In this paper, cracks with different angles are prefabricated in rock specimens to study the fracture characteristics of rock based on CT images. The rock specimens are prepared for compression tests according to the standard recommended by ISRM (International Society for Rock Mechanics). The effects of different angles on rock mechanical properties and crack propagation fracture modes are analyzed. Then, based on the cohesive element method and CT images, the relationship between porosity and Young's modulus as well as the fracture property is explored by the numerical modelling. In the modelling, the distribution of Young's modulus is determined by the CT image through the field variable method. The results show that prefabricated cracks reduce the mechanical properties of rock. The closer the angles of the prefabricated crack is, the greater the Young's modulus of the rock sample is. The failure process of each specimen with prefabricated cracks is formed by the initiation and propagation of crack, and the angle of the prefabricated crack will affect the type of extended crack. As part of the numerical model proposed in this paper, the microstructure of rocks is reflected by CT images. The numerical results verify the effectiveness of the cohesive element method in the study of crack propagation for rock. The rock model in this paper can be used to predict engineering disasters such as collapse and landslide caused by rock fracture, which means that the methodology adopted in this paper is comprehensive and important to solve rock engineering problems.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.3
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pp.303-314
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2009
Image analyses for sheared joint specimens are performed to study asperity degradation characteristics with respect to the roughness mobilization of rock joints. Four different types of joint specimens, which are made of high-strength gypsum materials, are prepared by replicating the three-dimensional roughness of rock joints. About twenty jointed rock shear tests are performed at various normal stress levels. The characteristic and scale of asperity degradation on the sheared joint specimens are analyzed using the digital image analysis technique. The results show that the asperity degradation characteristic mainly depends on the normal stress level and can be defined by asperity failure and wear. The asperity degradation develops significantly around the peak shear displacement and the average amount of degraded asperities remains constant with further displacement because of new degradation of small scale asperities. The shear strength results using high-strength gypsum materials can not fully represent physical properties of each mineral particles of asperities on the natural rock joint surface. However the results of this quantitative estimation for the relationship between the peak shear displacement and the asperity degradation suggest that the characterization of asperity degradation provides an important insight into mechanical characteristics and shear models of rock joints.
In this study the applicability of a Digital Image Correlation (DIC) method was investigated by measuring the displacement and vibration of rock pillar due to underground mining blasting. When combined with a high speed photography technology, the DIC method provides an excellent photographic image processing ability that can be used to convert the evolving full-field surface properties of structures to 2D or 3D set of coordinate values. The measured coordinate sets are then used to calculate the displacement, strain, and velocity of the target structure. This technique is widely used in science and engineering, and continuously finds its new application areas. In this study, the DIC system and the conventional seismograph were compared for their ability to measure the displacement and vibration produced by blasting. In the field test both methods showed similar results. Thus, it is concluded that the DIC method is feasible to measure the ground displacements and vibrations from blasting.
A new approach of analyzing the displacements and stress of the surrounding rock for shallow tunnels excavated under non-axisymmetric displacement boundary conditions on a vertical surface is investigated in this study. In the proposed approach, by using a virtual image technique, the shear stress of the vertical ground surface is revised to be zero, and elastic solutions of the surrounding rock are obtained before stress revision. To revise the vertical normal stress and shear stress of horizontal ground surface generated by the combined action of the actual and image sinks, the harmonic functions and corresponding stress function solutions were adopted. Based on the Boussinesq's solutions and integral method, the horizontal normal stress of the vertical ground surface is revised to be zero. Based on the linear superposition principle, the final solution of the displacements and stress were proposed by superimposing the solutions obtained by the virtual image technique and the stress revision on the horizontal and vertical ground surfaces. Furthermore, the ground settlements and lateral displacements of the horizontal and vertical ground surfaces are derived by the proposed approach. The proposed approach was well verified by comparing with the numerical method. The discussion based on the proposed approach in the manuscript shows that smaller horizontal ground settlements will be induced by lower tunnel buried depths and smaller limb distances. The proposed approach for the displacement and stress of the surrounding rocks can provide some practical information about the surrounding rock stability analysis of shallow tunnels excavated under non-axisymmetric displacement boundary conditions on a vertical surface.
Pore structures in porous rock play an important role in hydraulic & mechanical behaviour of rock. Porosity, size distribution and orientation of pores represent the characteristics of pore structures of porous rock. While effective porosity can be measured easily by conventional experiment, pore size distribution is hard to be quantified due to the lack of corresponding experiment. We assessed pore size distribution of Berea sandstone using X-ray CT image based analysis combined with associated images processing, i.e., image filtering, binarization and skeletonization subsequently followed by the assessment of local thickness and star chord length. The aim of this study is to propose a new and effective way to evaluate pore structures of porous rock using X-ray CT based analysis for pore size distribution.
