Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.25
no.6
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pp.541-554
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2023
The utilization of underground spaces in relation to tunnels and energy/waste storage is on the rise. To ensure the stability of underground spaces, it is crucial to reinforce rock fractures and discontinuities. Discontinuities, such as joints, can weaken the strength of the rock and lead to groundwater inflow into underground spaces. In order to enhance the strength and stability of the area around these discontinuities, rock grouting techniques are employed. However, during rock grouting, it is impossible to visually confirm whether the grouting material is being smoothly injected as intended. Without proper injection, the expected increases in strength, durability, and degree of consolidation may not be achieved. Therefore, it is necessary to predict in advance whether the grouting material is being injected as designed. In this study, we aimed to assess the injection performance based on injection variables such as the water/cement mixture ratio, injection pressure, and injection flow using UDEC (Universal Distinct Element Code) numerical program. Additionally, numerical results were validated by the lab experiment. The results of this study are expected to help optimize variables such as injection material properties, injection time, and pump pressure in the grouting design in the field.
Sagong, Myung;Choi, Il Yoon;Lee, Jun S.;Cho, Chung-sik
Geomechanics and Engineering
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v.21
no.2
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pp.207-213
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2020
Umbrella Arch Method (UAM) often employed in the tunnel construction under poor rock mass conditions in Korea. Insertion of steel pipes at the periphery of the tunnel and infiltration of grouts along the pipes into the rock masses increases tunnel stability. There are two major effects of grouts expected at the tunnel face: 1) increase of face stability by enhancing the frictional resistance of discontinuities and 2) decrease of permeability along the rock masses. Increase of resistance and decrease of permeability requires a certain curing time for the grout. In Korea, we require 24 hours for curing of grout, which means no progress of excavation for 24 hours after infiltration of grouts. This step delays the tunnel construction sequences. To eliminate such inefficiency, we propose MTG (Method for Tunnel construction using Grouting technology), which uses extended length of steel pipes (14 m) compared to conventional pipe roof method (12 m). The merit of MTG is the reduction of curing time. Because of the approximately 2 m extension of the length of steel pipe, blasting can be done after infiltration of grouting. For this paper, we conducted experiments on the shear strength behaviors of grout infilled rock joint with elapsing of curing time and blasting induced vibration. The results show that blasting induced vibration under MTG does not influence the mechanical features of grout material, which indicates no influence on the mechanical behaviors of grout, contributing to the stability of tunnels during excavation. This result indicates that MTG is a cost effective and fast construction method for tunneling in Korea.
This study aimed to develop high-efficiency grouting techniques under deep-depth conditions by experimentally verifying the applicability of various injection materials. Particle size analysis and injection model experiments were conducted with Ordinary Portland Cement (OPC) and Micro Cement (MC) to evaluate the injection performance of each material. Using Barton's Cubic Network theory, the rock fracture spacing was calculated for domestic deep-depth standards, specifically below 40 meters underground. The analysis of particle size passability under selected conditions showed that MC could pass through the rock fracture gaps, while OPC could not. According to the results of the injection model experiments using experimental devices and area calculation software, OPC failed in injection due to its larger particle size, whereas MC was capable of injection even under high-viscosity conditions. Based on these findings, the study quantitatively and visually derived the applicability of grouting materials under deep-depth conditions, and high-viscosity MC material is expected to be effective for waterproofing enhancement in deep-depth rock fracture surfaces.
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.
To study the grout flow in jointed rock, various nurser characteristics of grout in a single joint plane and two-dperorbed. The joint plane is described as a channel nets properties of grout are considered. To deal with various prob generator and i oint network generator are used. A loss of head due to friction in laminal flow is adopted to between the grout and joint wall. The grout flow is stopped, setting time. To consider this phenomenon, the idea of maxim From the results of numerical simulation on the single jai etration of grout is confirmed. The basic principles for the ation and the selection of the grout are presented. Correlation ant and grouting pressure is defined by analyzing the effects grout flow. Finally, the grout flow around a tunnel is simulate ins grouting operation for jointed rock mass.
Kwangmin Beck;Seonggan Jang;Seongwoo Jeong;Minjune Yang
The Journal of Engineering Geology
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v.34
no.2
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pp.279-294
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2024
Large-scale civil engineering structures such as dams require a systematic approach to jointed rock-mass grouting to prevent water leakage into the foundations and to ensure safe operation. In South Korea, rock grouting design often relies on the experience of field engineers that was gained in similar projects, highlighting the need for a more systematic and reliable approach. Rock-mass grouting is affected mainly by hydrogeology and the presence of discontinuities, involving factors such as the rock quality designation (RQD), joint spacing (Js), Lugeon value (Lu), and secondary permeability index (SPI). This study, based on data from field investigations of 14 domestic sites, analyzed the correlation between hydrogeological factors (Lu and SPI), discontinuity characteristics (RQD and Js), and grout take, and systematically established a design method for rock grouting. Analysis of correlation between the variables RQD, Js, Lu, and SPI yielded Pearson correlation (r) values as follows: Lu-SPI, 0.92; RQD-Lu, -0.75; RQD-Js, 0.69; RQD-SPI, -0.65; Js-Lu, -0.47; and SPI-Js, -0.41. The grout take increases with Lu and SPI values, but there is no significant correlation between RQD and Js. The proposed approach for grouting design based on SPI values was verified through analysis and comparison with actual curtain-grouting construction, and is expected to be useful in practical applications and future studies.
