To study the evolution mechanism of cracks in rocks with multiple defects, rock-like samples with multiple defects, such as strip-shaped through-going cracks and cavity groups, are used, and the crack propagation law and changes in AE (acoustic emission) and strain of cavity groups under different inclination angles are studied. According to the test results, an increase in the cavity group inclination angle can facilitate the initial damage degree of the rock and weaken the crack initiation stress; the initial crack initiation direction is approximately 90°, and the extension angle is approximately 75~90° from the strip-shaped through-going cracks; thus, the relationship between crack development and cavity group initiation strengthens. The specific performance is as follows: when the initiation angle is 30°, the cracks between the cavities in the cavity group develop relatively independently along the parallel direction of the external load; when the angle is 75°, the cracks between the cavities in the cavity group can interpenetrate, and slip can occur along the inclination of the cavity group under the action of the shear mechanism rupture. With the increase in the inclination angle of the cavity group, the AE energy fluctuation frequency at the peak stress increases, and the stress drop is obvious. The larger the cavity group inclination angle is, the more obvious the energy accumulation and the more severe the rock damage; when the cavity group angle is 30° or 75°, the peak strain of the local area below the strip-shaped through-going fracture plane is approximately three times that when the cavity group angle is 45° and 60°, indicating that cracks are easily generated in the local area monitored by the strain gauge at this angle, and the further development of the cracks weakens the strength of the rock, thereby increasing the probability of major engineering quality damage. The research results will have important reference value for hazard prevention in underground engineering projects through rock with natural and artificial defects, including tunnels and air-raid shelters.
Ground subsidence on urban roads is a social issue that can lead to human and property damages. Therefore, it is crucial to detect underground cavities in advance and repair them. Underground cavity detection is mainly performed using ground penetrating radar (GPR) surveys. This process is time-consuming, as a massive amount of GPR data needs to be interpreted, and the results vary depending on the skills and subjectivity of experts. To address these problems, researchers have studied automation and quantification techniques for GPR data interpretation, and recent studies have focused on deep learning-based interpretation techniques. In this study, we described a hyperbolic event detection process based on deep learning for GPR data interpretation. To demonstrate this process, we implemented a series of algorithms introduced in the preexisting research step by step. First, a deep learning-based YOLOv3 object detection model was applied to automatically detect hyperbolic signals. Subsequently, only hyperbolic signals were extracted using the column-connection clustering (C3) algorithm. Finally, the horizontal locations of the underground cavities were determined using regression analysis. The hyperbolic event detection using the YOLOv3 object detection technique achieved 84% precision and a recall score of 92% based on AP50. The predicted horizontal locations of the four underground cavities were approximately 0.12 ~ 0.36 m away from their actual locations. Thus, we confirmed that the existing deep learning-based interpretation technique is reliable with regard to detecting the hyperbolic patterns indicating underground cavities.
Kim, Chang-Ryol;Kim, Jung-Ho;Park, Sam-Gyu;Park, Young-Soo;Yi, Myeong-Jong;Son, Jeong-Sul;Rim, Heong-Rae
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.9
no.4
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pp.271-278
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2006
Investigations of underground cavities are required to provide useful information for the reinforcement design and monitoring of the ground subsidence areas. It is, therefore, necessary to develop integrated geophysical techniques incorporating different geophysical methods in order to accurately image and to map underground cavities in the ground subsidence areas. In this study, we conducted geophysical investigations for development of integrated geophysical techniques to detect underground cavities at the field test site in the ground subsidence area, located at Yongweol-ri, Muan-eup, Muan-gun, Jeollanam-do. We examined the applicability of geophysical methods such as electrical resistivity, electromagnetic, and microgravity to cavity detection with the aid of borehole survey results. The underground cavities are widely present within the limestone bedrock overlain by the alluvial deposits in the test site where the ground subsidences have occurred in the past. The limestone cavities are mostly filled with groundwater or clays saturated with water in the site. The cavities, thus, have low electrical resistivity and density compared to the surrounding host bedrock. The results of the study have shown that the zones of low resistivity and density correspond to the zones of the cavities identified in the boreholes at the site, and that the geophysical methods used are very effective to detect the underground cavities. Furthermore, we could map the distribution of cavities more precisely with the study results incorporated from the various geophysical methods. It is also important to notice that the microgravity method, which has rarely used in Korea, is a very promising tool to detect underground cavities.
Lukic, Dragan C.;Prokic, Aleksandar D.;Brcic, Stanko V.
Geomechanics and Engineering
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v.6
no.3
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pp.213-233
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2014
The present paper is dealing with the investigation of the stress field around the infinitely long cylindrical cavity, of a circular cross section, contained in the transversally isotropic elastic continuum. Investigation is based upon the determination of the stress function that satisfies the biharmonic equation, for the given boundary conditions and for rotationaly symmetric loading. The solution of the partial differential equation of the problem is given in the form of infinite series of Bessel's functions. Determination of the stress-strain field around cavities is a common requirement for estimation of safety of underground rock excavations.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.10
no.3
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pp.378-391
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1999
When the time-harmonic plane wave is incident upon a high-contrast spherical cavity in a lossy medium, the incoherent shadow intensity pattern is acquired by averaging out the multi-frequency intensities of the co-polarized total electric field calculated at the measurement plane perpendicular to the propagating direction of the incident wave in the forward direction. In the spherical rotational measurement configuration, an incoherent imaging of the spherical cavity is obtained via the back-projections of the incoherent shadow intensity pattern. This imaging method is validated by imaging an air sphere in the lossy medium of ${\epsilon}_r$ = 2 and $\sigma$ = 0.001, 0.003 S/m and the conditions for obtaining better images are investigated.
