Yieldable steel ribs have been widely applied in tunnels excavated in rheological rocks. For further understanding the influence of yieldable steel ribs on supporting effect, mechanical behavior of tunnels supported by them in rheological rocks is investigated in this paper. Taking into account the deformation characteristic of yieldable steel ribs, their deformation is divided into three stages. In order to modify the stiffness of yieldable steel ribs in different deformation stages, two stiffness correction factors are introduced in the latter two stages. Viscoelastic analytical solutions for the displacement and pressure in the rock-support interface in each deformation stage are obtained. The reliability of the theoretical analysis is verified by use of numerical simulation. It could be concluded that yieldable steel ribs are able to reduce pressure acting on them without becoming damaged through accommodating the rock deformation. The influence of stiffness correction factor in yielding deformation stage on pressure and displacement could be neglected with it remaining at a low level. Furthermore, there is a linearly descending relationship of pressure with yielding displacement in linear viscoelastic rocks.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.20
no.1
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pp.161-182
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2018
We carried out a series of linear cutting machine tests to assess the cutting performance of a pick cutter in sedimentary rock. The specimens were Linyi sandstone from China and Concrete (rock-like material, conglomerate). Using the small scaled LCM system, we estimated the cutter force and specific energy under different cutting conditions. The cutter forces (cutting and normal) increased with penetration depth and cutter spacing in two rock types, and it was affected by the strength of specimens. On the other hand, the ratio of the peak cutter force to the mean cutter force was influenced by cutting characteristic and composition of rock rather than rock strength. The cutting coefficient was affected by the friction characteristic between rock and pick cutter rather than the cutting conditions. Therefore, the optimal cutting angle can be determined by considering of cutting coefficient and resultant force of pick cutter. The optimum cutting condition was determined from the relationship between the specific energy and cutting condition. For two specimens, the optimum s/p ratio was found to be two to four, and the specific energy decreased with the penetration depth. The result from this study can be used as background database to understand the cutting mechanism of a pick cutter, also it can be used to design for the mechanical excavator.
Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference
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1999.10c
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pp.265-270
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1999
At this study, we investigated the chemical component and the mineral granular composition of sedimentary rock and others where were distributed in Taegu area and compared correlations with each data through the various physicla and mechanical characteristic test. As the result, d and E, they are kinds of granite, which contain much albite than others were proved to be strong by mechanical tests and the correlation moduli were proved to be more than 0.8 except P wave velocity-Poisson's ration relation when examined Elastic moduluous -Poisson's ration, P, wave velocity-Uniaxial compression strength, Elastic modulous -Uniaxial compression strength and Uniaxial compression strength-Poisson's ration correlation function graph.
This paper aims at the temperature and slenderness ratio effects on physical and mechanical properties of Beishan granite. A series of uniaxial compression tests with various slenderness ratios and temperatures were carried out, and the acoustic emission signal was also collected. As the temperature increases, the fracture aperture of intercrystalline cracks gradually increases, and obvious transcrystalline cracks occurs when T > 600℃. The failure patterns change from tensile failure mode to ductile failure mode with the increasing temperature. The elastic modulus decreases with the temperature and increases with slenderness ratio, then tends to be a constant value when T = 1000℃. However, the peak strain has the opposite evolution as the elastic modulus under the effects of temperature and slenderness ratio. The uniaxial compression strength (UCS) changes a little for the low-temperature specimens of T < 400℃, but a significant decrease happens when T = 400℃ and 800℃ due to phase transitions of mineral. The evolution denotes that the critical brittle-ductile transition temperature increases with slenderness ratio, and the critical slenderness ratio corresponding to the characteristic mechanical behavior tends to be smaller with the increasing temperature. Additionally, the AE quantity also increases with temperature in an exponential function.
The physical and mechanical properties of the sedimentary rocks deposited in Taegu and Kyongbuk region have been measured in the laboratory and at the field. Four kinds of rocks such as the shale, the mudstone, the siltstone and the sandstone were the object of this study. In sedimentary rock joint, bedding made it impossible to extract cores for uniaxial compressive test. Some correlations between the uniaxial compressive strength and the other characteristic values such as Point load index, Schmidt hammer rebound, Brazilian strength, P-wave velocity and Absorption ratio are made. The chemical and mineral compositions are also investigated by the XRF and XRD analysis. In addition, the weathering grade of rocks are classified by the quantitative indices of Point load index, Schmidt hammer rebound and Absorption ratio.
Thermal effect has great influence on wellbore stability in Dongfang 1-1 (DF 1-1) gas field, a reservoir with high-temperature and high-pressure. In order to analyze the wellbore stability in DF1-1 gas field, the variation of temperature field after drilling was analyzed. In addition, the effect of temperature changing on formation strength and the thermal expansion coefficients of formation were tested. On this basis, a wellbore stability model considering thermal effect was developed and the thermal effect on fracture pressure and collapse pressure was analyzed. One of the main challenges in this gas field is the decreasing temperature of the wellbore will reduce fracture pressure substantially, resulting in the drilling fluid leakage. If the drilling fluid density was reduced, kick or blowout may happen. Therefore, the key of safe drilling in DF1-1 gas field is to predict the fracture pressure accurately.
