Analysing the incompatible deformation and damage evolution around the tunnels in mixed strata is significant for evaluating the tunnel stability, as well as the interaction between the support system and the surrounding rock mass. To investigate this issue, confined compression tests were conducted on upper-soft and lower-hard strata specimens containing a circular hole using a rock testing system, the physical mechanical properties were then investigated. Then, the incompatible deformation and failure modes of the specimens were analysed based on the digital speckle correlation method (DSCM) and Acoustic Emission (AE) data. Finally, numerical simulations were conducted to explore the damage evolution of the mixed strata. The results indicate that at low inclination angles, the deformation and v-shaped notches inside the hole are controlled by the structure plane. Progressive spalling failure occurs at the sidewalls along the structure plane in soft rock. But the transmission of the loading force between the soft rock and hard rock are different in local. At high inclination angles, v-shaped notches are approximately perpendicular to the structure plane, and the soft and hard rock bear common loads. Incompatible deformation between the soft rock and hard rock controls the failure process. At inclination angles of 0°, 30° and 90°, incompatible deformations are closely related to rock damage. At 60°, incompatible deformations and rock damage are discordant due that the soft rock and hard rock alternately bears the major loads during the failure process. The failure trend and modes of the numerical results agree very well with those observed in the experimental results. As the inclination angles increase, the proportion of the shear or tensile damage exhibits a nonlinear increase or decrease, suggesting that the inclination angle of mixed strata may promote shear damage and restrain tensile damage.
In deep mixed rock strata, a double shield TBM (DS-TBM) is easy to be entrapped by a large force during tunneling. In order to reduce the probability of the entrapment, we need to investigate a favorable driving direction, either driving with or against dip, which mainly associates with the angle between the tunneling axis and strike, ${\theta}$, as well as the dip angle of rock strata, ${\alpha}$. We, therefore, establish a 3DEC model to show the changes of displacements and contact forces in mixed rock strata through LDP (longitudinal displacement profile) and LFP (longitudinal contact force profile) curves at four characteristic points on the surrounding rock. This is followed by a series of numerical models to investigate the favorable driving direction. The computational results indicate driving with dip is the favorable tunneling direction to reduce the probability of DS-TBM entrapment, irrespective of ${\theta}$ and ${\alpha}$, which is not in full agreement with the guidelines proposed in RMR. From the favorable driving direction (i.e., driving with dip), the smallest contact force is found when ${\theta}$ is equal to $90^{\circ}$. The present study is therefore beneficial for route selection and construction design in TBM tunneling.
Quantification of the influence of the fracture of thick magmatic rock (TMR) on the behavior of its overlying strata is a prerequisite to the understanding of the deformation behavior of the earth's surface in deep mining. A three-dimensional numerical model of a special geological mining condition of overlying TMR was developed to investigate the overburden movement and fracture law, and compare the influence of the occurrence horizon of TMR. The research results show that the movement of overlying rock was greatly affected by the TMR. Before the fracture of TMR, the TMR had shielding and controlling effects on the overlying strata, the maximum vertical and horizontal displacement values of overlying strata were 0.68 m and 0.062 m. After the fracture, the vertical and horizontal displacements suddenly increased to 3.06 m and 0.105 m, with an increase of 350% and 69.4%, respectively, and the higher the occurrence of TMR, the smaller the settlement of the overlying strata, but the wider the settlement span, the smaller the corresponding deformation value of the basin edge (the more difficult the surface to crack). These results are of tremendous importance for the control of rock strata and the revealing of surface deformation mechanism under TMR mining conditions in mines.
An understanding of the influence of MR (Magmatic Rock) thickness on the surrounding rock behaviors is essential for the prevention and management of dynamic disasters in coal mining. In this study, we used FLC3D to study the breaking and instability laws of surrounding rock with different MR thicknesses in terms of strata movement, stress and energy. The mechanism of dynamic disasters was revealed. The results show that the thicker the MR is, (1) the smaller the subsidence of the overlying strata is, but the subsidence span of the overlying strata become wider, and the corresponding displacement deformation value of the basin edge become smaller. (2) the slower the growth rate of abutment pressure in front of the working face is, but the peak value is smaller, and the influence range is larger. The peak value decreases rapidly after the breaking, and the stress concentration coefficient is maintained at about 1.31. (3) the slower the peak energy in front of coal wall, but the range of energy concentration increases (isoline "O" type energy circle). Finally, a case study was conducted to verify the disaster-causing mechanism. We anticipate that the research findings presented herein can assist in the control of dynamic hazards.
Journal of the Korean Society of Earth Science Education
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v.9
no.2
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pp.233-242
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2016
The purpose of this study was learning about the project 'stratum and the rock ' of pre-primary teachers to the effects of self-directed learning ability and environmental sensitivity. This study was set up experimental treatment period of 15 weeks from March 2016 to June, students who are B Education University of fourth grade the first semester participated, in the study, It was composed of 34 students of 1 class taking 'strata and rock' lecture. Experimental study group consisted of exploration activities on the field experience about strata and rock. Set the area they want to explore the site by teams. The results of this study are as follows. First. learning about the project 'stratum and the rock ' of pre-primary teachers was effective to self-directed learning skills. 2nd, Learning about the project 'stratum and the rock ' of pre-primary teachers was effective to environmental sensitivity. 3rd, The students showed a positive response and were interested in the project 'stratum and the rock ' of pre-primary teachers.
