The change of strain-dependent hydraulic conductivity around mined panels due to subsidence is examined where normal and shear strains, modulus reduction ratio and joint spacing are major factors controlling the changes of hydraulic conductivity. Modulus reduction ratio and joint spacing are defined through RMR and RQD, respectively. Utilizing these two empirical parameters, changes of hydraulic conductivity values of a full gamut of rock mass conditions are determined. The change of hydraulic conductivity is not apparent in the near surface area and more significant change takes place in the area around mined panels. A zone of strong influence from the subsidence extends to a height of approximately 20m above mined panels. The shear strain does also play the role of increasing a hydraulic conductivity around mined panels. As RMR of rock mass decreases, a hydraulic conductivity is found to be increased and this means that subsidence in a poor rock with low RMR has a great effect on a hydraulic conductivity field.
Park, Seunghun;Yoon, Seok;Kwon, Sangki;Kim, Geon-Young
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.18
no.2
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pp.133-141
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2020
A geological repository comprises a natural barrier and an engineered barrier system. Its design components consist of canisters, buffers, backfill, and near-field rock. Among the engineered barrier system components, bentonite buffers minimize the groundwater flow from near-field rock and prevent the release of nuclide. Investigation of the hydraulic conductivity of the buffer to groundwater flow is an important factor in the performance evaluation of the stability and integrity of the engineered barrier of the repository. In this study, saturated hydraulic conductivity tests were performed using Gyeongju bentonite at various dry densities and temperatures, and a hydraulic conductivity prediction model was developed through multiple regression analysis using the 120 result sets of hydraulic conductivity. The test results showed that the hydraulic conductivity tends to decrease as the dry density increases. In addition, the hydraulic conductivity increased with increasing temperature. The multiple regression analysis results showed that the coefficient of determination (R2) of the hydraulic conductivity prediction equation was as high as 0.93. The hydraulic conductivity prediction equation presented in this study could be used for the design of engineered barrier systems.
When microorganism is injected into porous medium such as soils, biomass is retained in the pore. Soil pore size and shape are varied from the initial condition as a result of biofilm formation which makes hydraulic conductivity reduced and friction rate between soil aggregates increased. In this research, hydraulic conductivity reduction was measured after microorganism are inoculated and cultured with synthetic substrate and nutrient. In addition, this research evaluated the applicability of biomass-soil mixture to the field condition as an alternative cover material in landfill by measuring hydraulic conductivity change after repetitive freeze-thaw cycles. Hydraulic conductivity of silty soil decreased by approximately 1/50 after biomass inoculation and cultivation. Biofilm attached on soil aggregates is resistant to acidic or basic condition. After repetitive freeze-thaw cycles, however, hydraulic conductivity increase implies that biomass clogging can be impaired.
In this study, a newly modified 3-dimensional strain-dependent hydraulic conductivity modification relation which incorporates the influences of normal deformation and shear dilation is suggested. Since rock mass is simulated as a orthogonally jointed medium, an anisotropic hydraulic conductivity field can be evaluated using that relation. The empirical relationship on the basis of GSI and disturbance factor has been used to estimate the value of a modulus reduction ratio (ratio of rock mass deformation modulus to rock matrix elastic modulus). Principal hydraulic conductivity directions is not generally coincident with the global coordinate due to the inclining of joint and the influence of joint inclination is evaluated under strain rotation. Result shows that change of hydraulic conductivity does decreases with the increase of GSI and disturbance factor has much effects on the hydraulic conductivity of rock mass getting GSI value above 50. It is found that the inclination of joint impacts on the variation of hydraulic conductivity.
The methods for estimating in-situ hydraulic conductivity ($k_{hp}$) and coefficient of consolidation ($c_{hp}$) in the horizontal direction from piezocone penetration and dissipation test results have been investigated using test results at two sites in Saga, Japan. At the two sites the laboratory values of hydraulic conductivity ($k_v$) and coefficient of consolidation ($c_v$) in the vertical direction are also available. Comparing $k_{hp}$ with $k_v$ and $c_{hp}$ with $k_v$ values, suitable methods for estimating $k_{hp}$ and $c_{hp}$ values are recommended. For the two sites, where $k_{hp}{\approx}k_v$ and $c_{hp}{\approx}2c_v$. It is suggested that the estimated values of $k_{hp}$ and $c_{hp}$ can be used in engineering design.
Dae-Sung Cheon;Heejun Suk;Seong Kon Lee;Tae-Hee Kim;Ki Seog Kim;Seong-Chun Jun;SeongHo Bae
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.4
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pp.393-412
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2024
In selecting a disposal site for high-level radioactive waste, the hydrogeological research of the site is very important, and the hydraulic conductivity and the storage coefficient are key parameters. In this study, the hydraulic conductivity obtained by two different types of field hydraulic test equipment and methods was compared and analyzed for the deep granite rockmass in the Wonju area to understand the hydraulic characteristics of the deep granite rockmass. One was to perform the lugeon test, constant pressure injection test, and slug test at a maximum depth of 602.0 m by using the auto pressure/flow injection system, and the calculated hydraulic conductivity ranged from 1.26E-9 to 4.16E-8 m/s. In the overall depth, the maximum and minimum differences of the hydraulic conductivity were found to be about 33 times, and in the same test section, the difference by test method or analysis method was 1.13 to 8.25 times. In the other, the hydraulic conductivity calculated by performing a constant pressure injection test and a pulse test at a maximum depth of 705.1 m using the deep borehole hydraulic testing system was found to be 1.60E-10 to 2.05E-8 m/s, and the maximum and minimum differences were found to be about 130 times. In the constant pressure injection test, the difference depending on the analysis method was found to be 1.02 to 2.8 times. The hydraulic conductivity calculated by the two test equipment and methods generally showed similar ranges as E-9 and E-8 m/s, and no clear trend was observed according to depth. It was found that the granite rockmass in the Wonju area where the field hydraulic test was conducted showed low or very low rockmass permeability, and although there are differences in the range of hydraulic conductivity and the depth of application that can be measured depending on the applied test equipment and test method, it is generally believed that reliable results were presented.
