To explore the influence of coal thickness on the mechanical behavior and the failure characteristics of rock-coal-rock (RCR) mass, the experimental investigation of uniaxial compressive tests was conducted first and then a systematic numerical simulation by particle flow code (PFC2D) was performed to deeply analyze the failure mechanical behavior of RCR specimens with different coal thicknesses in conventional compression tests. The overall elastic modulus and peak stress of RCR specimens lie between the rock and the coal. Inter-particle properties were calibrated to match the physical sample strength and the stiffness response. Numerical simulation results show that the deformation and strength behaviors of RCR specimens depend not only on the coal thickness, but also on the confining pressure. Under low confining pressures, the overall failure mechanism of RCR specimen is the serious damage of coal section when the coal thickness is smaller than 30 mm, but it is shear failure of coal section when the coal thickness is larger than 30 mm. Whereas under high confining pressures, obvious shear bands exist in both the coal section and the rock section when the coal thickness is larger than 30 mm, but when the coal thickness is smaller than 30mm, the failure mechanism is serious damage of coal section and shear failure of rock section.
Rockburst is a sudden and violent failure of rock. During the failure process, excess energy is liberated as seismic energy, which in turn causes the surrounding rock mass to vibrate. The level of the ground vibration can reach a magnitude of over 4.5 in the Richter local scale. Thus, a rockburst can cause not only injury to persons, but also damage to both underground workings and surface structures. In this paper the source mechanism of rockburst is analyzed based mainly on the two reports of the Canadian Rockburst Research Program (CRRP). A simplified LS-DYNA modeling is also performed to identify the tensile failure patterns occurring in the remaining rock mass right after blasting in mine stope. The configuration of the simplified model will probably be useful in small-scale laboratory tests for investigating the source mechanism of rockburst.
In order to investigate the influence of the interfacial angel on failure characteristics and mechanism of combined coal-rock mass, 35 uniaxial/biaxial compressive simulation tests with 5 different interfacial angels of combined coal-rock samples were conducted by PFC2D software. The following conclusions are drawn: (1) The compressive strength and cohesion decrease with the increase of interfacial angle, which is defined as the angle between structure plane and the exterior normal of maximum principal plane, while the changes of elastic modulus and internal friction angle are not obvious; (2) The impact energy index $K_E$ decreases with the increase of interfacial angle, and the slip failure of the interface can be predicted based on whether the number of acoustic emission (AE) hits has multiple peaks or not; (3) There are four typical failure patterns for combined coal-rock samples including I (V-shaped shear failure of coal), II (single-fracture shear failure of coal), III (shear failure of rock and coal), and IV (slip rupture of interface); and (4) A positive correlation between interfacial angle and interface effect is shown obviously, and the interfacial angle can be divided into weak-influencing scope ($0-15^{\circ}$), moderate-influencing scope ($15-45^{\circ}$), and strong-influencing scope (> $45^{\circ}$), respectively. However, the confining pressure has a certain constraint effect on the interface effect.
Excavation by TBM can be characterized by a rock-machine interaction during the cutting process on a small scale, but on a large scale the interaction between the rock mass and TBM becomes very significant. For the planning and evaluation of TBM tunnelling it needs to understand rock fracture mechanism by a cutter or cutters on a small scale, and to estimate penetration rate, advance rate and utilization on a large scale. In this study rock chipping mechanism due to cutter-penetration is analysed by numerical simulation, showing that rock chipping is mainly occurred by tensile failure. Also, through the analysis of factors that affect on TBM procedures in various assessment systems, it is determined that the key elements that should be considered in the planning and evaluation of TBM tunnelling are classified into rock properties, the geological structures and properties of rock mass, and the structural and functional specifications of the machine. The user-friendly assessment tool is developed, so that penetration rate, advance rate and TBM utilization are evaluated from various input data. The tool developed in this study can be applied to a practical TBM tunnelling by understanding TBM tunnelling procedures.
This paper presents the results of full-scale uplift load tests performed on 24 passive anchors grouted to various lengths at Okchun and Changnyong site. Rock anchors were installed over a wide range of rock types and qualities with a fixed anchored depth of 1~6 m. The majority of installations used D51 mm high grade steel rebar to induce rock failure prior to rod failure. However, a few installations included the use of D32 mm rebar at relatively deeper anchored depth so as to induce 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. In addition to field tests, laboratory pullout tests were conducted to determine bond strength and bond stress-shear slip relation at the tendon/grout interface when a corrosion protection sheath is installed in the cement-based grout. The test results show that the ultimate tendon-grout bond strength is measured from 18~25% of unconfined compressive strength of grout. One of the important results from these tests is that the measured strains along the corrosion protection sheath were so small that practically the reduction of bond strength by the presence of sheath would be negligible.
