The generalized Hoek-Brown (GHB) criterion, which is recognized as one of the standard failure conditions for rock mass, is specialized for rock engineering applications and covers a wide range of rock mass conditions. Accordingly, many research efforts have been devoted to the incorporation of this criterion into the stability analysis of rock structures. In this study, the slip-line analysis method, which is a kind of elastoplastic analysis method, is combined with the GHB failure criterion to derive analytical equations that can easily calculate the plastic radius and stress distribution in the vicinity of the circular tunnel. In the process of derivation of related formulas, it is assumed that the behavior of rock mass after failure is perfectly plastic and the in-situ stress condition is hydrostatic. In the formulation, it is revealed that the plastic radius can be calculated analytically using the two respective tangential friction angles corresponding to the stress conditions at tunnel wall and elastic-plastic boundary. It is also shown that the plastic radius and stress distribution calculated using the derived analytical equations coincide with the results of Lee & Pietruszczak's numerical method published in 2008. In the latter part of this paper, the influence of the quality of the rock mass on the size of the plastic zone, the stress distribution, and the change of the tangential friction angle was investigated using the derived analytical equations.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.22
no.1
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pp.23-46
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2020
In the current work, a series of three-dimensional finite element analyses have been carried out to understand the behaviour of pre-existing single piles to adjacent tunnelling by considering the tunnel face pressures and the relative location of pile tips with respect to the tunnel. The numerical modelling has analysed the effect of the face pressures on the pile behaviour. The analyses concentrate on the ground settlements, the pile head settlements, the axial pile forces and the shear stress transfer mechanism at the pile-soil interface. The head settlements of the pile (the vertical distance between the pile and the tunnel: 0.25D, where D is the tunnel diameter) directly above the tunnel crown with the face pressure 50% of the in-situ horizontal soil stress at the tunnel springline decreased by about 38% compared to corresponding settlements with a face pressure 25% of the in-situ horizontal soil stress at the tunnel springline. Furthermore, it was found that the smaller the face pressure, the larger the tunnelling-induced ground movements and the axial pile forces were and the higher the degree of the shear strength mobilisation at the pile-soil interface. When the piles were outside the tunnel influence zone, compressive pile forces were developed due to tunnelling. It has been found that the ground settlements and the pile settlements are heavily affected by the face pressures and the position of the pile tip relative to the tunnel. In addition, the computed results have been compared with relevant studies previously reported in literature. The behaviour of the piles has been extensively examined and analysed by considering the key features in great detail.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.2
no.2
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pp.50-61
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2000
The ground around the portal of a tunnel is the most typical part showing the 3-dimensional mechanical behavior in the tunnel. The portal slope is constructed at the weathered soft rock-mass, and remains as a potential sliding mass. The slope failure around the tunnel portal may happen drastically and induce the great disaster; hence, for the permanent stability several special techniques are required. To solve this problem, the ground around the tunnel portal may be excavated in the arch shape to develop the arching effect in horizontal direction. With the arch-type portal slope, one can reduce considerably the excavation mass and the damage of environments. This approach has not been attempted yet due to the lack of understanding and the well-defined analyzing method, so the retaining wall type portal is more universal. The 3-dimensional finite element analyses were carried out to prove that the arch type is more advantageous in safety and cost than the right angle type. The influence of the tunnel construction sequence and the strength of the rock-mass on the slope stability was investigated by focusing on the maximum shear strain in the slope, and the yield zone at the tunnel face.
A two dimensional analysis program for groundwater flow in fractured network was developed to analyze the influence of discontinuity characteristics on groundwater flow. This program involves the generation of discontinuities and also connectivity analysis. The discontinuities were generated by the probabilistic density function(P.D.F.) reflecting the characteristics of discontinuities. And the fracture network model was completed through the connectivity analysis. This program also involves the analysis of groundwater flow through the discontinuity network. The result of numerical experiment shows that the equivalent hydraulic conductivity increased and became closer to isotropic as the density and trace length increased. And hydraulic head decreased along the fracture zone because of much water-flow. The grouting increased the groundwater head around cavern. An analysis of groundwater flow through discontinuity network was performed around underground oil storage cavern which is now under construction. The probabilistic density functions(P.D.F) were obtained from the investigation of the discontinuity trace map. When the anisotropic hydraulic conductivity is used, the flow rate into the cavern was below the acceptable value to maintain the hydraulic containment. But when the isotropic hydraulic conductivity is used, the flow rate was above the acceptable value.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.2
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pp.175-188
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2009
When a new tunnel is excavated by the drill and blast method near pre-existing underground structures or tunnels due to the region restricted condition such as urban area, the ground will be relaxed by the excavation. In this case, issues can be created in terms of stability of pre-existing underground structures. One of major factors determining the stability of pre-existing underground structures can be a separation distance between pre-existing underground structures and a newly excavated tunnel. The region of ground relaxation defined by the plastic zone due to new excavation can be varied by separation distance. In this study, in other to estimate an influence of new tunnel excavation in terms of separation distance on the stability of pre-existing large pipelines, two-dimensional scaled model tests using plaster were performed for six models which have a different separation distance, The results show that based on the analysis of induced displacement during tunnel construction, the displacement decreases as the separation distance between large pipeline and new tunnel is increased until the distance is 2.5 times of pipeline diameter. Beyond this point, however, the displacement has become stabilized.
