This study is to examine a relation between coal mining subsidence occurrence at abandoned underground coal mines and underground goaf with respect to surface geology, subsurface structure, depth and thickness of coal beds and the distribution of drifts. A study is carried out at the site where susceptibility of coal mining subsidence was proven high in a previous study. In that previous study, the susceptibility of coal mining subsidence was spatially analyzed by GIS using digitized geological maps, investigation reports, digitized mining tunnel maps without consideration of subsurface structure and the multi-level arrangement of drifts. Here we analyze geological characteristics around the goaf and the distribution of coal seam based upon digitized geological maps and investigation reports on the study area. And digitized mining tunnel maps are also used to analyze the depth and multi-level arrangement of drifts. The results show that weakened surface rock strength, relatively shallow depth and large thickness of coal seam below the surface are closely related to the coal mining subsidence occurrence. Complicatedly inter-connected drifts, shallow depth of drifts and surface rock fractures are revealed as additional control factors affecting coal mining subsidence. These factors examined in this study as well as original factors should be taken into account for the quantitative estimation of coal mining subsidence occurrence at abandoned underground coal mine.
Todorokite, a tunnel-structured manganese oxide, can contain cations within the relatively large nanopores created by the $3{\times}3$ Mn octahedra. Because todorokite is poorly crystalline and found as aggregates mixed with other phases of Mn oxides in nature, the coordination structure of cations in the nanopores is challenging to fully characterize in experiment. In the current article, we report the atomistic coordination structures of $Mg^{2+}$ ions in todorokite tunnel nanopores using the classical molecular dynamics (MD) simulations. In experiment, $Mg^{2+}$ is known to occupy the center of the nanopores. In our MD simulations, 60 % of $Mg^{2+}$ ions were located at the center of the nanopores; 40 % of the ions were found at the corners. All $Mg^{2+}$ located at the center formed the six-fold coordination with water molecules, just as the ion in bulk aqueous solution. $Mg^{2+}$ ions at the corners also formed the six-fold coordination with not only water molecules but also Mn octahedral surface oxygens. The mean squared displacements were calculated to examine the dynamic features of $Mg^{2+}$ ions in the one-dimensional (1D) nanopores. Our MD simulations indicate that the dynamic features of water molecules and the cations observed in bulk aqueous solution are lost in the 1D nanopores of todorokite.
Norway has the geological of condition of hard bedrocks, high mountains, deep valleys and fjords. In this background many tunnels and rock caverns are developed. In this process of constructing tunnels and rock caverns Norway seems to have strong competitiveness in the construction of tunnels. In spite of high salaries to the tunnel workers, Norwegian contractors are probably producing the cheapest tunnels and rock caverns in the world. Besides benefit of hard-rock geology, Norwegian cost-saying is owing to the Norwegian excavation technique in hard rocks such as unlined pressure tunnels, air cushion chambers, underwater piercing, and reasonable contract system and organization of workers developed from the accumulated experience. Brief analytical description of them are given in this paper in order to stimulate the utilization of the underground spaces.
In this study, we predicted locations vulnerable to ground subsidence hazard using fuzzy logic and geographic information system (GIS). Test was carried out at an abandoned underground coal mine in Samcheok City, Korea. Estimation of relative ratings of eight major factors influencing subsidence and determination of effective fuzzy operators are presented. Eight major factors causing ground subsidence were extracted and constructed as a spatial database using the spatial analysis and the probability analysis functions. The eight factors include geology, slope, landuse, depth of mined tunnel, distance from mined tunnel, RMR, permeability, and depth of ground water. A frequency ratio model was applied to calculate relative rating of each factor, and the ratings were integrated using fuzzy membership function and five different fuzzy operators to produce a ground subsidence susceptibility map. The ground subsidence susceptibility map was verified by comparing it with the existing ground subsidences. The obtained susceptibility map well agreed with the actual ground subsidence areas. Especially, ${\gamma}-operator$ and algebraic product operator were the most effective among the tested fuzzy operators.
This Paper is a study on the duality of speleothem that appeared in 'Hyeob Jae Cave' which is designated as the natural monumen. No.236. It is located at Hyeob Jae Ri, Hanrim Eub, Bug Je-ju Gun, Je-judo. The findings are as follows. 1. The distribution range of the shelly sand which has maximum thickness of $10m{\pm}$ and average of $3m{\pm}$ was $3.2m^2$. 2. The desert hollow acted to promote the speleothem deposits in the lava tunnel with lava mound formed by lavapilz and artificial breaksand wall. 3. The main component of the pseudo limestone cavern was carbonate Calcium from shelly sand. And the deposition of speleothem in the Cave was accelerated after the volcanic erupsion of Biyang island in 1002. A.D. 4. The secondary depositions of Calcite recognized as speleothem up to now it can be used for the pseudo karst in general. 5. It seems that the variety of the cave deposits is decided depending upon the geology, land form, climate, vegetations and the structural environmental factors. 6. It seems that the wondering development of accretionary deposits caused by encrusting has a close relation with intermittent seepage of ground water. 7. Finally, we can acknowledge the coexistent duality of speleothem by shelly sand along with the joint and the lava stalactites formed at the same time with the lava tunnel on the ceiling where there was no seepage.
