The jointed rock mass behavior often plays a major role in the design of underground excavation, and their failures during excavation and in operation, are usually closely related to joints. This research attempts to evaluate the effects of two basic geometric factors influencing tunnel behavior in a jointed rock mass; joints spacing and joints orientation. A hybridized indirect boundary element code known as TFSDDM (Two-dimensional Fictitious Stress Displacement Discontinuity Method) is used to study the stress distribution around the tunnels excavated in jointed rock masses. This numerical analysis revealed that both the dip angle and spacing of joints have important influences on stress distribution on tunnel walls. For example the tensile and compressive tangential stresses at the boundary of the circular tunnel increase by reduction in the joint spacing, and by increase the dip joint angle the tensile stress in the tunnel roof decreases.
The high positive correlation between plastic strain of loaded coal-rock and AE (acoustic emission) characteristic parameter was studied and proved through AE experiment during coal-rock uniaxial compression process. The results show that plastic strain in the whole process of uniaxial compression can be gained through the experiment. Moreover, coal-rock loaded process can be divided into four phases through analyzing the change of the plastic strain curve : pressure consolidation phase, apparent linear elastic phase, accelerated deformation phase, rupture and development phase, which corresponds to conventional elastic-plastic change law of loaded coal-rock. The theoretical curve of damage constitutive model is in high agreement with the experimental curve. So the damage evolution law of coal rock damage can be indicated by both acoustic emission and plastic strain. The results have great academic and realistic significance for further study of both AE signal characteristics during loaded coal-rock damaged process and the forecasting of coal-rock dynamic disasters.
To eliminate the holding and gluing problems making the direct tensile strength test hard to be applied, a new method of testing specimens prepared using lathe machine to make the dog bone shape is assessed whether it could be applied to determine accurate direct tensile strength values of rock materials. A series of numerical modelling analyses was performed using finite element method to investigate the effect of different specimen and steel holder geometries. In addition to numerical modelling study, a series of direct tensile strength tests was performed on three different groups of rock materials and a rock-like cemented material to compare the results with those obtained from the finite element analyses. A proper physical property of the lathed specimens was suggested and ideal failure of the dog bone shaped specimens was determined according to the results obtained from this study.
This paper has the aim of estimating the applicability of a numerical approach to the Hyperstatic Reaction Method (HRM) for the analysis of segmental tunnel linings. For this purpose, a simplified three-dimensional (3D) numerical model, using the $FLAC^{3D}$ finite difference software, has been developed, which allows analysing in a rigorous way the effect of the lining segmentation on the overall behaviour of the lining. Comparisons between the results obtained with the HRM and those determined by means of the simplified 3D numerical model show that the proposed HRM method can be used to investigate the behaviour of a segmental tunnel lining.
The "pseudo-wedge" failure is a name for a complex instability occurring at the Sarcheshmeh open-pit mine (Iran). The pseudo-wedge failure contains both the rock bridge failure and sliding along pre-existing discontinuities. In this paper, a cross section of the failure area was first modeled using a bonded-particle method. The results indicated development of tensile cracks at the slope toe which explains the freedom of pseudo-wedge blocks to slide. Then, a three-dimensional discrete element method was used to perform a block analysis of the instability. The technique of shear strength reduction was used to calculate the factor of safety. Finally, the influence of geometrical characteristics of the mine wall on the pseudo-wedge failure was investigated. The safety factor significantly increases as the dip and dip direction of the wall decrease, and reaches an acceptable value with a 10-degree decrease of them.
