Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2009.09a
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pp.993-1000
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2009
In general, a drilled shaft embedded in weathered rock has a large load bearing capacity. Therefore, most of the load tests are performed only up to the load level that confirms the pile design load capacity, and stopped much before the failure load of the pile is attained. If a reliable failure load value can be extracted from the premature load test data, it will be possible to greatly improve economic efficiency as well as pile design quality. The main purpose of this study is to propose a standard for judging the reliability of the failure load of piles that is obtained from extrapolated load test data. To this aim, eleven static load test data of load-displacement curves were obtained from testing of piles to their failures from 3 different field sites. For each load-displacement curve, loading was assumed as 25%, 50%, 60%, 70%, 80%, and 90% of the actual pile bearing capacity. The limited known data were then extrapolated using the hyperbolic function, and the failure load was re-determined for each extrapolated data by the ASCE 20-96 method (1997). Statistical analysis was performed on the reliability of the re-evaluated failure loads. The results showed that if the ratio of the maximum-available displacement to the failure-load displacement exceeds 0.6, the extrapolated failure load may be regarded as reliable, having less than a conservative 20% error on average. The applicability of the proposed standard of judgment was also verified with static load test data of driven piles.
In order to investigate the damage evolution law of rock specimens under cyclic loading, cyclic loading tests under constant loads with different amplitudes were carried out on limestone specimens with high strength and brittleness values using acoustic emission (AE) technology and the energy evolution and AE characteristics were evaluated. Based on dissipated energy density and AE counts, the damage variable of specimen was characterized and two damage evolution processes were analyzed and compared. The obtained results showed that the change of AE counts was closely related to radial deformation. Higher cyclic loading values result in more significant radial strain of limestone specimen and larger accumulative AE counts of cyclic loading segment, which indicated Felicity effect. Regarding dissipated energy density, the damage of limestone specimen was defined without considering the influence of radial deformation, which made the damage value of cyclic loading segment higher at lower amplitude loads. The damage of cyclic loading segment was increased with the magnitude of load. When dissipated energy density was applied to define damage, the damage value at unloading segment was smaller than that of AE counts. Under higher cyclic loading values, rocks show obvious damage during both loading and unloading processes. Therefore, during deep rock excavation, the damages caused by the deformation recovery of unloading rocks could not be ignored when considering the damage caused by abutment pressure.
Interfacial properties between rock mass and shotcrete play a significant role in the transmission of loads from the ground to shotcrete. These properties have a major effect on the behaviours of rock mass and shotcrete. They, however, have merely been considered in most of numerical analyses, and little care has been taken in identifying them. This paper aimed to identify interfacial properties including cohesion, tension, friction angle, shear stiffness, and normal stiffness, through direct shear tests as well as interface normal compression tests for shotcrete/rock cores obtained from a tunnel sidewall. Mechanical properties such as compressive strength and elastic modulus were also measured to compare them with the time-dependent variation of interfacial properties. Based on the experiments, interfacial properties between rock and shotcrete showed a significant time-dependent variation similar to those of its mechanical properties. In addition, the time-dependent behaviours of interfacial properties could be well regressed through exponential and logarithmic functions of time.
In completely weathered granite gneiss,8 of 40cm cast-in-situ concrete piles are constructed, and static pile load tests are executed on the piles to study the bearing behavior of rock-socketed piles. Subsurface explorations are carried out on the test site in three phases, in which 14 borehole investigations as well as the seismic investigation are performed. Rock socketd depths of the piles in the weathered rocks are varied as 3m, 6m and 9m to separate the shaft resistance from the end bearing resistance, and for a couple of piles, styrofoam of 10cm thickness is installed under the pile point to eliminate the effect of the end resistance. Strain gages are instrumented on re-bars to pick-up the transferred loads along the pile length. From the results of the pile load tests, the allowable shaft resistance and the allowable end bearing values of weathered rocks are proposed as $8.6t/m^2\;and\; 84t/m^2$, respectively. The empirical equation relating the elastic modulus of rock mass with the uniaxial compressive strength of the rock specimen is also proposed for the weathered rocks.
Kim Hak-Joon;Lee Seong-Ho;Shin Hyu-Seong;Bae Gyu-Jin
The Journal of Engineering Geology
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v.16
no.3
s.49
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pp.283-291
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2006
Shotcrete is used as a permanent lining in single shell tunnels even though shotcrete has been used as a temporary lining in NATM tunnels. Therefore, the accurate evaluation of strength parameters is very crucial because the reliable estimation of loads acting on the shotcretes is necessary to maintain the stability of tunnels. The evaluation of strength parameters of the ground far the single shell tunnels should be investigated to adapt the method in Korea because the geological condition of Korea is different from that of other country. Rock classification and strength parameters obtained from 25 tunnel sites were investigated for this study. Support types fur the different rock classes are suggested for the single shell tunnels in Korea based on the NMT because Q-system has been widely used in Korea. The support types in terms of both Q and RMR values are given based on the correlation of Q and RMR values obtained from the case studies.