Injection grouting is one of the most common ground improvement practice to increase the strength and reduce the hydraulic conductivity of soils. Owing to the environmental concerns of conventional grout materials, such as cement-based or silicate-based materials, bio-inspired biogeotechnical approaches are considered to be new sustainable and environmentally friendly ground improvement methods. Biopolymers, which are excretory products from living organisms, have been shown to significantly reduce the hydraulic conductivity via pore-clogging and increase the strength of soils. To study the practical application of biopolymers for seepage and ground water control, in this study, we explored the injection capabilities of biopolymer-based grout materials in both linear aperture and particulate media (i.e., sand and glassbeads) considering different injection pressures, biopolymer concentrations, and flow channel geometries. The hydraulic conductivity control of a biopolymer-based grout material was evaluated after injection into sandy soil under confined boundary conditions. The results showed that the performance of xanthan gum injection was mainly affected by the injection pressure and pore geometry (e.g., porosity) inside the soil. Additionally, with an increase in the xanthan gum concentration, the injection efficiency diminished while the hydraulic conductivity reduction efficiency enhanced significantly. The results of this study provide the potential capabilities of injection grouting to be performed with biopolymer-based materials for field application.
This observation was to investigate the influence of raw organic matter incorporated into soil at various rates on hydraulic conductivity and elution of solute throughout soil column. Generally the organic matter content in a practical agricultural field was approximately 3%. However, the application rate of organic matter in the field tends to rapidly increase in these days. Therefore, we raised the application rate of organic matter up to 10% in this investigation. From the experiment, we found that the hydraulic conductivities rapidly decreased with increasing rate of organic matter as well as rapid decrease in total volume of eluent during the same period. And electrical conductivities in the effluent significantly decreased after 2 pore volume, resulting in approaching to the criteria of saline soli. From this we could assume that the organic matter may influence the crop growth in the beginning. However excessive irrigation in the field may cause saturation of soil leading to reduction of soil. Therefore, there must be a management methods in application of organic matter with respect to soil water control.
Jeon, Seon-Keum;Lee, Il Hoon;Lee, Jeongwoo;Chung, Il-Moon;Hong, Sung Hun
The Journal of Engineering Geology
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v.27
no.4
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pp.377-382
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2017
Field experiments were conducted to estimate streambed hydraulic conductivity at 15 sites in the Anseongcheon watershed, Korea. Seepage meters and piezometers were installed in the streambed at each site to measure the amount of stream water-groundwater exchange and the hydraulic gradient. The vertical hydraulic conductivity was then calculated using Darcy's formula. The measured stream water-groundwater exchange rates were $4.08{\times}10^{-6}$ to $1.49{\times}10^{-5}m/s$, and the vertical hydraulic gradients were 0.005 to 0.145. The data suggest the streambed hydraulic conductivity to be $7.80{\times}10^{-5}$ to $1.58{\times}10^{-3}m/s$. The results show significant differences in connectivity between stream and aquifer. Quantification of the hydraulic interconnection between stream and aquifer, and evaluation of the effects of groundwater development and utilization on the streamflow require hydrogeological investigations of the connection between stream and aquifer, including the hydraulic conductivity of the streambed. Various field testing and analysis methods for hydrogeological assessment also require further improvement.
Soil hydraulic properties such as hydraulic conductivity or water retention which are costly to measure can be indirectly generated by soil pedotransfer function (PTF) using easily obtainable soil data. The field soil structure description which is routinely recorded could also be used in PTF as an input to reduce the uncertainty. The purposes of this study were to use qualitative morphological soil structure descriptions and soil structural index into PTF and to evaluate their contribution in the prediction of soil hydraulic properties. We transformed categorical morphological descriptions of soil structure into quantitative values using categorical principal component analysis (CATPCA). This approach was tested with a large data set from the US National Pedon Characterization database with the aid of a categorical regression tree analysis. Six different PTFs were used to predict the saturated hydraulic conductivity and those results were averaged to quantify the uncertainty. Quantified morphological description was successively used in multiple linear regression approach to predict the averaged ensemble saturated conductivity. The selected stepwise regression model with only the transformed morphological variables and structural index as predictors predicted the $K_{sat}$ with $r^2$ = 0.48 (p = 0.018), indicating the feasibility of CATPCA approach. In a regression tree analysis, soil structure index and soil texture turned out to be important factors in the prediction of the hydraulic properties. Among structural descriptions size class turned out to be an important grouping parameter in the regression tree. Bulk density, clay content, W33 and structural index explained clusters selected by a two step clustering technique, implying the morphologically described soil structural features are closely related to soil physical as well as hydraulic properties. Although this study provided relatively new method which related soil structure description to soil structure index, the same approach should be tested using a datasets containing the actual measurement of hydraulic properties. More insight on the predictive power of soil structure index to estimate hydraulic properties would be achieved by considering measured the saturated hydraulic conductivity and the soil water retention.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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