A mathematical model to simulate more realistically the penetration of compacted bentonite buffer installed in the deposition hole into the discontinuity in the excavation damaged zone formed at the inner wall of the deposition hole in the geological repository for spent fuel is developed. In this model, the penetration of compacted bentonite is assumed to be the flow of Bingham fluid through the parallel planar rock fracture. The penetration of compacted bentonite is analyzed using the developed model. The results show that the maximum penetration depth of compacted bentonite into the rock fracture is proportioned to the swelling pressure of saturated compacted bentonite and the aperture of rock fracture. However, it is in inverse proportion to the yield strength of compacted bentonite. The viscosity of compacted bentonite dominates the penetration rate of compacted bentonite, but has no influence to the maximum penetration depth.
The effect of fault on the stability of the closely-spaced twin tunnels located in fault zones was investigated by numerical analyses and scaled model tests on condition of varying widths, inclinations and material properties of fault. When obtaining the strength/stress ratios of pillar between twin tunnels, three different stresses were used which were measured at the middle point of pillar, calculated to whole average along the pillar section and measured at the left/right edges of pillar. Among them, the method by use of the left/right edges turned out to be the most conservative stability estimation regardless of the presence of fault and reflected the excavating procedures of tunnel in real time. It was also found that the strength/stress ratios of pillar were decreased as the widths and inclinations of fault were increased and as the material properties of fault were decreased on condition using the stresses measured at the left/right edges of pillar. As a result of scaled model tests, it was found that the model with fault showed less crack initiating pressure than the model without fault. As the width of fault was larger, tunnel stability was decreased. The fault had also a great influence on the failure behavior of tunnels, such as the model without fault showed failure cracks generated horizontally at the left/right edges of pillar and at the sidewalls of twin tunnels, whereas the model with fault showed failure cracks directionally generated at the center of pillar located in the fault zone.
Park, Jun-Kyung;Park, Young-Jin;Wye, Yong-Gon;Choi, Young-Tae;Lee, Han-Min
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.5
no.1
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pp.71-88
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2003
The DRASTIC system is widely used for assessing regional groundwater pollution susceptibility by using hydrogeological factors such as depth to water, net recharge, aquifer media, soil media, topography, vadose zone media, hydraulic conductivity. This study is providing Modified Drastic Model to which lineament density, land use, influence of groundwater drawdown caused by tunnel excavation are added as additional factors using geographic information system, and then to evaluate groundwater contamination potential of ${\bigcirc}{\bigcirc}$ area. For statistical analysis, vector coverage per each factor is converted to grid layer and after each correlation coefficient between factors, covariance, variance, eigenvalue and eigenvector by principal component analysis of 3 direction, are calculated, correlation between factors is analyzed. Also after correlation coefficients between general DRASTIC layer and rated lineament density layer, between general DRASTIC layer and rated land use layer, between general DRASTIC layer and rated tunnel excavation influence layer are calculated, final modified DRASTIC model is constructed by using them with each weighting. When modified DRASTIC model was compared with general DRASTIC model, contamination potential in modified DRASTIC model is fairly detailed and consequently, vulnerable area which has high contamination potential could be presented concretly.
Though hilly topography influences both wind speeds and directions aloft, only the influence on wind speeds, i.e. the speed-up effect, has been thoroughly investigated. Due to the importance of a model showing the spatial variations of wind directions above hilly terrains, it is worthwhile to systematically assess the applicability and limitations of the model describing the influence of hilly topographies on wind directions. Based on wind-tunnel test results, a model, which describes the horizontal and vertical variations of the wind directions separately, has been proposed in a companion paper. CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques were employed in the present paper to evaluate the applicability of the proposed model. From the investigation, it has been found that the model is acceptable for describing the vertical variation of wind directions by a shallow hill whose primary-to-secondary axis ratio (aspect ratio) is larger than 1. When the overall hill slope exceeds $20^{\circ}$, the proposed model should be used with caution. When the aspect ratio is less than 1, the proposed model is less accurate in predicting the spatial variation of wind directions in the wake zone in a separated flow. In addition, it has been found that local slope of a hill has significant impact on the applicability of the proposed model. Specifically, the proposed model is only applicable when local slope of a hill varies gradually from 0 (at the hill foot) to the maximum value (at the mid-slope point) and then to 0 (at the hill top).
Electrical resistivity method, one of the most widely used geophysical prospecting methods. has been usually applied to explorations for groundwater and underground resources. However, it has been extending its scope to civil & environmental engineering areas since it twas been developed so as to image underground structures effectively. A FEM algorithm for the dipole-dipole array was developed to correct topographic effects which have a serious influence on electrical methods. Applicability of the electrical resistivity imaging technique to civil & environmental engineering areas was verified through three case histories in this study First, thickness of soil layers was profiled to judge the possibility of developing borrow-pits tn an industrial complect site. Second, weak zones such as fractures and coal seams were detected to provide geological information for design and construction in a high mountain tunnel site. Third, horizontal/vertical distribution of the contaminated zone and depth of waste disposal were delineated in a completed industrial waste disposal site.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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