Lei She;Yan-long Li;Chao Wang;She-rong Zhang;Sun-wen He;Wen-jie Liu;Min Du;Shi-min Li
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.6
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pp.647-663
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2023
The investigation of the disc cutter wear prediction has an important guiding role in TBM equipment selection, project planning, and cost forecasting, especially when tunneling in a long-distance rock formations with high strength and high abrasivity. In this study, a comprehensive database of disc cutter wear data, geological properties, and tunneling parameters is obtained from a 1326 m excavated metro tunnel project in leptynite in Shenzhen, China. The failure forms and wear consumption of disc cutters on site are analyzed with emphasis. The results showed that 81% of disc cutters fail due to uniform wear, and other cutters are replaced owing to abnormal wear, especially flat wear of the cutter rings. In addition, it is found that there is a reasonable direct proportional relationship between the uniform wear rate (WR) and the installation radius (R), and the coefficient depends on geological characteristics and tunneling parameters. Thus, a preliminary prediction formula of the uniform wear rate, based on the installation radius of the cutterhead, was established. The correlation between some important geological properties (KV and UCS) along with some tunneling parameters (Fn and p) and wear rate was discussed using regression analysis methods, and several prediction models for uniform wear rate were developed. Compared with a single variable, the multivariable model shows better prediction ability, and 89% of WR can be accurately estimated. The prediction model has reliability and provides a practical tool for wear prediction of disc cutter under similar hard rock projects with similar geological conditions.
In this study, a comprehensive management plan was proposed to ensure the stability of the existing subway when constructing ground structures adjacent to the subway. In the first step, the measurement inspection cycle is selected through proximity evaluation, in the second step, the stability of existing subway and station structures such as displacement and stress is reviewed through 3D numerical analysis considering the construction stage and groundwater influence, and in the third stage, the safety of train operation was reviewed by examining the track stability, and based on the numerical analysis results in the fourth stage, the displacement concentration section was selected as an intensive management section and it was proposed that intensive measurement management be performed.
The robustness of a numerical method means that its computational performance is maintained under various modeling conditions. New numerical methods or codes need to be assessed for robustness through benchmark testing. The TOUGH-FLAC modeling approach has been applied to various fields such as subsurface carbon dioxide storage, geological disposal of spent nuclear fuel, and geothermal development both domestically and internationally, and the modeling validity has been examined by comparing the results with experimental measurements and other numerical codes. In the present study, a benchmark test of the TOUGH-FLAC approach was performed based on a coupled thermal-hydro-mechanical behavior problem with an analytical solution. The analytical solution is related to the temperature, pore water pressure, and mechanical behavior of a fully saturated porous medium that is subjected to a point heat source. The robustness of the TOUGH-FLAC approach was evaluated by comparing the analytical solution with the results of numerical simulation. Additionally, the effects of thermal-hydro-mechanical coupling terms, fluid phase change, and timestep on the computation of coupled behavior were investigated.
Chang-Ho Hong;Jiwook Choi;Jin-Seop Kim;Sinhang Kang
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.4
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pp.267-282
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2024
This study aims to develop a wireless communication system for long-term monitoring of high-level radioactive waste disposal facilities. Conventional wired sensors can lead to a deterioration in buffer quality and management difficulties due to the use of cables for power supply and data transmission. This study proposes the adoption of a wireless communication system and compares the received signal strengths within bentonite using modules such as WiFi, ZigBee, and LoRa. Increases in dry density of bentonite and distance between transceivers led to reduced received signal strength. Additionally, using the low-frequency band exhibited less signal attenuation. Based on these findings, a conceptual design for a wireless network-based THM integrated sensor system was proposed. Results of this study can be used as foundational data for long-term monitoring of disposal facility.