Direct shear tests were on ducted in a laboratory setting in order to investigate the shear strength and deformation behavior of rock joints. Also, the characteristics of acoustic emissions (AE) during shearing of rock joints were studied. The artificial rock joints were created by splitting the intact blocks of Hwangdeung granites and Iksan marbles. Joint roughness profiles were measured by a profile gage and then digitized by Image analyzer. Roughness profile indices(Rp) of the joints were calculated with these digitized data. Peak shear strength, residual shear strength, shear stiffness and maximum acoustic emission(AE) rate were investigated with joint roughness. The peak shear strenght, the residual shear strength and the shear stiffness were increased as roughness popfile index or normal stress increased in the shear tests of granites. In the tests of marble samples, the shear deformation characteristics were not directly affected by joint roughness. As the result of two directional shear tests, the shear characteristics were varied with shear direction. AE count rates were measured during the shear deformation and the AE signals in several stages of the deformation were analyzed in a frequency domain. The AE rate peaks coincided with the stress drops during the shear deformation of joint. The dominant frequencies of the AE signals were in the vicinity of 100 kHz fo rgranite sample and 900 kHz for marble samples. The distribution of amplitude was dispersed with increasing normal stress.
Rockfall monitoring systems generally used in the country are mainly based on the detection of tension of protection wire or tilting of protection post due to rock fall. However, rock fall protection net must be installed prior to the monitoring system and continual maintenance work after each rock fall event is required for a normal operation of these detection systems. To solve these problems, we suggested and implemented a non-contact rock fall detection system using multiple photo sensors and additional camera. After a laboratory experiment and field application, we can conclude that this system is effective and reliable for detecting, collecting and analyzing the rock fall information. In addition, lighten and difference operations on two captured images were able to yield rough estimation of size and direction of rock fall.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2000.03b
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pp.449-456
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2000
Remediation grouting has been widely used for the rehabilitation of various civil works like hydraulic and traffic structures. Recently there were some cases of remediation grouting for repairing old dams in korea. So this study will describe the case of remediation grouting of the concrete dam base located east-northern part of Seoul. We use Lugeon Test and Borehole Image Processing System(BIPS) for estimating the effectiveness of remediation grouting of this project. As the results of this study, we could find the lots of joints between the old concrete body and the weathered rock base. So the about 30% quantity of total cement grouts was injected at the boundary surface between concrete and rock base. And Lugeon Test and BIPS could be compared relatively because BIPS results could be presented quantitatively as well as qualitative analysis. Finally, we could find microfine cement was very effectively injected to the fine fissured concrete body compared with ordinary portland cement, but there was little injectability differences beteween microfine cement and ordinary portland cement at the large cracks or cavities were developed rock base.
The relationship between the seismic velocity and RQD was estimated using the RQD data obtained from the optical borehole image processing and drill core logs and the seismic velocity measured from the PS logging. The seismic velocity and crack aperture show a high correlation in the granite in Yuseong area and banded gneiss in Paldang area. However, such a relationship cannot be found in the sedimentary rock in Sabuk area. In the sedimentary rock of Sabbuk area, the seismic velocity shows widespread distribution especially in the 0∼20mm range of accumulated crack aperture probably because the wide distribution of fracture zone in coaly shale results in the inaccurate measurements of the crack aperture.
A study was made on the feature extraction for non-metallic one deposits and their related geology using the Remote Sensing and Airborne Radiometric data. The area chosen is around the Haenam area, where dickite and Quarzite mines are distributed in. The geology of the area consists mainly of Cretaceous volcanics and PreCambrian metamorphic. The methods applied are study on the reflectance characteristics of minerals and rocks sampled in the study area, and the feature extraction extraction of histogram normalized images for Landsat TM and Airborne Radiometric data, and finally evaluation of applicability of some useful pattern recognition techniques for regional lithological mapping. As a result, reflectances of non-metallic minerals are much higher than rock samples in the area. However, low grade dickites are slightly higher than rock samples, probably due to their greyish colour and also their textural features which may scatter the reflectance and may be capable of capturing much hychoryl ions. The reflectances of rock samples may depend on the degree of whiteness of samples. The outcrops or mine dumps in the study area were most effectively extracted on the histogram normalized image of TM Band 1, 2 and 3, due to their high reflectivity. The Masking technique using the above bands may be the most effective and the natural colour composite may provide some success as well. The colour composite image of PCA may also be effective in extracting geological features, and airborne radiometric data may be useful to some degree as an complementary tool.
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