Helicopter-borne electromagnetic (HEM) systems were originally developed for the exploration of mineral deposits. The frequency range of a conventional HEM system for mineral exploration, however, is relatively low and so not invariably suitable for its application to the fields of civil engineering because of its poor resolution in the shallower part of the earth. A DIGHEM HEM system was acquired by Nippon Engineering, with the frequencies chosen by the senior author. The five frequencies range from 220 Hz (the lowest) to 137,500 Hz (the highest). These frequencies improve the resolution of materials in the shallower part while maintaining a depth of investigation of greater than 100 m. This paper describes six case histories of geological and geotechnical surveys for civil engineering using HEM. These case histories include HEM surveys for investigating landslide, an alluvial area, root selection of road construction, areas related to dam and tunnel construction, and the simultaneous joint inversion of HEM and CSAMT data for a deep tunnel. These survey results show that HEM has sufficient resolution in both horizontal and vertical directins to contribute significantly to outlining the regional geology and its engineering problems.
Bai, Xue-Dong;Cheng, Wen-Chieh;Ong, Dominic E.L.;Li, Ge
Geomechanics and Engineering
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v.25
no.1
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pp.59-73
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2021
There frequently exists inadequacy regarding the number of boreholes installed along tunnel alignment. While geophysical imaging techniques are available for pre-tunnelling geological characterization, they aim to detect specific object (e.g., water body and karst cave). There remains great motivation for the industry to develop a real-time identification technology relating complex geological conditions with the existing tunnelling parameters. This study explores the potential for the use of machine learning-based data driven approaches to identify the change in geology during tunnel excavation. Further, the feasibility for machine learning-based anomaly detection approaches to detect the development of clayey clogging is also assessed. The results of an application of the machine learning-based approaches to Xi'an Metro line 4 are presented in this paper where two tunnels buried in the water-rich sandy soils at depths of 12-14 m are excavated using a 6.288 m diameter EPB shield machine. A reasonable agreement with the measurements verifies their applicability towards widening the application horizon of machine learning-based approaches.
Rock masses at the site for the $2^{nd}$ step construction of the KAERI Underground Research Tunnel (KURT) are divided into six units to establish a rock mechanics model that is dependent on the geological characteristics and degree of joint development. The site primarily consists of three granitic units (G1, G2, and G3), two dykes (D1 and D3), and a fault zone of poor rock mass quality (F3). The F3 unit crosses the tunnel at the beginning of the site of $2^{nd}$ step construction. The rock masses of each unit are classified by RMR (Rock Mass Rating), Q-system, and RMi (Rock Mass Index), all based on borehole logging data. The deformation modulus, rock mass strength, cohesion, and friction angle for each unit are calculated using established empirical relationships. The representative rock mass classification and geotechnical parameters for the rock mass units are established, and a rock mechanics model for the site is proposed, which will be useful in the design and stability analysis of the $2^{nd}$ step construction of KURT.
Borehole image analysis has been carried out to obtain the detailed geological data by approach of direct observation. Direct application of borehole image analysis inevitably gives rise to a few of restriction of data acquisition due to the limited information within narrow borehole space. Considering the apparent dip of discontinuity surface depending upon the direction, the visualized program of two-dimensional subsurface discontinuities is coded. Borehole image analysis can compensate the distribution of subsurface discontinuity extending into the expected area of investigation. In order to draw subsurface profile in the proposed area of subsurface construction, visualized program is coded as a window GUI (Graphic User Interface) using Fortran and Visual Basic Programming languages. It is to open publicly for the usage of whoever is in want. Discontinuity distribution map is visualized along the Proposed line of tunnel in the Janggye-ri area, Jangsu-gun. Using the visualized program, the limited information from borehole spatially applies into analysis of overall subsurface structures, and the distributional characteristics of discontinuity anticipate at the proposed area. In addition, spacing and extension of joint and depth of discontinuity effecting tunnel safety can be visualized along the direction of the proposed tunnel. These lines of visualization apply design and construction of fundanmental structures.
In order to clarify an effect of the cutoff grouting, a series of field experiments were performed during construction of the waterway tunnel from the River Gilancheon(Andong) to the Youngcheon dam. The experiments were conducted in three different ways based on the grouting time in the construction sequence, i.e., the pre-grouting, after-grouting and consolidation grouting tests. And those were also planned to compare the efficiency of grouting in relation to the material types of grout, base rock types and other geologic factors such as discontinuities, depth and direction of grouting holes, and number of grouting stages. Among the materials of grout employed in the experiments, such as a common Portland cement, a micro-cement, a micro-cement with sodium silicate, and a urethane, the urethane was the most effective as the cutoff grouting. And for the same grout material, the pre-grouting was more effective to cutoff the water inflow comparing to the after-grouting and the consolidation grouting. For the rock types, the grouting efficiency in the sedimentary rocks as a base rock was less than the other rocks such as granite and volcanic rocks, which is believed due to the smaller separation of joints and the abundance of infilling materials in the joints developed in the sedimentary rocks. There was no direct relationship between the total RMR value of the rock mass and the grouting efficiency, however, the joint separation which is one of the RMR criteria is believed to have positive relation to the grouting efficiency. And the direction of the grouting holes might not so much affect on the grouting efficiency while increasing the number of grouting stage showed the better results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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