Uncertainties in geomechanical input parameters which mainly related to inappropriate data acquisition and estimation due to lack of sufficient calibration information, have led wellbore instability not yet to be fully understood or addressed. This paper demonstrates a workflow of employing Quantitative Risk Assessment technique, considering these uncertainties in terms of rock properties, pore pressure and in-situ stresses to makes it possible to survey not just the likelihood of accomplishing a desired level of wellbore stability at a specific mud pressure, but also the influence of the uncertainty in each input parameter on the wellbore stability. This probabilistic methodology in conjunction with Monte Carlo numerical modeling techniques was applied to a case study of a well. The response surfaces analysis provides a measure of the effects of uncertainties in each input parameter on the predicted mud pressure from three widely used failure criteria, thereby provides a key measurement for data acquisition in the future wells to reduce the uncertainty. The results pointed out that the mud pressure is tremendously sensitive to UCS and SHmax which emphasize the significance of reliable determinations of these two parameters for safe drilling. On the other hand, the predicted safe mud window from Mogi-Coulomb is the widest while the Hoek-Brown is the narrowest and comparing the anticipated collapse failures from the failure criteria and breakouts observations from caliper data, indicates that Hoek-Brown overestimate the minimum mud weight to avoid breakouts while Mogi-Coulomb criterion give better forecast according to real observations.
Creep of soils has a significant impact on mechanical properties. The one-dimensional consolidation creep test, thermal analysis test, scanning electron microscope (SEM) test, and mercury compression test were performed on Guilin red clay to study the changes in bound water and microstructure during the creep process of Guilin red clay. According to the results of the tests, only free and weakly bound water is discharged during the creep of Guilin red clay. When the consolidation pressure p is in the 12.5-400.0 kPa range, it is primarily the discharge of free water; when the consolidation pressure p is in the 800.0-1600.0 kPa range, the weakly bound water is converted to free water and discharged. After consolidation creep, the microstructure of soil changes from granular overhead contact structure to flat sheet-like stacking structure, with a decrease in the number of large and medium pores, an increase in the number of small and micro pores, and a decrease in the fractal dimension of pores. The creep process of red clay is the discharge of weakly bound water as well as the compression of large pores into small pores and the transition of soil particles from loose to dense.
Jo, Sangbeom;Son, Younghwan;Kim, Donggeun;Jeon, Jihun;Kim, Taejin
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.65
no.2
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pp.47-57
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2023
The increase of impermeable area ratio is causing hydrologic cycle problems in urban areas and groundwater depletion in rural areas, permeable pavements are getting attention to expand permeable areas. The performance of the permeable concrete block pavement, which is part of the permeable pavement, is greatly affected by the porosity. In addition, the permeability coefficient is a major factor when designing permeable concrete block pavement. Existing porosity and permeability test methods have problems such as uneconomical or poor field applicability. The object of this study was to develop a methodology for evaluating porosity and permeability coefficient using a surface image of a permeable concrete block. Specimens are manufactured with various porosity ranges and porosity and permeability tests are performed. After surface image preprocessing, normalization and binarization methods were compared. Through this, the method with the highest correlation with the lab test result was determined. From the results, the PDR (pore determined ratio) was obtained. Simple linear regression analysis is performed with PDR and lab test results. The results showed a high correlation of R2 more than 0.8, and the errors were also low.