Road subsidence, frequently occurring in urban areas, is caused by collapsing of surface layer due to underground cavities followed by a loss of soils. To better understand this phenomenon, the mechanism of cavity formation should be identified firstly. Two kinds of possible subsidence mechanisms were established through previous case studies and the numerical analyses based on Distinct Element Method were conducted for each of these mechanisms. It was confirmed that particle loss and surface settlement can develop differently depending on slit size, void ratio, and particle shape among the various factors influencing the road subsidence. The result demonstrated that the effects of varying cavity diameter and depth could be quantified as a damage chart.
Yoon, Jin-Sung;Baek, Jongeun;Choi, Yeon Woo;Choi, Hyeon;Lee, Chang Min
International Journal of Highway Engineering
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v.18
no.6
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pp.61-67
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2016
OBJECTIVES : The objective of this study is to detect road cavities using multi-channel 3D ground penetrating radar (GPR) tests owned by the Seoul Metropolitan Government. METHODS : Ground-penetrating radar tests were conducted on 204 road-cavity test sections, and the GPR signal patterns were analyzed to classify signal shape, amplitude, and phase change. RESULTS : The shapes of the GPR signals of road-cavity sections were circular or ellipsoidal in the plane image of the 3D GPR results. However, in the longitudinal or transverse direction, the signals showed mostly unsymmetrical (or symmetrical in some cases) parabolic shapes. The amplitude of the GPR signals reflected from road cavities was stronger than that from other media. No particular pattern of the amplitude was found because of nonuniform medium and utilities nearby. In many cases where road cavities extended to the bottom of the asphalt concrete layer, the signal phase was reversed. However, no reversed signal was found in subbase, subgrade, or deeper locations. CONCLUSIONS : For detecting road cavities, the results of the GPR signal-pattern analysis can be applied. In general, GPR signals on road cavity-sections had unsymmetrical hyperbolic shape, relatively stronger amplitude, and reversed phase. Owing to the uncertainties of underground materials, utilities, and road cavities, GPR signal interpretation was difficult. To perform quantitative analysis for road cavity detection, additional GPR tests and signal pattern analysis need to be conducted.
The analysis of ground subsidence stability was conducted for the residential area located on the limestone corrosion zone. For the investigation of the cavity distribution in limestone region, various geophysical investigations such as electroresistivity tomography, electromagnetic prospecting are carried out. Geotechnical field tests with drilling are also carried out for the evaluation of the ground characteristics. Based upon their results, numerical modeling is performed for the simulation and prediction of the ground subsidence with the conditions of cavity geometry and groundwater level. The main factor to cause the ground subsidence is estimated as the draw down of the groundwater level below soil overburden, which disturbs the mechanical equilibrium of ground and drives washing away the overburden soil through the cavity and solace subsidence. It seemed that it is essential to maintain the groundwater level continuously above the shallow cavity for the prevention of the ground subsidence on the limestone corrosion zone.
Purpose: Cavity growth process monitoring is to periodically monitor changes in common size and topography for general and observational grades to predict the rate of common growth. The purpose of this study is to establish a systematic cavity management plan by evaluating the general and observational class community in a non-destructive method. Method: Using GPR exploration equipment, the acquired surface image and the surrounding status image are analyzed in the GPR probe radargram in depth, profile, and cross section of the location. The exact location is selected using the distance and surrounding markings shown on the road surface of the initial detection cavity, and the test cavity is analyzed by calling the radar at the corresponding location. Result: As a result of monitoring tests conducted at a cavity 30 sites of general and observation grade, nine sites have been recovered. Changes in scale were seen in 21 cavity locations, and changes in size and grade occurred in 13 locations. Conclusion: The under road cavity is caused by various causes such as damage to the burial site, poor construction, soil leakage caused by groundwater leakage, waste and ground vibration. Among them, indirect factors could infer the effects of groundwater and localized rainfall.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.24
no.3
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pp.27-34
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2024
The direct and indirect damages caused by fires in underground utility tunnels have a great impact on society as a whole, so efforts are needed to prevent and manage them in advance. To this end, research is ongoing to prevent disasters such as fire flooding by applying digital twin technology to underground utility tunnels. A network is required to transmit the sensed signals from each sensor to the platform. In essence, it is necessary to analyze the application of wireless networks in the underground utility tunnel environments because the tunnel lacks the reception range of external wireless communication systems. Within the underground utility tunnels, electromagnetic interference caused by transmission and distribution cables, and diffuse reflection of signals from internal structures, obstacles, and metallic pipes such as water pipes can cause distortion or size reduction of wireless signals. To ensure real-time connectivity for remote surveillance and monitoring tasks through sensing, it is necessary to measure and analyze the wireless coverage in underground utility tunnels. Therefore, in order to build a wireless network environment in the underground utility tunnels. this study minimized the shaded area and measured the actual cavity environment so that there is no problem in connecting to the wireless environment inside the underground utility tunnels. We analyzed the data transmission rate, signal strength, and signal-to-noise ratio for each section of the terrain of the underground utility tunnels. The obtained results provide an appropriate wireless planning approach for installing wireless networks in underground utility tunnels.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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