In this study, a simple numerical approach for a circular tunnel opening in strain-softening surrounding rock is proposed considering out-of-plane stress and seepage force based on Biot's effective stress principle. The plastic region of strain-softening surrounding rock was divided into a finite number of concentric rings, of which the thickness was determined by the internal equilibrium equation. The increments of stress and strain for each ring, starting from the elastic-plastic interface, were obtained by successively incorporating the effect of out-of-plane stress and Biot's effective stress principle. The initial value of the outmost ring was determined using equilibrium and compatibility equations. Based on the Mohr-Coulomb (M-C) and generalized Hoek-Brown (H-B) failure criteria, the stress-increment approach for solving stress, displacement, and plastic radius was improved by considering the effects of Biot's effective stress principle and the nonlinear degradation of strength and deformation parameters in plastic zone incorporating out-of-plane stress. The correctness of the proposed approach is validated by numerical simulation.
The source of rock breakage by explosive blasting is the energy released from an explosive. It is transmitted to the surrounding rock mass causing various types of fracture of rock material. The reaction of explosives and the resulting action on the surrounding rock mass are completed in very short tine, making it almost impossible to observe the processes occurring in the interior of the rock mass. In this study several input parameters are investigated by numerical modelling of blast source and dynamic response of rock mass. It is shown that damping coefficient and rising time are major parameters affecting dynamics response of rock mass.
Based on the extended spatial mobilization plane (SMP) criterion, we present an elastic-brittle-plastic solution for an axisymmetric cylindrical tunnel. The influences of the intermediate principal compressive stress and material strain-softening behavior are considered. Closed-form formulas for the critical support force, radius of plastic zone, and distributions of stress and displacement in surrounding rock are proposed. The elastic-plastic solution based on SMP is compared with the Kastner solution to verify the credibility of the obtained elastic-plastic solution. The elastic-brittle-plastic solution following the SMP criterion and the current solution based on the Mohr-Coulomb criterion are also compared. The rock strain-softening rate and the intermediate principal stress affect the stability of the surrounding rock. The results provide guidance for optimizing the design of support systems for tunnels.
Journal of the Korean Professional Engineers Association
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v.44
no.1
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pp.44-47
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2011
Huge amount of energy produced by an underground nuclear test is released into the surrounding rock. Depending on the properties of the bed rock surrounding the detonation and overlaying it a variety of effects can occur. At some particular depth the increasing amount of material thrown upward is exactly balanced by the decreasing fraction escaping the crater, the crater volume reaches to a maximum. This depth is called the optimum depth of burial and varies somewhat with the geology of the site, being greater for less dense and structurally weaker material.
This paper presented solutions of displacement and stress for a circular opening which is reinforced with grouted rock bolt. It satisfies the Mohr-Coulomb (M-C) or generalized Hoek-Brown (H-B) failure criterion, and exhibits elastic-brittle-plastic or strain-softening behavior. The numerical stepwise produce for strain-softening rock mass reinforced with grouted rock bolt was developed with non-associative flow rules and two segments piecewise linear functions related to a principle strain-dependent plastic parameter, to model the transition from peak to residual strength. Three models of the interaction mechanism between grouted rock bolt and surrounding rock proposed by Fahimifar and Soroush (2005) were adopted. Based on the axial symmetrical plane strain assumption, the theoretical solution of the displacement and stress were proposed for a circular tunnel excavated in elastic-brittle-plastic and strain-softening rock mass compatible with M-C or generalized H-B failure criterion, which is reinforced with grouted rock bolt. It showed that Fahimifar and Soroush's (2005) solution is a special case of the proposed solution for n = 0.5. Further, the proposed method is validated through example comparison calculated by MATLAB programming. Meanwhile, some particular examples for M-C or generalized H-B failure criterion have been conducted, and parametric studies were carried out to highlight the influence of different parameters (e.g., the very good, average and very poor rock mass). The results showed that, stress field in plastic region of surrounding rock with considering the supporting effectiveness of the grouted rock bolt is more than that without considering the effectiveness of the grouted rock bolt, and the convergence and plastic radius are reduced.
