It is seldom possible that geotechnical materials like rocks and concretes found without joints, cracks, or discontinuities. Thereby, the impact of micro-cracks on the mechanical properties of them is to be considered. In the present study, the effect of micro-crack on the failure mechanism of rock specimens under uniaxial compression was investigated experimentally. For this purpose, thermal stress was used to induce micro-cracks in the specimens. Several cylindrical and disk shape specimens were drilled from granite collected from Zanjan granite mine, Iran. Some of the prepared specimens were kept in room temperature and the others were heated by a laboratory furnace to different temperature levels (200, 400, 600, 800 and 1000 degree Celsius). During the experimental tests, Acoustic Emission (AE) sensors were used to monitor specimen failure at the different loading sequences. Also, Scanning Electron Microscope (SEM) was used to distinguish the induced micro-crack by heating in the specimens. The fractographic analysis revealed that the thin sections heated to $800^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$ contain some induced micro-fractures, but in the thin sections heated to $200^{\circ}C$, $400^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$ have not been observed any micro-fracture. In the next, a comprehensive experimental investigation was made to evaluate mechanical properties of heated and unheated specimens. Results of experimental tests showed that induced micro-cracks significantly influence on the failure mode of specimens. The specimens kept at room temperature failed in the splitting mode, while the failure mode of specimens heated to $800^{\circ}C$ are shearing and the specimens heated to $1000^{\circ}C$ failed in the spalling mode. On the basis of AE monitoring, it is found that with increasing of the micro-crack density, the ratio of the number of shear cracks to the number of tensile cracks increases, under loading sequences.
In this paper, to study the stability of surrounding rock during roadway excavation in different rock mass structures, the physical model test for roadway excavation process in three types of intact rock mass, layered rock mass and massive rock mass were carried out by using the self-developed two-dimensional simulation testing system of complex underground engineering. Firstly, based on the engineering background of a deep mine in eastern China, the similar materials of the most appropriate ratio in line with the similarity theory were tested, compared and determined. Then, the physical models of four different schemes with 1000 mm (height) × 1000 mm (length) × 250 mm (width) were constructed. Finally, the roadway excavation was carried out after applying boundary conditions to the physical model by the simulation testing system. The results indicate that the supporting effect of rockbolts has a great influence on the shallow surrounding rock, and the rock mass structure can affect the overall stability of the surrounding rock. Furthermore, the failure mechanism and bearing capacity of surrounding rock were further discussed from the comparison of stress evolution characteristics, distribution of stress arch, and failure modes in different schemes.
Li, Xiaojing;Chen, Han-Mei;Sun, Yanbo;Zhou, Rongxin;Wang, Lige
Geomechanics and Engineering
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v.14
no.5
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pp.499-507
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2018
In this paper splitting failure on rock pillars among the underground caverns has been studied. The damaged structure is considered to be thin plates and then the failure mechanism of rock pillars has been studied consequently. The critical load of buckling failure of the rock plate has also been obtained. Furthermore, with a combination of the basic energy dissipation principle, generalized formulas in estimating the number of splitting cracks and in predicting the maximum deflection of thin plate have been proposed. The splitting criterion and the mechanical model proposed in this paper are finally verified with numerical calculations in FLAC 3D.
Kim, Dae-Hong;Lee, Dae-Soo;Chun, Byung-Sik;Kim, Byung-Hong
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.22
no.12
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pp.45-55
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2006
This paper presents the results of full-scale uplift load tests performed on 30 passive anchors grouted to various lengths at Taean site in Korea. Various rock types were tested, ranging from highly weathered to sound gneiss. Rock anchors were installed over a wide range of rock types and qualities with a fixed anchored depth of $1{\sim}4m$. The majority of installations used SD4O-D51 no high grade steel rebar to induce rock failure prior to rod failure. In many tests, rock failure was reached and the ultimate loads were recorded along with observations of the shape and extent of the failure surface. The test results, the failure mechanisms as well as uplift capacities of rock anchors depend mostly on rock type and quality, embedded fixed length, and the strength of rebar. Based on test results, the main parameters governing the uplift capacity of the rock anchor system were determined.