The purpose of this study is to analyze the geothermal anomaly based on the relationship between heat flow values and geologic settings in South Korea. For this, a total of 247 heat flow data was constructed to spatial database and the spatial database was overlaid with 1 : 1,000,000-scale digital geologic map using GIS. As the result, the average of heat flow is 64$\pm$14mW$m^{-2}$in South Korea. In the lithological aspect, the area of sedimentary rock shows high heat flow of 74mW$m^{-2}$, sedimentary/volcanic rock area 62mW$m^{-2}$, plutonic rock area 63mW$m^{-2}$ and metamorphic rock area 61mW$m^{-2}$. In the geologic time sequence, the Cenozoic strata has 91mW$m^{-2}$, the Mesozoic and Paleozoic strata 65mW$m^{-2}$, the Proterozoic strata 55mW$m^{-2}$ and the Archean strata 61mW$m^{-2}$.
Due to top-coal and immediate roof as cushion layer connecting with support and overlying strata, it can make significant influence on strata behaviors in fully mechanical top-coal caving working face (TCCWF). Taking Qingdong 828 working face as engineering background, $FLAC^{3D}$ and $UDEC^{2D}$ were adopted to explore the influence of top-coal thickness (TCT), immediate roof thickness (IRT), top-coal elastic modulus (TCEM) and immediate roof elastic modulus (IREM) on the vertical stress and vertical subsidence of roof, caving distance, and support resistance. The results show that the maximum roof subsidence increases with the increase of TCT and IRT as well as the decrease of TCEM and IREM, which is totally opposite to vertical stress in roof-control distance. Moreover, although the increase of TCEM and IREM leading to the increase of peak value of abutment pressure, the position and distribution range have no significant change. Under the condition of initial weighting occurrence, support resistance has negative and positive relationship with physical parameters (e.g., TCT and IRT) and mechanical properties (e.g., TCEM and IREM), respectively.
In most current seismic design codes, design earthquake ground motions are defined by a reference spectrum, based on bedrock and site amplification factors that quantify the geotechnical dynamic conditions. Earthquake engineering bedrock is the fundamental geotechnical formation where the seismic waves are attenuated without amplification. To better define bedrock in an earthquake engineering context, shear wave velocity ($V_S$ ) data obtained from in-situ seismic tests were examined for several rock strata in Korea; these data were categorized by borehole drilling investigations. The $V_S$ values for most soft rock data in Korea are > 750 m/s, which is the threshold $V_S$ value for identifying engineering bedrock from a strong motion station. Conversely, VS values are < 750 m/s for 60% of $V_S$ data in weathered rock in Korea. Thus, the soft (or harder) rock strata below the weathered rock layer in Korea can be regarded as earthquake engineering bedrock.
In deep excavations for creation of underground spaces, it would be difficult to predict earth pressure, especially multilayered ground including rock strata. The earth pressures and displacements on the retention walls are measured by load cell, strain gauge and inclinometer which were installed at struts or anchors at 4 deep excavation sites in Seoul area. In this paper, the measured earth pressure from the struts or anchors are compared with Peck's empirical values, and the coefficient of the earth pressures for each strata and horizontal wall displacement are investigated. The coefficient of earth pressure distribution, a(0.65zka), in the flexible and the rigid walls was about 74% and 88% of Peck's value respecitively. The measured earth pressure distributions for the 4 sites showed about 70%∼80% of Peck's empirical values and the average earth pressure coefficients based on the measured data were 0.3 for the felted layer, 0.23 for the weathered rock and 0.19 for the weak rock. The maximum w리1 displacements were found to be less 0.2% of excavation depth.
Taking top-coal caving mining face (TCCMF) as research object, this paper considers the combination of top-coal and immediate roof as cushion layer to build the solution model of support resistance based on the theory of elastic foundation beam. Meanwhile, the physical and mechanical properties of coal-rock combination influencing on strata behaviors is explored. The results illustrate that the subsidence of main roof in coal wall increases and the first weighting interval decreases with the increase of top-coal and immediate roof thicknesses as well as the decrease of top-coal and immediate roof elastic modulus. Moreover, the overlying strata reflecting on support has negative and positive relationship with top-coal thickness and immediate roof thickness, respectively. However, elastic modulus has limit influence on the dead weight of top-coal and immediate roof. As a result, it has similar roles on the increase of total support resistance and overlying strata reflecting on support in the limit range of roof control distance. In view of sensitive analysis causing the change of total support resistance, it can be regards as the rank of three components as immediate roof weight > overlying strata reflecting on support > top coal weight. Finally, combined with the monitoring data of support resistance in Qingdong 828, the validity of support resistance determined based on elastic foundation beam is demonstrated, and this method can be recommended to adopt for support type selecting in TCCMF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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