Martins, Francisco F.;Vasconcelos, Graca;Miranda, Tiago
Geomechanics and Engineering
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v.15
no.1
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pp.631-643
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2018
The estimation of the strength and other mechanical parameters characterizing the tensile behavior of granites can play an important role in civil engineering tasks such as design, construction, rehabilitation and repair of existing structures. The purpose of this paper is to apply data mining techniques, such as multiple regression (MR), artificial neural networks (ANN) and support vector machines (SVM) to estimate the mechanical properties of granites. In a first phase, the mechanical parameters defining the complete tensile behavior are estimated based on the tensile strength. In a second phase, the estimation of the mechanical properties is carried out from different combination of the physical properties (ultrasonic pulse velocity, porosity and density). It was observed that the estimation of the mechanical properties can be optimized by combining different physical properties. Besides, it was seen that artificial neural networks and support vector machines performed better than multiple regression model.
This paper presents the results of analytical and numerical analyses of the effects of performing a pressuremeter test or driving a pile in clay. The geometry of the problem has been simplified by the assumptions of plane strain and axial symmetry. Pressuremeter testing or installation of driven piles has been modelled as an undrained expansion of a cylindrical cavity. Stresses, pore water pressures, and deformations are found by assuming that the clay behaves like normally consolidated modified Cam clay. Closed-form solutions are obtained which allow the determination of the principal effective stresses and the strains around the cavity. The analysis which indicates that the intermediate principal stress at critical state is not equal to the mean of the other two principal stresses, except when the clay is initially isotropically consolidated, also permits finding the limit expansion and excess pore water pressures by means of the Almansi finite strain approach. Results are compared with published data which were determined using finite element and finite difference methods.
Excavation of underground cavern and shaft was proposed for the construction of a ventilation facility in an urban area. A shaft connects the street-level air plenum to an underground cavern, which extends down approximately 46 m below the street surface. At the project site, the rock mass was relatively strong and well-defined joint sets were present. A kinematic block stability analysis was first performed to estimate the required reinforcement system. Then a 3-D discontinuum numerical analysis was conducted to evaluate the capacity of the initial support and the overall stability of the required excavation, followed by a 3-D continuum numerical analysis to complement the calculated result. This paper illustrates the application of detailed numerical analyses to the design of the required initial support system for the stability of underground hard rock mining at a relatively shallow depth.
Due to the nature of the conjunctive Cone Penetration Test(CPT), which does not verify the actual sample directly, geotechnical engineers commonly classify the underground geomaterials using CPT results with the classification diagrams proposed by various researchers. However, such classification diagrams may fail to reflect local geotechnical characteristics, potentially resulting in misclassification that does not align with the actual stratification in regions with strong local features. To address this, this paper presents an objective method for more accurate local CPT soil classification criteria, which utilizes C4.5 decision tree models trained with the CPT results from the clay-dominant southern coast of Korea and the sand-dominant region in South Carolina, USA. The results and analyses demonstrate that the C4.5 algorithm, in conjunction with oversampling, outlier removal, and pruning methods, can enhance and optimize the decision tree-based CPT soil classification model.
The deformation and strength of brittle rocks are significantly influenced by the crack closure behavior. The relationship between the strength and deformation of rocks under uniaxial loading is the foundation for design and assessment of such scenarios. The concept of relative crack closure strain was proposed to describe the influence of the crack closure behavior on the deformation and strength of rocks. Considering the crack compaction effect, a new damage constitutive model was developed based on accumulated AE counts. First, a damage variable based on the accumulated AE counts was introduced, and the damage evolution equations for the four types of brittle rocks were then derived. Second, a compaction coefficient was proposed to describe the compaction degree and a correction factor was proposed to correct the error in the effective elastic modulus instead of the elastic modulus of the rock without new damage. Finally, the compaction coefficient and correction factor were used to modify the damage constitutive model obtained using the Lemaitre strain equivalence hypothesis. The fitted results of the models were then compared with the experimental data. The results showed that the uniaxial compressive strength and effective elastic modulus decrease with an increase in the relative crack closure strain. The values of the damage variables increase exponentially with strains. The modified damage constitutive equation can be used to more accurately describe the compressive deformation (particularly the compaction stage) of the four types of brittle rocks, with a coefficient of determination greater than 0.9.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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