Nemerical algorithms were developed to analyze the behavior of the double lining as well as ground mass separately or simultaneously. A lining interface element was especially developed, verified and applied to the study on the coupled interaction of shotcrete and the concrete lining. It could be known fro parameter studys on double lining support systems that as the contact surface between shotcrete and concrete lining was rougher, the more decreased bearing capacity against the cracking of the system. If the thickness of the shotcrete increased, the bearing capacity of the double lining also increased linearly with the thickness. If the thickness of the concrete lining increased, the bearing capacity of the double lining had the relationship of the characteristic S-shape of a sigmoid function with the thickness. When the thickness increased over a given value, it was not useful to increase more the thickness because bearing capacity had no remarkable change. It could be concluded that the behavior of the shotcrete and concrete lining was generally reversed before and after the ratio of horizontal to vertical earth preassure of 1.0 and 0.5 respectively. Therefore, we could guess that the movement which two shotcrete and concrete lining deflect toward each other around the crown caused a friction between two linings and thus this disadvantageous effect could contribute to reducing the bearing capacity against the cracking.
Jung-Wook Park;Chan-Hee Park;Li Zhuang;Jeoung Seok Yoon;Changlun Sun;Changsoo Lee
Tunnel and Underground Space
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v.33
no.3
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pp.189-207
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2023
In the present study, the thermoshearing experiment on a rough rock fracture were modeled using a three-dimensional grain-based distinct element model (GBDEM). The experiment was conducted by the Korea Institute of Construction Technology to investigate the progressive shear failure of fracture under the influence of thermal stress in a critical stress state. The numerical model employs an assembly of multiple polyhedral grains and their interfaces to represent the rock sample, and calculates the coupled thermo-mechanical behavior of the grains (blocks) and the interfaces (contacts) using 3DEC, a DEM code. The primary focus was on simulating the temperature evolution, generation of thermal stress, and shear and normal displacements of the fracture. Two fracture models, namely the mated fracture model and the unmated fracture model, were constructed based on the degree of surface matedness, and their respective behaviors were compared and analyzed. By leveraging the advantage of the DEM, the contact area between the fracture surfaces was continuously monitored during the simulation, enabling an examination of its influence on shear behavior. The numerical results demonstrated distinct differences depending on the degree of the surface matedness at the initial stage. In the mated fracture model, where the surfaces were in almost full contact, the characteristic stages of peak stress and residual stress commonly observed in shear behavior of natural rock joints were reasonably replicated, despite exhibiting discrepancies with the experimental results. The analysis of contact area variation over time confirmed that our numerical model effectively simulated the abrupt normal dilation and shear slip, stress softening phenomenon, and transition to the residual state that occur during the peak stress stage. The unmated fracture model, which closely resembled the experimental specimen, showed qualitative agreement with the experimental observations, including heat transfer characteristics, the progressive shear failure process induced by heating, and the increase in thermal stress. However, there were some mismatches between the numerical and experimental results regarding the onset of fracture slip and the magnitudes of fracture stress and displacement. This research was conducted as part of DECOVALEX-2023 Task G, and we expect the numerical model to be enhanced through continued collaboration with other research teams and validated in further studies.
Time-dependent behavior is a basic mechanical property of rocks. Predicting the failure time of rock structures by analyzing the time-dependent characteristic is important and problematic. It is tried to predict the failure time of tunnel, slope & laboratory creep test specimen from measured displacement(or strain) and rate with relationship suggested by Voight($\ddot{\Omega}=A\dot{\Omega}^\alpha$, where $\Omega$ is a measurable quantity such as strain & displacement and A & $\alpha$ are constants). A & $\alpha$ are estimated through applying the nonlinear least square method to the single and double integrated Voight's equations and utilized to predict the failure time. Predicted failure time is in accordance with real one except minor error. Linear inverse rate method applied to creep strain and rate yields a poor linear correlation of data and precision of predicted failure time is not better than methods using strain and rate.
Baeknokdam rock mass at the crest of Halla mountain is composed of Baeknokdam trachybasalt in the eastern region and Hallasan trachyte in the western region. On-going weathering, rockfall and collapse of Baeknokdam wall rock are closely linked to the weathering of trachyte distributed in the western region of Baeknokdam, though within the restricted area of eastern region trachybasalt blocks has been naturally formed and may be rolled down neering properties have been conducted. Based on the results of these experiments variations of mineralogical-petrographical characteristics of trachyte together with chemical and physical properties with respect to the degree of weathering have been analyzed. Weathering mechanism of Baeknokdam trachyte has been delineated by investigating the environmental cause of weathering and the peculiar features of weathered rock mass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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