Due to the underground openings, the tangentially concentrated stress of the tunnel remains larger at excavation boundary and decreases toward the interior of the surrounding rock with a certain gradient. In order to study the effect of different gradient stress on rockburst, the true-triaxial gradient and hydraulic-pneumatic combined test apparatus were carried out to simulate the rockburst processes. Under the different gradient stress conditions, the rock-like specimen (gypsum) was tested independently through three principal stress directions loading--fast unloading of single surface--top gradient and hydraulic-pneumatic combined loading, which systematically analyzed the macro-mesoscopic damage phenomena, force characteristics and acoustic emission (AE) signals of the specimen during rockburst. The experimental results indicated that the rockburst test under the gradient and hydraulic-pneumatic combined loading conditions could perfectly reflect the rockburst processes and their stress characteristics; Relatively high stress loading could cause specimen failure, but could not determine its mode. The rockburst under the action of gradient stress suggested that the failure mode of specimen mainly depended on the stress gradient. When the stress gradient was lower, progressive and static spalling failure occured and the rockburst grades were relatively slight. On the other hand, shear fractures occurred in rockbursts accounted for increasingly large proportion as the stress gradient increased and the rockburst occurred more intensely and suddenly, the progressive failure process became unconspicuous, and the rockburst grades were moderate or even stronger.
Kim, Kyung-Su;Bae, Dae-Seok;Koh, Yong-Kwon;Kim, Jung-Yul
The Journal of Engineering Geology
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v.19
no.2
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pp.139-144
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2009
The microseismic monitoring system with wide range of frequency has been operating in real time and it is remotely monitored at indoor and on-site for one year. This system was constructed and established in order to secure the safe and effective operation of the KAERI Underground Research Tunnel(KURT). For one year monitoring work, total 14 events were recorded in the vicinity of the KURT, and the majority of events are regarded as ultramicroseismic earthquake and artificial impacts around the tunnel. The major event is the magnitude 3.4 earthquake which was centered around Gongju city, Chungnam Province. It means that there is no significant evidence of high frequency microseismic event, which is associated with fracture initiation and/or propagation in the rock mass and shotcrete. Three components sensor was applied in order to analyze and define the direction of vibration as well as an epicenter of microseismic origin, and also properly designed and installed in a small borehole. This monitoring system is able to predict the location and timing of fracturing of rock mass and rock fall around an undreground openings as well as analysis on safety of various kinds of engineering structures such as nuclear facilities and other structures.
Kim, Kyung-Su;Bae, Dae-Seok;Koh, Yong-Kwon;Kim, Jung-Yul
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.8
no.4
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pp.293-301
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2010
Optical fiber cable, as a sensor, was installed on the wall of KAERI(Korea Atomic Energy Research Institute) Underground Research Tunnel(KURT) in order to monitor the physical stability of the tunnel, which was constructed for technical development and demonstration of radioactive waste disposal. This monitoring system has two simultaneous measurements of temperature and strain over time using Brillouin backscatter. According to the results of the monitoring from Jan. 2008 to Nov. 2009, there is no significant displacement or movement at the tunnel wall However, the cumulative volume of total strain increased slightly as time passes with the comparison of the reference observation, which was measured in Jan. 2008. The change in cumulative volume of total strain indicates that the strain level had been affected by saturation and de-saturation phenomena due to groundwater fluctuation at several points at KURT. This system is based on the distributed sensing technique concept, not point sensing. By using this system, a displacement can be detected with the range from $20{\mu}{\varepsilon}$ to $28,000{\mu}{\varepsilon}$ every 1m interval in minimum. A temperature variation can be monitored at every 0.5m interval with the resolution of 0.01 in minimum. Based on the study, this monitoring system is potentially applicable to long term monitoring systems for radioactive waste disposal project as well as other structures and underground openings.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.4
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pp.265-280
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2021
Population density due to urbanization is making people interested in underground space development and much interest in TBM construction with low vibration and noise. This led to a lot of research on TBM. However, research on the characteristics of the cutterhead opening of the TBM equipment being occluded under the ground conditions under which it is excavated is insufficient. Accordingly, a study was conducted to investigate clogging of the cutterhead opening during the shield TBM rolling. To identify the clogging of cutterhead openings in SHIELD TBM equipment, the reduced model experiment was divided into clay rate (10%, 30%, 50%, 60%), cutterhead opening rate (30%, 50%, 60%), and cutterhead rotation direction (one-way, two-way) and rotational speed (3 RPM) and conducted in 36 cases. Results of scale model test on shield TBM clogging, it was analyzed that the ground condition containing clay soil increased the clogging effect in both directions than the unidirectional rotation, and that the lower the rotational speed of the cutterhead, the less the clogging effect. Accordingly, the direction of cutterhead rotation, rotational speed and opening rate are calculated by taking into account ground conditions during ground excavation, the clogging effect can be reduced. It is believed to be effective in saving air as the clogging effect is reduced. Therefore, this study is expected to be an important material for domestic use of shield TBM.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.26
no.2
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pp.91-111
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2024
Most of utility cable tunnels are constructed utilizing shield TBM as part of the underground transmission line project. The TBM chamber is the only space inside the tunnel that encounters rock and soil, and is the place with the highest frequency of accident exposure, such as collapse and collision accidents. Since there is currently no way to measure the disc cutter wear from outside the chamber, frequent inspection by workers is essential. Accordingly, in this study, in order to prevent safety accidents inside the TBM chamber and expect the effect of shortening the construction period by reducing the number of chamber openings, the concept of disk cutter wear measurement technology was established and a prototype was produced. By considering prior technology and determining that magnetic sensors are most suitable for the excavation environment, wear measurement sensor package were developed integrating magnetic sensors, wireless communication modules, power supply, external casing, and monitoring systems. To verify the performance of the prototype in an actual excavation environment, a full-scale tunnelling test was performed using a 3.6 m EPB shield TBM. Based on the full-scale tests, five prototypes were operated normally among eight prototypes. It was analyzed that sensor measurement, wireless communication, and durability performance were secured within a maximum thrust of 3,000 kN and a rotation speed of 1.5 RPM.