The excavation broken zones (EBZ) of gateways is a significant factor in determining the stability of man-made opening. The EBZ of 55 gateways with variety geological conditions were measured using Ground Penetrating Radar (GPR). The results found that the greatly depth of EBZ, the smallest is 1.5 m and the deepest is 3.5 m. Experimental investigations were carried out in the laboratory and in the coal mine fields for applying the combined arch support theory to large EBZ. The studies found that resin bolts with high tensile strength and good bond force could provide high pretension force with bolt extensible anchorage method in the field. Furthermore, the recently invented torque amplifier could greatly improve the bolt pretension force in poor lithology. The FLAC3D numerical simulation found that the main diffusion sphere of pretension force was only in the free segment zone of the surrounding rock. Further analysis found that the initial load-bearing zone thickness of the combined arch structure in large EBZ could be expressed by the free segment length of bolt. The using of high mechanical property bolts and steel with high pretension force will clearly putting forward the bolt length selection rule based on the combined arch support theory.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.19
no.1
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pp.41-56
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2017
Recently, the necessity of deep and double-deck tunnels has been grown day by day due to the increase of traffic volume at metropolitans and thus the study on the divergence of those tunnels becomes required. Therefore sensitivity analyses were conducted with FLAC 2D program by selecting ground condition, coefficient of lateral pressure, support pattern, and depth of rock cover as parameters. Ultimately, this study is to find the optimal shape and support method of a diverged section. As the results of this study, it turned out that the box type gave higher stability of the section than arch type unlike the general thought. It can be explained that the arch type has about 30% bigger excavation area than the box type. When the ground conditions are poor, steel pipe grouting reinforcement gives higher stability than rockbolt reinforcement, but its thickness and range do not give a great influence on the stability of the enlarged section.
To be design the slope, the area distributed the mica schist which was metamorphosed by shale or mudstone must carefully consider the stability. Mica schist is another unstable rock for slope by schistosity, cleavage, axial plane of a fold etc. In general mica schist contains the swelling clay minerals such as smectite, vermiculite and montmorillonite. These minerals make the slope unstable. At OO tunnel construction area for the rail way of the Kyungbu high speed train, the slope of mica schist is very unstable by the distribution phenomena of the discontinuous plane such as joints which are 1-5 cm spacing and thrust and strike-slip fault. By the drilling core of this area, most RQD have 0-20%.
As the construction of nuclear power plants are increased, nuclear wastes disposal has been faced as a serious problem. If nuclear wastes are to be buried in the underground stratum, thermo-mechanical behavior of stratum must be analyzed, because high temperature distribution has a significant effect on tunnel and surrounding stratum. In this study, in order to analyze the structural behavior of the underground which is subject to concentrated heat sources, a coupling method of nonlinear finite elements and linear boundary elements is proposed. The nonlinear finite elements (NFE) are applied in the vicinity of nuclear depository where thermo-mechanical stress is concentrated. The boundary elements are also used in infinite domain where linear behavior is expected. Using the similar method as for the problem in mechanical field, the coupled nonlinear finite element-boundary element (NFEBE) is developed. It is found that NFEBE method is more efficient than NFE which considers nonlinearity in the whole domain for the nuclear wastes depository that is expected to exhibit local nonlinearity behavior. The effect of coefficients of the rock mass such as Poisson's ratio, elastic modulus, thermal diffusivity and thermal expansion coefficient is investigated through the developed method. As a result, it is revealed that the displacements around tunnel are largely dependent on the thermal expansion coefficients.
Ground vibration caused by blasting in the urban area close to structures can give some indirect damage to human body and may lead to structural damage to buildings. At the stage of design or when complaints were filed by residents, the test blasting in borehole, which is most practical for expressing simple vibration wave form quantitatively, is usually chosen for assessing the degree of damage to structures. In this paper, some lessons gained from the application of electronic detonator triggering system in borehole test blasting are presented. The difference in delay time of detonator when borehole is blasted by electronic detonator and electric detonator are discussed. The peak particle velocities measured at the structure embedded in the similar rock layer to main line of tunnel at test site and measured at the road surface just above the tunnel having different overburden layers were analysed to draw their relationship. By comparing the results with those appearing in some published literatures, the usefulness of the borehole test blasting and the importance of delay time of detonator are addressed.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.2
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pp.209-216
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2003
The present with in this country, rock bolt installation, shotcrete, and concrete lining in construction order has become accepted as a general tunnelling method in NATM. On the other hand Unlined tunnelling method, which was developed by many countries near Scandinavian Peninsula with hard rocks comparatively, has recently been introduced all over the world, and numerous studies about that have been being devoted to domestic tunnels. Unlined tunnelling method has been developed on the basis of the permanently unsupported openings, and general 7 requirements for them were suggested by Nick Barton. There are no case record about these conditions for Q-system in this country. Therefore, input parameters for Q-system under these conditions were applied to general road tunnel cross-section and numerical analyses for each condition were executed with UDEC-BB, Distinct Element Method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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