Failure around an underground opening is a function of in-situ stress magnitudes, intact rock strength and the distribution of fractures in the rock mass. At high in-situ stress, the failure process is affected and eventually dominated by stress-induced fractures preferentially growing parallel to the excavation boundary. This fracturing is often observed in brittle type of failure such as slabbing or spatting. Recent studies dies on the stress-induced damage of rock revealed its importance especially in a highly stressed regime. As the constructions of underground structures at deep depths increased, the cases of the brittle failure also increased and furthermore spalling was occurred in Korea at low depths. To improve the stability of the underground structures at highly stressed regime, the characteristics of brittle failure should be examined, but they have not yet been properly investigated. Therefore in this report the characteristics of brittle failure such as types, failure mechanism and modeling methods etc. were considered in all aspects, based on the previous researches.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.10a
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pp.268-273
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2006
Slope failures can be occurred by complex mechanism. In this cases, failures shows characteristics of complex failure mechanism during progressive mass movements. A case is a merged large slide with two sliding events triggered by slip on fault plane. Another case shows extension of failure area by sliding or subsidence at backyards of toppling areas. Generally, areas of progressive failures have wider than them of simple events.
Analysis of slope behavior concerning the structural characteristics of field rock mass can be processed by virtue of borehole information of joint orientation and position acquired from DOM drilled core. Anticipated sliding potential of pre-failed rock slope is analyzed and the regional slope instability is investigated by inspecting the hazardous joints and blocks the traces of which is projected on the cut-face. Cross section has been set at the center of rock slope and the traces of both joints and tetrahedral blocks, which potentially can induce the slope failure, are drawn to investigate the failure modes and the triggering mechanism. Automated monitoring system has been established to measure the slope movement and especially, inclinometer has been installed inside DOM borehole to analyze the slope movement by considering the internal rock structure. Algorithms for predicting the slope failure time have been reviewed and the significance of heavy rainfall on the slope behavior has been investigated.
In this paper the effect of bedding layer on the failure mechanism of rock in direct shear test has been investigated using particle flow code, PFC. For this purpose, firstly calibration of pfc2d was performed using Brazilian tensile strength. Secondly direct shear test consisting bedding layer was simulated numerically. Thickness of layers was 10 mm and rock bridge length was 10 mm, 40 mm and 60 mm. In each rock bridge length, bedding layer angles changes from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$ with increment of $15^{\circ}$. Totally 21 models were simulated and tested. The results show that two types of cracks develop within the model. Shear cracks and tensile cracks. Also failure pattern is affected by bridge length while shear strength is controlled by failure pattern. It's to be noted that bedding layer has not any effect on the failure pattern because the layer interface strength is too high.
This paper presented solutions of displacement and stress for a circular opening which is reinforced with grouted rock bolt. It satisfies the Mohr-Coulomb (M-C) or generalized Hoek-Brown (H-B) failure criterion, and exhibits elastic-brittle-plastic or strain-softening behavior. The numerical stepwise produce for strain-softening rock mass reinforced with grouted rock bolt was developed with non-associative flow rules and two segments piecewise linear functions related to a principle strain-dependent plastic parameter, to model the transition from peak to residual strength. Three models of the interaction mechanism between grouted rock bolt and surrounding rock proposed by Fahimifar and Soroush (2005) were adopted. Based on the axial symmetrical plane strain assumption, the theoretical solution of the displacement and stress were proposed for a circular tunnel excavated in elastic-brittle-plastic and strain-softening rock mass compatible with M-C or generalized H-B failure criterion, which is reinforced with grouted rock bolt. It showed that Fahimifar and Soroush's (2005) solution is a special case of the proposed solution for n = 0.5. Further, the proposed method is validated through example comparison calculated by MATLAB programming. Meanwhile, some particular examples for M-C or generalized H-B failure criterion have been conducted, and parametric studies were carried out to highlight the influence of different parameters (e.g., the very good, average and very poor rock mass). The results showed that, stress field in plastic region of surrounding rock with considering the supporting effectiveness of the grouted rock bolt is more than that without considering the effectiveness of the grouted rock bolt, and the convergence and plastic radius are reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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