Kim, Hyoung-Soo;Lee, Ju-Hyun;Jeong, Ui-Jin;Lee, Joong-Woo
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2006.03a
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pp.69-74
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2006
Recently, spillways are need to control stable water level for supporting main dams because of floods by unusual change of weather such as Typhoon Rusa. This study has been focused on the amount of leakage through the rock mass distributed fractures and joints under the opened emergency spillway. It is very important to evaluate the amount of leakage as these affect stability of spillway by interaction between effective stress and pore pressure. The commercial program MAFIC has been used for analyzing groundwater flow in fractured rock mass. The results showed that the values of range, average and deviation of leakage were $2.85\sim\;3.79\times10^{-1}$, $3.32\times10^{-1}$ and $1.70\times10^{-2}\;m^3/day/m^2$ respectively. Secondary, we have estimated the effect of grouting after the transmissivity$(T_f)$ of joint 1 as main pathway of leakage known from above results was changed from $1.78\times10^{-7}$ to $1.59\times10^{-9}\;m^2/s$. The results showed that the values of range, average and deviation of leakage were $7.80\times10^{-4}\sim1.53\times10^{-3}$, $1.18\times10^{-3}$ and $1.32\times10^{-4}\;m^3/day/m^2$ respectively. As the result, the amount of leakage after grouting has been decreased by a ratio of 1 to 277.
This study presented the characteristics and additive effects of the grout with mixing ratio for developing of high-efficiency grouting technology under high depth conditions. The laboratory investigation were conducted with Portland cement (OPC) and micro cement (S8000-E) including viscosity experiments, particle size analysis experiments, Gel-Time experiments and uniaxial compressive strength experiments. As a result of the viscosity experiment, it was shown that OPC is advantageous in terms of viscosity, but S8000-E is suitable when considering the passage of rock joint intervals through particle size analysis. The Gel-Time experiment shows that it is not that difficult with injection as a grout material even when silica fume (SF) was applied. The strength of the cured material is improved as increase in the content of silica fium (SF). Within the range of the study, the optimal mixing ratio obtained through various experiments is S8000-E, w/c=70%, silica fium (SF)=6%, and 7 days.
Kim, Byung-Kyu;Lee, In-Mo;Kim, Tae-Hwan;Jung, Jee-Hee
Geomechanics and Engineering
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v.18
no.1
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pp.59-69
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2019
Grout injection is mainly used for permeability reduction and/or improvement of the ground by injecting grout material into pores, cracks, and joints in the ground. The oscillatory grout injection method was developed to enhance the grout penetration. In order to verify the level of enhancement of the grout, field grout injection tests, both static and oscillatory tests, were performed at three job sites. The enhancement in the permeability reduction and ground improvement effect was verified by performing a core boring, borehole image processing analysis, phenolphthalein test, scanning electron microscopy analysis, variable heat test, Lugeon test, standard penetration test, and an elastic wave test. The oscillatory grout injection increased the joint filling rate by 80% more and decreased the permeability coefficient by 33-68%, more compared to the static grout injection method. The constrained modulus of the jointed rock mass was increased by 50% more with oscillatory grout injection compared to the static grout injection, indicating that the oscillatory injection was more effective in enhancing the stiffness of the rock mass.
Grouting technology is one of the ground improvement methods used in water controlling and reinforcement of rock mass in underground structure construction. It is necessarily required to find out the characteristics of grout flow through discontinuities in a rock mass for an adequate grout design and performance assessment. Laminar flow is not always applicable in simulating a grout flow in a rock mass, since the rock joints usually have apertures at a micro-scale and the flow through these joints is affected by the joint roughness and the velocity profile of the flow changes partially near the roughness. Thus, the influence of joint roughness and aperture on the grout flow in rough rock joint was numerically investigated in this study. The commercial computational fluid dynamics code, FLUENT, was applied for this purpose. The computed results by embedded Herschel-Bulkley model and VOF (volume of fluid) model, which are applicable to simulate grout flow in a narrow rock joint that is filled with air and water, were well compared with that of analytical results and previously published laboratory test for the verification. The injection pressure required to keep constant injection rate of grout was calculated in a variety of Joint Roughness Coefficient (JRC) and aperture conditions, and the effect of joint roughness and aperture on grout flow were quantified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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