The drilling angle of the well is an important factor that can affect the sand production process and make its destructive effects more severe or weaker. This study investigated the effect of different well angles on sand production for the Asmari Formation, located in one of the oil fields southwest of Iran. For this purpose, a finite difference model was developed for three types of vertical (90°), inclined (45°), and horizontal (0°) wells with casing and perforations in the direction of minimum and maximum horizontal stresses, then coupled with fluid flow. Here, finite element meshing was used, because the geometry of the model is so complex and the implementation of finite difference meshes is impossible or very difficult for such models. Using a combined FDM-FEM model with fluid flow, the sand production process in three different modes with different flow rates for the Asmari sandstone was investigated in this study. The results of numerical models show that the intensity of sand production is directly related to the in-situ stress state of the oil field and well drilling angle. Since the stress regime in the studied oil field is normal, the highest amount of produced sand was in inclined wells (especially wells drilled in the direction of minimum horizontal stress) and the lowest amount of sand production was related to vertical wellbore. Also, the Initiation time of sand production in inclined wells was much shorter than in other wellbores.
This study aims to explore practical and useful equations for rapid evaluation of uniaxial compressive strength of concrete (UCS-C) during the preliminary design stage of aggregate selection. For this purpose, aggregates which were produced from eight different intact rocks were used in the production of concretes. Laboratory experiments involved the tests for uniaxial compressive strength (UCS-R), point load index (PLI-R), P wave velocity (UPV-R), apparent porosity (n-R), unit weight (UW-R) and aggregate impact value (AIV-R) of the rock samples. UCS-C, point load index (PLI-C) and P wave velocity (UPV-C) of concrete samples were also determined. Relationships between UCS-R-rock parameters and UCS-C-concrete parameters were developed by regression analyses. In the simple regression analyses, PLI-C, UPV-C, UCS-R, PLI-R, and UPV-R were found to be statistically significant independent variables to estimate the UCS-C. However, higher coefficients of determination (R2=0.97-1.0) were obtained by multiple regression analyses. The results of simple regression analysis were also compared to the limited number of previous studies. The strength conversion factor (k) values were found to be 14.3 and 14.7 for concrete and rock samples, respectively. It is concluded that the UCS-C can roughly be estimated from derived equations only for the specified rock types.
In order to determine the rate of penetrability, water pressure test is used before the grouting. One of the parameters which have the highest effect is pressure. Mathematical modeling is used for the first time in this study to determine the optimum pressure. Thus, the joints that exist in the rock mass are simulated using cylindrical shell model. The joint surroundings are also modeled through Pasternak environment. In order to validate the modeling, pressure values obtained by the model were used in the sites of Seymareh and Aghbolagh dams and the relative error rates were measured considering the differences between calculated and actual pressures recorded in these operations. In water pressure test, in Seymareh dam, the error values were equal to 4.75, 3.93, 4.8 percent and in the Aghbolagh dam, were 22.43, 5.22, 2.6 percent and in grouting operation in Seymareh dam were equal to 9.09, 32.50, 21.98, 5.57, 29.61 percent and in the Aghbolagh dam were 2.96, 5.40, 4.32 percent. Due to differences in rheological properties of water and grout and based on the overall results, modeling in water pressure test is more accurate than grouting and this error in water pressure test is 7.28 percent and in grouting is 13.92 percent.
Rodriguez, Roman F.;Nicieza, Celestino G.;Gayarre, Fernando L.;Lopez, Francisco L. Ramos
Geomechanics and Engineering
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v.9
no.4
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pp.483-498
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2015
This article describes a new in-situ load test called the Hydraulic Cylinder Test (HCT) and its application to determine the geotechnical properties of soil-rock mixtures. The main advantages of the test are its easy implementation, speed of execution and low-cost. This article provides a detailed description of the equipment and the test procedure, and examines a case study of its application to determine the geotechnical properties of an earth-filled dam for a tailings pond. The containment dams of the ponds are made from blocks of gypsum and marl, obtained from the excavation of the ponds, mixed in a matrix of sands and clays. The size of the rocks varies between 1 and 30 cm. The HCT is particularly useful for determining the geotechnical properties of this type of soil-rock mixture. Nine HCTs were carried out to determine its strength (c, ${\phi}$) and deformation (B, G) properties. The results obtained were validated using the Bim strength criterion, recently proposed, and some pressure meter tests carried out beforehand. The properties obtained are used to analyze the stability of the dam using computer simulations and a modification to its design is proposed.
Chai, Zhaoyun;Zhang, Yatiao;Scheuermann, Alexander
Geomechanics and Engineering
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v.11
no.2
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pp.197-209
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2016
Clayey rock has large clay mineral content. When in contact with water, this expands considerably and may present a significant hazard to the stability of the rock in geotechnical engineering applications. This is particularly important in the present work, which focused on mitigating some unwelcomed properties of clayey rock. Changes in its physical properties were simulated by subjecting the rock to a low voltage direct current (DC) using copper, steel and aluminum electrodes. The modified mechanism of the coupled electrical and chemical fields acting on the clayey rock was analyzed. It was concluded that the essence of clayey rock electrochemical modification is the electrokinetic effect of the DC field, together with the coupled hydraulic and electrical potential gradients in fine-grained clayey rock, including ion migration, electrophoresis and electro-osmosis. The aluminum cathodes were corroded and generated gibbsite at the anode; the steel and copper cathodes showed no obvious change. The electrical resistivity and uniaxial compressive strength (UCS) of the modified specimens from the anode, intermediate and cathode zones tended to decrease. Samples taken from these zones showed a positive correlation between electric resistivity and UCS.