Jebie A. Balagosa;Min Jy Lee;Yun Wook Choo;Ha Seog Kim;Jin Man Kim
Geomechanics and Engineering
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v.38
no.4
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pp.335-352
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2024
Low carbon energy demand in South Korea is increasing, hence leading to an increasing usage of wood pellets and the amount of its combustion by-product called wood pellet fly ash (WA). In an effort to develop recycling technology, this research investigates the use of WA as a new sustainable binder for backfill soil materials. The influence of WA on weathered granite soils (WS) is investigated by mixing 5%, 15%, and 25% of WA dosage, compacted at optimum moisture content, then cured for 3, 7, 14, and 28 days. After curing, the compacted specimens were investigated through unconfined compressive tests, pH tests, total suction tests, and microstructural analysis. The findings suggest that the higher the dosage rate, the higher strength and modulus. Additionally, the alkali ions of WA aid in the cementation of WS particles, and newly cementitious minerals are confirmed after 28 curing days. The refinement of pore microstructures led to a denser WS matrix and stiffness improvements. The results validate the binding potential of wood pellet fly ash on weathered granite soils in terms of strength, modulus, and microstructures.
Single well injection withdrawal tracer tests with bromide were carried out at two wells developed in a horizontally heterogeneous fractured rock. The hydraulic conductivity of TW-1 well was 5 times larger than TW-2 well, and the average linear velocity of TW-2 well was 1.8 times faster than TW-1 well. The difference of hydrodynamic dispersions of two wells in the fractured rock was studied with the analysis of concentration breakthrough curves and cumulative mass recovery curves of bromide with withdrawal time, and the estimation of average travel distance, pore velocity, longitudinal dispersivity and longitudinal dispersion coefficient. The average travel distances of bromide were estimated to be 3.00 m in TW-1 well and 5.62 m in TW-2 well. The average pore velocities for the injection/withdrawal phase were estimated to be $4.31\;{\times}\;10^{-4}\;m/sec$ in TW-1 well and $8.08\;{\times}\;10^{-4}\;m/sec$ in TW-2 well. Average travel distance and pore velocity were higher in TW-2 well because of small effective porosity. Longitudinal dispersivities were estimated to be 28.73 cm in TW-1 well and 18.49 cm in TW-2 well, and bromide transport was 1.55 times faster in TW-1 well. Longitudinal dispersion coefficients were estimated to be $5.14\;{\times}\;10^{-6}\;m^2/sec$ in TW-1 well and $6.06\;{\times}\;10^{-6}\;m^2/sec$ in TW-2 well, and diffusion area was 1.18 times larger in TW-2 well.
We explore the effect of particle shape and size on 3-dimensional (3D) network and pore structure of porous earth materials composed of glass beads and silica gel using NMR micro-imaging in order to gain better insights into relationship between structure and the corresponding hydrologic and seismological properties. The 3D micro-imaging data for the model porous networks show that the specific surface area, porosity, and permeability range from 2.5 to $9.6\;mm^2/mm^3$, from 0.21 to 0.38, and from 11.6 to 892.3 D (Darcy), respectively, which are typical values for unconsolidated sands. The relationships among specific surface area, porosity, and permeability of the porous media are relatively well explained with the Kozeny equation. Cube counting fractal dimension analysis shows that fractal dimension increases from ~2.5-2.6 to 3.0 with increasing specific surface area from 2.5 to $9.6\;mm^2/mm^3$, with the data also suggesting the effect of porosity. Specific surface area, porosity, permeability, and cube counting fractal dimension for the natural mongolian sandstone are $0.33\;mm^2/mm^3$, 0.017, 30.9 mD, and 1.59, respectively. The current results highlight that NMR micro-imaging, together with detailed statistical analyses can be useful to characterize 3D pore structures of various porous earth materials and be potentially effective in accounting for transport properties and seismic wave velocity and attenuation of diverse porous media in earth crust and interiors.