In this paper, simulation tests were conducted with similar materials to study the distribution of residual voids in longwall goaf. Short-time step loading was used to simulate the obvious deformation period in the later stage of arch breeding. Long-time constant loading was used to simulate the rheological stage of the arch forming. The results show that the irregular caving zone is the key area of old goaf for the subsidence control. The evolution process of the stress arch and fracture arch in stope can be divided into two stages: arch breeding stage and arch forming stage. In the arch breeding stage, broken rocks are initially caved and accumulated in the goaf, followed by the step deformation. Arch forming stage is the rheological deformation period of broken rocks. In addition, under the certain loads, the broken rock mass undergoes single sliding deformation and composite crushing deformation. The void of broken rock mass decreases gradually in short-time step loading stage. Under the water lubrication, a secondary sliding deformation occurs, leading to the acceleration of the broken rock mass deformation. Based on above research, the concept of equivalent height of residual voids was proposed, and whose calculation equations were developed. Finally, the conceptual model was verified by the field measurement data.
The escalating settlements observed in concrete slab tracks pose a significant challenge in Korea, raising concerns about their adverse impact on the safe operation of high-speed railways and the substantial costs involved in restoration. A primary contributor to these settlements is identified as the utilization of rock materials sourced from tunnel construction, incorporated into the lower subgrade without the requisite soil mixing to achieve an appropriate particle size distribution. This study employs numerical analysis to evaluate the efficacy of partial reinforcement in reducing settlements in rock-filled lower subgrades. Column-shaped reinforcement areas strategically positioned at regular intervals in the lower subgrade induce soil arching in the upper subgrade, leading to a concentration of soil loads on the reinforced areas and consequent settlement reduction. The analysis employs finite element methods to investigate the influence of the size, stiffness, and spacing of the reinforced areas on settlement reduction in the lower subgrade. The numerical results guide the formulation of an optimal design approach, proposing a method to determine the minimum spacing required for reinforcements to effectively limit settlements within acceptable bounds. This research contributes valuable insights into addressing the challenges associated with settlement in concrete slab tracks, offering a basis for informed decision-making in railway infrastructure management.
Park, Jung-Wook;Lee, Yong-Ki;Song, Jae-Joon;Choi, Byung-Hee
Tunnel and Underground Space
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v.22
no.2
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pp.106-119
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2012
Roughness of rock joint has generally been characterized based upon geometrical aspects of a two-dimensional surface profile. The appropriate description of joint roughness, however, should consider the features of roughness mobilization at contact areas under normal and shear loads. In this study, direct shear tests were conducted on the replicas of tensile fractured gneiss joints and the influence of the shear direction on the shear behavior and effective roughness was examined. In this procedure, a joint surface was represented as a group of triangular planes, and the steepness of each plane was characterized using the concepts of the active and inactive micro-slope angles. The contact areas at peak strength which were estimated by a numerical method showed that the locations of the contact areas were mainly dependent on the distribution of the micro-slope angle and the shear behavior of joint was dominated by only the fractions with active micro-slope angles. Therefore, a three-dimensional coefficient for the quantification of rock joint roughness is proposed based on the distribution of active micro-slope angle: active roughness coefficient, $C_r$. Comparison of the active roughness coefficient and the peak shear strength obtained from the experiment suggests that the active roughness coefficient is the effective parameter to quantify the surface roughness and estimate the shear behavior of rock joint.
The pullout behavior of large-diameter steel pipe piles(diameter = 2,500mm, length = 38~40m), which were designed as compression piles but used as reaction piles during a static compression load test on a pile(diameter = 1,000m, length = 40m), was investigated. The steel pipe piles were driven by 20m into a marine deposit and weathered soil layer and then socketed by 10m into underlying weathered and soft rock layers. The sockets and pipe were filled with reinforced concrete. The steel pipe and concrete in the steel pipe zone and concrete and rebars in the socketed zone were fully instrumented to measure strains in each zone. The pullout deformations of the reaction pile heads were measured by LVDTs. Over the course of the study, a maximum uplift deformation of 7mm was measured in the heads of reaction piles when loaded to 10MN, and 1mm of residual uplift deflection was measured. In the reaction piles, about 83% and about 12% of the applied pullout loads were transferred in the weathered rock layer and in the soft rock layer, respectively. Also, at an uplift force of 10MN, shear stresses due to the uplift in the weathered rock layer md soft rock layer were developed as much as 125.3kPa and 61.8kPa, respectively. Thus, the weathered rock layer should be utilized as resisting layer in which frictional farce could be mobilized greatly.
Recently, with the development of high-performance processing devices such as GPGPU, a three-dimensional dynamic analysis technique that can replace expensive rock material impact tests has been actively developed in the defense and aerospace fields. Experimentally observing or measuring fracture processes occurring in rocks subjected to high impact loads, such as blasting and earth penetration of small-diameter missiles, are difficult due to the inhomogeneity and opacity of rock materials. In this study, a three-dimensional dynamic fracture process analysis technique (3D-DFPA) was developed to simulate the fracture behavior of rocks due to impact. In order to improve the operation speed, an algorithm capable of GPGPU operation was developed for explicit analysis and contact element search. To verify the proposed dynamic fracture process analysis technique, the dynamic fracture toughness tests of the Straight Notched Disk Bending (SNDB) limestone samples were simulated and the propagation of the reflection and transmission of the stress waves at the rock-impact bar interfaces and the fracture process of the rock samples were compared. The dynamic load tests for the SNDB sample applied a Pulse Shape controlled Split Hopkinson presure bar (PS-SHPB) that can control the waveform of the incident stress wave, the stress state, and the fracture process of the rock models were analyzed with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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