By conducting uniaxial loading cycle tests on the coal rock with outburst proneness, the dilatation characteristics at different loading rates were investigated. Under uniaxial loading and unloading, the lateral deformation of coal rock increased obviously before failure, leading to coal dilatation. Moreover, the post-unloading recovery of the lateral deformation was rather small, suggesting the onset of an accelerated failure. As the loading rate increased further, the ratio of the stress at the dilatation critical point to peak-intensity increased gradually, and the pre-peak volumetric deformation decreased with more severe post-peak damage. Based on the laboratory test results, the lateral deformation of the coals at different depths in the #1302 isolated coal pillars, Yangcheng Coal Mine, was monitored using wall rock displacement meter. The field monitoring result indicates that the coal lateral displacement went through various distinct stages: the lateral displacement of the coals at the depth of 2-6 m went through an "initial increase-stabilize-step up-plateau" series. When the coal wall of the working face was 24-18 m away from the measuring point, the coals in this region entered the accelerated failure stage; as the working face continued advancing, the lateral displacement of the coals at the depth over 6 m increased steadily, i.e., the coals in this region were in the stable failure stage.
Strain-based criteria are known as a direct method in determining the stability of the geomechanical structures. In spite of the widely use of Sakurai critical strain criterion, it is so conservative to make use of them in rocks with initial plastic deformation on account of the considerable difference between the failure and critical strains. In this study, a new criterion has been developed on the basis of the failure strain to attain more reasonable results in determining the stability status of the tunnels excavated in the rocks mostly characterized by plastic-elastic/plastic behavior. Firstly, the stress-strain curve was obtained having conducted uniaxial compression strength tests on 91 samples of eight rock types. Then, the initial plastic deformation was omitted making use of axis translation technique and the criterion was presented allowing for the modified secant modulus and by use of the failure strain. The results depicted that the use of failure strain criterion in such rocks not only decreases the conservativeness of the critical strain criterion up to 42%, but also it determines the stability status of the tunnel more accurately.
The damage or failure of coal rock is accompanied by energy accumulation, dissipation and release. It is crucial to study the energy evolution characteristics of coal rock for rock mechanics and mining engineering applications. In this paper, coal specimens sourced from the Xinhe mine located in the Jining mining area of China were initially subjected to uniaxial compression, and the micro-parameters of the two-dimensional particle flow code (PFC2D) model were calibrated according to the experimental test results. Then, the PFC2D model was used to subject the specimens to substantial uniaxial compression, and the energy evolution laws of coal specimens with various schemes were presented. Finally, the elastic energy storage ratio m was investigated for coal rock, which described the energy conversion in coal specimens with various arrangements of preformed holes. The arrangement of the preformed holes significantly influenced the characteristics of the crack initiation stress and energy in the prepeak stage, whereas the characteristics of the cumulative crack number, failure pattern and elastic strain energy during the loading process were similar. Additionally, the arrangement of the preformed holes altered the proportion of elastic strain energy Ue in the total energy in the prepeak stage, and the probability of rock bursts can be qualitatively predicted.
Determination of mobilized shear strength parameters (that identify stresses on the failure plane) is required for analyzing the stability by limit equilibrium method. Generalized Hoek-Brown (GHB) and Mohr-Coulomb (MC) failure criteria are usually used for obtaining stresses on the plane of failure. In the present paper, the applicability of these criteria for determining the stresses on failure plane is investigated. The comparison is based on stresses on the real failure plane which are obtained from the Mohr stress circle. To do so, 18 sets of data (consist of principal stresses and angle of failure plane) presented in the literature are used. In addition, the values account for (VAF) and the root mean square error (RMSE) indices were calculated to check the determination performance of the obtained results. Values of VAF and RMSE for the normal stresses on the failure plane evaluated from MC are 49% and 31.5 where for GHB are 55% and 30.5, respectively. Also, for the shear stresses on failure plane, they are 74% and 36 for MC, 76% and 34.5 for GHB. Results show that the obtained stresses and angles of failure plane for each criterion differ from real ones, but GHB results are closer to the empirical results. Also, it is inferred that results are affected by the failure envelope not real failure plane. Therefore, obtained shear strength parameters are not mobilized. Finally, a multivariable regressed relation is presented for determining the stresses on the failure plane.
Alkali-silica reaction (ASR) is among one of the most important damaging mechanisms in concrete, depending primarily on aggregates which contain reactive minerals. However, expansion in concrete may not directly relate to the reactive minerals. This study aims to investigate the influence of ASR and the expansion of mortar bars depending on aggregate type containing various components such as quartz, clay minerals (montmorillonite and kaolinite) and micas (muscovite and biotite). In this study, the accelerated mortar bar tests (AMBT) were performed in two conditions (mortar bars in the same and sole NaOH solutions). Petrographic thin section studies, X-ray diffraction (XRD) analysis (Rietveld method), scanning electron microscopy (SEM) and chemical analyses were carried out. This study showed that quartzite bars led to increase in expansion values of mortar bars in diabase-1 and andesite when these were in the same NaOH solution. However, three samples (basalt, quartzite and claystone) were found having ASR expansion based on the AMBT when the special molds were used for each sample. SEM study revealed that samples which exhibit highest expansions according to AMBT had a generally rough surface and acicular microstructures in or around the micro-cracks. Basalt and quartzite showed more variable in major oxides than those of other samples based on the chemical analyses, SEM studies and AMBT. This study revealed that the highest expansions were observed to source not only from reactive aggregates but also from alteration products (silicification, chloritization, sericitization and argillisation), phyllosilicates (muscovite, biotite and vermiculite) and clays (montmorillonite and kaolinite).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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