For moderately jointed to massive rock masses, the failure and deformation behaviors around an excavated opening are absolutely influenced by the initial rock stress and strength of in-situ rock mass. The localized and progressive brittle failure around an opening does not mean whole collapse of an excavated opening. But, for many cases, it may induce temporary stopping of excavation works and reexamination of the current supporting system, which can result in delay of the entire construction works and additional construction cost. In this paper, the characteristics of the brittle failure around an opening with stress level and tunnel shape was studied by the biaxial compressive test using scaled specimen and by the numerical simulation with $PFC^{2D}$. The biaxial test results were well coincided with the stress induced failure patterns around the excavated openings observed and monitored in the in-situ condition. For the circular part of the opening wall, the stress induced cracks initially occurred at the wall surface in the direction of the minimum principal stress and contributed to the localized notch shaped failure region having a certain range of angle. But for the corner and straight part of the opening wall, the cracks initiated at sharp corners were connected and coalesced each other and with existing micro cracks. Further they resulted in a big notch shaped failure region connecting two sharp corners.
Kim, Byung-Ryeol;Lee, Hyeon-woo;Kim, Young-Jin;Cho, Kye-Hong;Choi, Sung-Oong
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.6
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pp.623-646
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2021
As the demand for electric power increases with acceleration of electrification at home and abroad, the needs for coal-fired electrical power plant are accordingly increased. However, these coal-fired electrical power plants induce also many environmental problems such as increase of air pollutants, increase of possibility of land contamination by reclamation of coal ash, even though these power plants have a good economical efficiency. In case of a by-product of coal-fired electrical power plants, only 70% of them are recycled and the remaining 30% of by-product are fully buried in surrounding ground. Consequently, this study deals with coal ash backfilling mechanism in abandoned mine openings for the purposes of increasing the coal ash recycling rate as well as securing the mine area stability. In order to analyze the backfill and ground reinforcement by interaction between rock mass and backfills, the copying samples of discontinuous surface with different roughnesses were produced for bond strength tests and direct shear tests. And statistical analysis was also conducted to decide the characteristics of bond and shear behavior with joint roughness and their curing day. Numerical simulations were also analyzed for examining the effect of interface behavior on ground stability.
Kim, Byung-Ryeol;Jeong, Min-Su;Jin, Yeon-Ho;Choi, Sung-Oong
Explosives and Blasting
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v.36
no.1
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pp.12-19
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2018
When an underground limestone mine selects room-and-pillar mining method, in which the stability of mine openings is maintained by leaving safety pillars, the stability of safety pillars is always incompatible with their productivity. Therefore, the engineering decision for stability and productivity is essential. In this study, a progress of excavation faces by conventional blasting pattern has been examined in field for investigating over-break and stereo-photogrammetry method has been applied to this field measurement for improvement of accuracy. Also this result has been reflected instantly to composite blasting pattern by feedback, for minimizing overbreak. Field tests showed the relevant results that $3.5m^2$ in over-break out of $70m^2$ in total excavation face has been decreased, that is 5% of reduction rate in maximum.
Based on the preliminary results from the therm analysis, which is currently carrying, three-dimensional computer simulations using a finite element code, ABAQUS Ver. 5.8, were designed to determine the mechanically stable cavern and deposition hole spacing. Linear elastic modeling for the cases with different cavern and deposition hole spacing were carried out under three different in situ stress conditions. From the simulations, the response of the rock to the stress redistribution after the excavation of the openings could be investigated. Also the optimum cavern and deposition hole spacing could be estimated based on the factor of safety. When the in situ stress determined from the actual stress measurements in Korea were used, the case with cavern spacing of 40m and deposition hole spacing of 3m was in very stable condition, because the factor of safety was calculated as 3.42., When the in situ stress conditions for Sweden and Canada were used, the previous case, they seem to be in stable condition, since the factors of safety are still higher than 1.0. From these results, it was concluded that the rock will not fail even after the stress redistribution.
Progressive and localized brittle failures around an excavated opening by the overstressed condition can act as a serious obstacle to ensure the stability and the economical efficiency of construction work. In this paper, the characteristics of the brittle failure around an circular opening with stress level was studied by the biaxial compressive test using sealed specimen and by the numerical simulation with $PFC^{2D}$, one of the discrete element codes. The occurring pattern and shape of the brittle failure around a circular opening monitored during the biaxial loading were well coincided with those of the stress induced failures around the excavated openings observed in the brittle rock masses. The crack development stages with stress level were evaluated by the detailed analysis on the acoustic emission event properties. The microcrack development process around a circular opening was successfully visualized by the particle flow analysis. It indicated that the scaled test had a good feasibility in understanding the mechanism of the brittle failure around an opening with a high reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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