Preferential flow has recently been the subject of increasing interest because these phenomena contribute to solute transport in soils. Commonly, preferential flow paths are associated with macropores or highly structured soils. We presented an analysis of the measured breakthrough curves (BTCs) of $Cl^-$ and $Cu^{2+}$ ions to test the occurrence of preferential flow in soils using miscible displacement technique under steady flow conditions. We also analyzed soil water retention curves and from this curves induced cumulative pore size distribution of undisturbed soils, which sampled from Ap1, B1, and C horizons of Songjeong series soils (the fine loamy, mesic family of Typic Hapludults). In this study, miscible displacement experiment on C horizon was excluded, because it is structureless sandy loam with saturated hydraulic conductivity of $5.2cmhr^{-1}$. The saturated hydraulic conductivity of Ap1 horizon was $2.0cmhr^{-1}$, which was about 7 times higher than that of B1 horizon ($0.27cm hr^{-1}$). Cumulative pore size distribution predicted that Ap1 horizon had more macropores (pore diameter larger than $49{\mu}m$, equivalent to -6 kpa of soil matric potential) than B1 horizon. The hydrodynamic dispersion coefficient from chloride BTCs was estimated as $1.3cm^2hr^{-1}$ for B1 and $34cm^2hr^{-1}$ for Ap1 horizon. However the retardation factors of B1 and Ap1 horizon were significantly different, i.e. 1 and 0.6, respectively, which means that there was distinct partition between mobile water and immobile phase in Ap1 horizon. The copper retardation effect of Ap1 horizon was less than that of B1 horizon, even though cation exchange capacity of Ap1 horizon was higher than that of B1 horizon. Thus, breakthrough curves of $Cl^-$ and $Cu^{2+}$ obviously showed the probability that preferential flow would occur in Ap1 horizon.
The Chungpyung Dam is a 16 yearn old rock-fill dam for a Pumped storage hydro-Power plant, located in the middle of the Korean Peninsula. Since the dam is subjected to the daily water level fluctuation, such as rapid drawdown and refill, thus inducing a structural impact on the behavior of dam body, it draws attention of many engineering concerns. Traditionally, steady-state analysis was employed to investigate the seepage in the dam body, but in this study the seepage analysis was numerically performed by 2-D FEM thansient analysis. As a boundary condition for an analysis, the water level fluctuation was incorporated to simulate the daily change. As a res41t, the various seepage phenomena such as hydraulic gradient, seepage vector, and pore water pressure distribution were quantified at the corresponding time of interest as the water level rises and recedes. The seepage flux was also estimated and compared with the measured data which were both acceptable considering design criteria. The result proves that there is no sign of hazardous sources contributing to the possibility of piping, internal erosion and excess leakage through the dam body.
This study was carried out for the purpose of comparing in reference to sand drain in the next three different cases. First, The case of drain material (sand pile) has some rigidity during embankment and consolidation. Second, In usual case of no rigidity as a paper drain without permeability during embankment and consolidation Third, Check up clay behavior when above the two cases carried out respectively. This FEM analysis is consisted with Biot's consolidation equation when it is used for Christian Boehmer's numerical technique. The main results are obtained from above the Analysis When sand drain has some rigidity, the lateral and vertical deformation of clay foundation is restrained considerable amount and .exhibited bearing capacity of load as a pile According to the foundation in drained condition and untrained condition, the results are much variable in this analysis method. Also, The behaviors of stress path and pore water pressure met our expectation during , consolidation. This analysis should be considered to put into use of sand drain and design in future.
Kim, A-Ram;Kim, Hyung-Mok;Kim, Hyun-Woo;Shinn, Young-Jae
Tunnel and Underground Space
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v.27
no.2
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pp.89-99
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2017
For a successful performance of Carbon Capture Sequestration (CCS) projects, appropriate injection conditions should be designed to be optimized for site specific geological conditions. In this study, we built a simple 2-dimensional analysis model, based on the geology of Jang-gi basin which is one of the potential sites of domestic CCS projects. We evaluated the impact of initial stress conditions and injection rate through coupled TOUGH-FLAC simulator. From the preliminary analysis, we constructed risk scenarios with the higher potential of shear slip and performed scenario analysis. Our analysis showed that normal stress regime produced the highest potential of shear slip and stepwise increasing injection rate scenario resulted in much larger pore pressure build up and consequent higher potential of the shear slip, which was evaluated using a mobilized friction coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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