Rock masses represent natural systems that are inherently complex and in which multiple mechanisms occur. Rock engineering systems such as tunnel and slope interact with surrounding systems through an exchange of both mass and energy. Accordingly the complex nature of rock masses calls for a system approach, and the open nature of rock engineering even requires the engineering to be controlled by a system approach for surrounding environments. However, traditional methods cannot take all variables and their interactions into account and are limited to the system with single mechanisms. Therefore, they are not proper for a complex and open system, and also cannot portray the whole system. Thus, a system approach is indispensable to rock engineering for dealing with the whole of a complex and open system. In this paper Mechanism Path Analysis Methodology (MPAM) Is Introduced for a system approach to rock engineering. The analysis by the methodology gives us all the information of systems behavior in the context of the whole system in order to accomplish the optimum design in accordance with the project objectives and analysis purposes. As an application a conventional model for the evaluation of TBM tunneling performance system is analyzed by MPAM and the result is compared with that by a traditional method.
Samples composed of coal and rock show different mechanical properties of the pure coal or rock mass. For the same coal seam with different surrounding rocks, the frequency and intensity of rock burst can be significantly different in. First, a method of measuring the strain variation of coal in the coal-rock combined sample was proposed. Second, laboratory tests have been conducted to investigate the influences of rock lithologies, combined forms and coal-rock height ratios on the deformation and failure characteristics of the coal section using this method. Third, a new bursting liability index named combined coal-rock impact energy speed index (CRIES) was proposed. This index considers not only the time effect of energy, but also the influence of surrounding rocks. At last, a new approach considering the influences of roof and/or floor was proposed to evaluate the impact capability of coal seam. Results show that the strength and elastic modulus of coal section increase significantly with the coal-rock height ratio decreasing. In addition, the values of bursting liability indexes of the same coal seam vary greatly when using the new approach. This study not only provides a new approach to measuring the strain of the coal section in coal-rock combined sample, but also improves the evaluation system for evaluating the impact capability of coal.
With the increasing tension of current coal resources and the increasing depth of coal mining, the gob-side entry retaining technology has become a preferred coal mining method in underground coal mines. Among them, the technology of the gob-side entry retaining with the high-water filling material can not only improve the recovery rate of coal resources, but also reduce the amount of roadway excavation. In this paper, based on the characteristics of the high-water filling material, the technological process of gob-side entry retaining with the high-water filling material is introduced. The early and late stress states of the filling body formed by the high-water filling materials are analyzed and studied. Taking the 8th floor No.3 working face of Xin'an coal mine as engineering background, the stress and displacement of surrounding rock of roadway with different filling body width are analyzed through the FLAC3D numerical simulation software. As the filling body width increases, the supporting ability of the filling body increases and the deformation of the surrounding rock decreases. According to the theoretical calculation and numerical simulation of the filling body width, the filling body width is finally determined to be 3.5m. Through the field observation, the deformation of the surrounding rock of the roadway is within the reasonable range. It is concluded that the gob-side entry retaining with the high-water filling material can control the deformation of the surrounding rock, which provides a reference for gob-side entry retaining technology with similar geological conditions.
The bearing mechanism of tunnel-type anchorage (TTA) for suspension bridges is studied. Model tests are conducted using different shapes of plug bodies, which are circular column shape and circular truncated cone shape. The results show that the plug body of the latter shape possesses much larger bearing capacity, namely 4.48 times at elastic deformation stage and 4.54 times at failure stage compared to the former shape. Numerical simulation is then conducted to understand the mechanical and structural responses of plug body and surrounding rock mass. The mechanical parameters of the surrounding rock mass are firstly back-analyzed based on the monitoring data. The calculation laws of deformation and equivalent plastic strain show that the numerical simulation results are rational and provide subsequent mechanism analysis with an established basis. Afterwards, the bearing mechanism of TTA is studied. It is concluded that the plug body of circular truncated cone shape is able to take advantage of the material strength of the surrounding rock mass, which greatly enhances its bearing capacity. The ultimate bearing capacity of TTA, therefore, is concluded to be determined by the material strength of surrounding rock mass. Finally, recommendations for TTA design are proposed and discussed.
Rockbursts, catastrophic events involving the violent release of elastic energy stored in rock features, remain a worldwide challenge for geoengineering. Especially at deep-mining sites, rockbursts can occur in hard, high-stress, brittle rock zones, and the associated risk depends on such factors as mining activity and the stress on surrounding rocks. Rockbursts are often sudden and destructive, but there is still no unified standard for predicting them. Based on previous studies, a new Bayesian multi-index model was introduced to predict and evaluate rockbursts. In this method, the rock strength index, energy release index, and surrounding rock stress are the basic factors. Values from 18 rock samples were obtained, and the potential rockburst risks were evaluated. The rockburst tendencies of the samples were modelled using three existing methods. The results were compared with those obtained by the new Bayesian model, which was observed to predict rockbursts more effectively than the current methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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