The understanding of tool-rock interaction mechanism is of high essence for improving the rock breaking efficiency and optimizing the drilling parameters in mechanical rock breaking. In this study, the tool-rock interaction models of indentation and cutting are carried out by employing the discrete element method (DEM) to examine the rock failure modes of various brittleness rocks and critical indentation and cutting depths of the ductile to brittle failure mode transition. The results show that the cluster size and inter-cluster to intra-cluster bond strength ratio are the key factors which influence the UCS magnitude and the UCS to BTS ratio. The UCS to BTS strength ratio can be increased to a more realistic value using clustered rock model so that the characteristics of real rocks can be better represented. The critical indentation and cutting depth decrease with the brittleness of rock increases and the decreasing rate reduces dramatically against the brittleness value. This effort may lead to a better understanding of rock breaking mechanisms in mechanical excavation, and may contribute to the improvement in the design of rock excavation machines and the related parameters determination.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.833-841
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2008
Recently, the upheaval generation in the road which is under service had been reported. Due to the upheaval generation, total 4 lanes were forced to curtail to 3 lanes, and traffic was delayed. In normal situation of cut-slopes in korea, that condition is hard to detect since most cut-slopes contain discontinuous material, that is rock. Common collapses in rock-slopes is wedge failure, plane failure and toppling failure which is all individual mechanism of discontinuous rock mass. In contrast, such upheaval in the road in front of cut-slope can be generated only when circular movement is triggered within the cut-slope. In this sense, rock-slopes barely show any kind of movement in the road locates at the front of them. Numerical analysis is general method in simulation of slope displacement and evaluation of safety. However, numerical analysis programs which are related with rock-slopes are not able to simulate such upheaval movement because that programs are based on discontinuous modeling mechanism. In addition, although numerical analysis programs which are based on FEM/FDM and thus utilize continuous modeling mechanism are able to simulate circular movement and upheaval situation, they have weakness in reflecting discontinuities of rock-slope itself. In this study, detailed in-site investigation and numerical analysis based on in-site condition were performed in order to expect upheaval movement in the road. In this procedure, the FLAC program which uses continuous modeling method was utilized, and new approach reflecting discontinuity developed toward the road with a ubiquitous joint model was tried to derive reliable analysis result.
Weathering is defined as a process by which surface rock, once formed in the deep ground, is broken down and altered to keep the equilibrium with the ambient environment. In this study granitic rock samples of different weathering grades were collected in the field and the microscopic observation, X-ray diffraction analysis, electron microscopic observation, chemical analysis, and rock property tests were carried out. Formation of secondary minerals, especially clay minerals, by weathering was identified and the mechanism for the change of engineering properties such as rock strength degradation was analyzed. Tunnel model test, Failure behaviour, Shallow tunnel, Unsupproted tunnel length.
In this paper, the effect of normal load on the failure mechanism of echelon joint has been studied using PFC2D. In the first step, calibration of PFC was undertaken with respect to the data obtained from experimental laboratory tests. Then, six different models consisting various echelon joint were prepared and tested under two low and high normal loads. Furthermore, validation of the simulated models were cross checked with the results of direct shear tests performed on non-persistent jointed physical models. The simulations demonstrated that failure patterns were mostly influenced by normal loading, while the shear strength was linked to failure mechanism. When ligament angle is less than $90^{\circ}$, the stable crack growth length is increased by increasing the normal loading. In this condition, fish eyes failure pattern occur in rock bridge. With higher ligament angles, the rock bridge was broken under high normal loading. Applying higher normal loading increases the number of fracture sets while dilation angle and mean orientations of fracture sets with respect to ligament direction will be decreased.
There are many joint fissures distributed in the engineering rock mass. In the process of geological history, the underground rock mass undergoes strong geological processes, and undergoes complex geological processes such as fracture breeding, expansion, recementation, and re-expansion. In this paper, the damage-stick-slip process (DSSP), an analysis model used for rock mass failure slip, was established to examine the master control and time-dependent mechanical properties of the new and primary fractures of a multi-fractured rock mass under the action of stress loading. The experimental system for the recemented multi-fractured rock mass was developed to validate the above theory. First, a rock mass failure test was conducted. Then, the failure stress state was kept constant, and the fractured rock mass was grouted and cemented. A secondary loading was applied until the grouted mass reached the intended strength to investigate the bearing capacity of the recemented multi-fractured rock mass, and an acoustic emission (AE) system was used to monitor AE events and the update of damage energy. The results show that the initial fracture angle and direction had a significant effect on the re-failure process of the cement rock mass; Compared with the monitoring results of the acoustic emission (AE) measurements, the master control surface, key blocks and other control factors in the multi-fractured rock mass were obtained; The triangular shaped block in rock mass plays an important role in the stress and displacement change of multi-fracture rock mass and the long fissure and the fractures with close fracture tip are easier to activate, and the position where the longer fractures intersect with the smaller fractures is easier to generate new fractures. The results are of great significance to a multi-block structure, which affects the safety of underground coal mining.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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