performed and then the stress history of soft ground is evaluated from the different method for estimating preconsolidation pressure. Casagrande method(1936), which is generally used in the conventional design, overestimates to the known preconsolidation pressure but Becker method(1987) similarly estimates to the known values. Also the results of DMT is similar to that of Becker method, and SPT and CPT overestimates the stress history of investigated ground.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.815-822
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2004
A knowledge of in situ stress state is important to design various engineering structures such as dams, tunnels and so on. There are about three wellknown indicators that is, borehole will breakouts, hydraulic fracturing, ellipsoidal cross section of borehole that have been attributed to the state of stress in the vicinity of borehole. Fortunately, Televiewer traveltime image can be used as a caliper log with 144 or 288 arms, which allows to determine the borehole shape. Televiewer amplitude image will give detailed information about the distribution and character of breakouts and hydraulic fracturing as well. For investigation purposes, a series of boreholes(total 195 boreholes: 12.239m) that have been logged all over the country during past 10 years are analyzed. The primary objective of this paper are to examnine the ability of a Televiewer to determine the shape of borehole, to present data inferred by stress indicators, to indicate their possible relationship with the anisotropic horizontal stresses. It is shown that in most cases the fracture orientation statistically estimated from observed fractures denotes an excellent correlation with the orientations inferred by stress indicators. Many intervals of breakouts are terminated at the intersection of oblique fracture with the borehole. The results from Televiewer data are further compared with those of hydraulic fracturing techniques.
We propose a borehole test technique to estimate permeability of rocks in borehole. The borehole tests are hydraulic injection tests such as leak-off test and hydraulic fracturing tests, which are originally conducted for stress or casing integrity assessment and not for permeability measurement. We use one-dimensional radial diffusion equation to interpret fluid injection test results in terms of permeability. We apply this technique to a leak-off test conducted at a depth of 700 m in a wellbore, where rock formation is mudstone. The estimated permeability is at an order of $10^{-16}m^2$, which is somewhat high but within the range reported for mudstones previously. Quantitative rick assessment suggests that an accurate measurement of open hole section length is important to improve reliability of results. More data may be needed to ensure the reliability of this technique. If validated, however, this technique can provide cost-effective estimation of in situ permeability without conducting independent permeability tests in borehole.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2004.03b
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pp.44-49
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2004
The settlements of footings in send are often estimated based on the results of in-situ tests, particularly the standard penetration test (SPT) and the cone penetration test (CPT). In this paper, we analyze the load-settlement response of vertically loaded footings placed in sands using both the finite element method with a non-linear stress-strain model and the conventional elastic approach. Calculations are made for both normally consolidated and heavily overconsolidated sands with various relative densities. For each case, the cone penetration resistance qc is calculated using CONPOINT, a widely tested program that allows computation of qc based on cavity expansion analysis. Based on these analyses, we propose a procedure for the estimation of footing settlement in sands based on CPT results.
Wu, Na;Liang, Zhengzhao;Li, Yingchun;Qian, Xikun;Gong, Bin
Geomechanics and Engineering
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v.18
no.6
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pp.627-638
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2019
Estimation of representative elementary volume (REV) of jointed rock masses is critical to predict the mechanical behavior of field-scale rock masses. The REV of jointed rock masses at site is strongly influenced by stress state. The paper proposed a method to systematically studied the influence of confining stress on the REV of jointed rock masses with various strengths (weak, medium and strong), which were sourced from the water inlet slope of Xiaowan Hydropower Station, China. A finite element method considering material heterogeneity was employed, a series of two-dimensional (2D) models was established based on the Monte-Carlo method and a lot of biaxial compressive tests were conducted. Numerical results showed that the REV of jointed rock masses presented a step-like reduction as the normalized confining stress increased. Confining stress weakened the size effect of jointed rock masses, indicating that the REV determined under uniaxial compression test can be reasonably taken as the REV of jointed rock masses under complexed in-situ stress environment.
Ryu, Chang-Ha;Ryu, Dong-Woo;Choi, Byung-Hee;Synn, Dong-Ho;Loui, John P.
Tunnel and Underground Space
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v.18
no.5
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pp.343-354
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2008
A new method is suggested herein to measure the virgin earth stresses by means of a borehole. This novel concept is basically a combination of borehole stress relieving and borehole fracturing techniques. The destressing of the borehole is achieved by means of inducing thermal tensile stresses at the borehole periphery by using a cryogenic fluid such as Liquid Nitrogen($LN_2$). The borehole wall eventually develops fractures when the induced thermal stresses exceed the existing compressive stresses at the borehole periphery in addition to the tensile strength of the rock. The above concept is theoretically analyzed for its potential applicability to interpret in situ stress levels from the tensile fracture stresses and the corresponding borehole wall temperatures. Coupled thermo-mechanical numerical simulations are also conducted using FLAC3D, with thermal option, to check the validity of the proposed techniques. From the preliminary theoretical and numerical analysis, the method suggested for the measurement of in situ stresses appears to be capable of accurate estimation of the virgin stresses by monitoring tensile crack formation at a borehole wall and recording the wall temperatures at the time of crack initiation.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.2A
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pp.363-370
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2006
It is proposed that the electromechanical relation of the conductive materials with high electrical resistance may be used to estimate the current stress of prestressing tendons. To choose the best conductive material to this end, we studied the electromechanical relations of carbon fibers and metalic heat wires experimentally. The strain of those materials was controlled instead of the stress during the experiment. It is found that the relation of carbon fibers can be modelled by a parabolic(or hyperbolic) function in the early stage of deformation. However because the relation is not consistent when it is unloaded and reload, carbon fibers are not suitable for this purpose. Metallic heat wires show a consistent linear relation during loading and unloading in the elastic deformation and are suitable for this purpose. To estimate the electromechanics relation of metallic wires, we developed a simple formula based on the rigid plasticity. We propose a new kind of prestressing tendons whose stress can be monitored. As a side result of this study, we found that the electromechanical relation of carbon fibers without epoxy matrix becomes almost linear after a certain strain.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.3
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pp.227-235
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2004
Tunneling in rock mass produces two types of damages in the vicinity of a tunnel: structural and constructional damages. Structural damage represents the damage induced by the unbalance of geostatic stress caused by the tunneling, and constructional damage is the damage produced during the construction. In this study, formulations of tangential and radial stresses in the elastic and plastic zones near a tunnel, and the calculation of radius of plastic zone surrounding a tunnel are introduced by modifying the Hoek-Brown criterion of 2002 edition, which has capability of considering in situ rock mass characteristics and construction damage. From the parametric study, influences of rock mass quality, uniaxial compressive strength of intact rock, and the dimension of the tunnel on the plastic zone are investigated. The accuracy of the proposed approach is evaluated by comparing with results from the previous study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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