As the use of TBM increases, research has recently increased to to analyze TBM data with machine learning techniques to predict the exchange cycle of disc cutters, and predict the advance rate of TBM. In this study, a regression prediction of disc cutte wear of slurry shield TBM site was made by combining machine learning based on the machine data and the geotechnical data obtained during the excavation. The data were divided into 7:3 for training and testing the prediction of disc cutter wear, and the hyper-parameters are optimized by cross-validated grid-search over a parameter grid. As a result, gradient boosting based on the ensemble model showed good performance with a determination coefficient of 0.852 and a root-mean-square-error of 3.111 and especially excellent results in fit times along with learning performance. Based on the results, it is judged that the suitability of the prediction model using data including mechanical data and geotechnical information is high. In addition, research is needed to increase the diversity of ground conditions and the amount of disc cutter data.
Hangbok Lee;Chan Park;Junhyung Choi;Dae-Sung Cheon;Eui-Seob Park
Tunnel and Underground Space
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v.34
no.3
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pp.231-247
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2024
In the field of high-level radioactive waste disposal targeting deep rock environments, hydraulic characteristic information serves as the most important key factor in selecting relevant disposal sites, detailed design of disposal facilities, derivation of optimal construction plans, and safety evaluation during operation. Since various rock types are mixed and distributed in a small area in Korea, it is important to conduct preliminary work to analyze the hydrogeological characteristics of rock aquifers for various rock types and compile the resulting data into a database. In this paper, we obtained hydraulic conductivity data, which is the most representative field hydraulic characteristic of a high-depth volcanic bedrock aquifer, and also analyzed and evaluated the field data. To acquire field data, we used a high-performance hydraulic testing system developed in-house and applied standardized test methods and investigation procedures. In the process of hydraulic characteristic data analysis, hydraulic conductivity values were obtained for each depth, and the pattern of groundwater flow through permeable rock joints located in the test section was also evaluated. It is expected that the series of data acquisition methods, procedures, and analysis results proposed in this report can be used to build a database of hydraulic characteristics data for high-depth rock aquifers in Korea. In addition, it is expected that it will play a role in improving technical know-how to be applied to research on hydraulic characteristic according to various bedrock types in the future.
The geological disposal of high-level radioactive waste (HLW) involves permanently isolating the wastes in stable geological formations deep underground. Mudstone (siltstone and claystone) containing abundant clay minerals is proposed as a host rock for geological disposal of HLW because clay minerals have low permeability and high ion sorption/exchange capacity. Despite the widespread occurrence of sedimentary basins in Korea, there is a lack of evaluation of mudstone as host rocks for geological disposal. In this study, we utilized the JBH-1 borehole (7-754 m) obtained from the Jinju Formation to investigate the distribution trend and mineral compositions of mudstone. Additionally, we conducted comparative analyses with the Opalinus Clay in Switzerland considered as host rock of geological disposal of HLW. Claystone containing more than 40% clay minerals exhibit thick layers primarily in the upper section (7-350 m) of the JBH-1 borehole. While the clay minerals content of claystone does not show significant variation with depth, there are differences in the characteristics of feldspar and carbonate minerals. These mineralogical variations can led change in pore water chemistry and rock mechanical properties. The clay minerals content of claystone in the Jinju Formation is similar to that of the Opalinus Clay. However, there are notable differences in clay minerals composition. While the Opalinus Clay contains smectite-illite mixed-layer minerals, the Jinju Formation are dominated by illite indicating higher burial temperatures. This information will be useful for studying the host rock of HLW geological disposal site in Korea.
In this study, we propose a new approach for automatic fracture detection in CT scan images of rock specimens. This approach is built on top of two-stage object detection deep learning algorithm called Faster R-CNN with a major modification of using rotated bounding box. The use of rotated bounding box plays a key role in the future work to overcome several inherent difficulties of fracture segmentation relating to the heterogeneity of uninterested background (i.e., minerals) and the variation in size and shape of fracture. Comparing to the commonly used bounding box (i.e., axis-align bounding box), rotated bounding box shows a greater adaptability to fit with the elongated shape of fracture, such that minimizing the ratio of background within the bounding box. Besides, an additional benefit of rotated bounding box is that it can provide relative information on the orientation and length of fracture without the further segmentation and measurement step. To validate the applicability of the proposed approach, we train and test our approach with a number of CT image sets of fractured granite specimens with highly heterogeneous background and other rocks such as sandstone and shale. The result demonstrates that our approach can lead to the encouraging results on fracture detection with the mean average precision (mAP) up to 0.89 and also outperform the conventional approach in terms of background-to-object ratio within the bounding box.
Continuous research efforts are being devoted to unmanned mobile platforms for lunar exploration. There is an ongoing demand for real-time information processing to accurately determine the positioning and mapping of areas of interest on the lunar surface. To apply deep learning processing and analysis techniques to practical rovers, research on software integration and optimization is imperative. In this study, a foundational investigation has been conducted on real-time analysis of virtual lunar base construction site images, aimed at automatically quantifying spatial information of key objects. This study involved transitioning from an existing region-based object recognition algorithm to a boundary box-based algorithm, thus enhancing object recognition accuracy and inference speed. To facilitate extensive data-based object matching training, the Batch Hard Triplet Mining technique was introduced, and research was conducted to optimize both training and inference processes. Furthermore, an improved software system for object recognition and identical object matching was integrated, accompanied by the development of visualization software for the automatic matching of identical objects within input images. Leveraging satellite simulative captured video data for training objects and moving object-captured video data for inference, training and inference for identical object matching were successfully executed. The outcomes of this research suggest the feasibility of implementing 3D spatial information based on continuous-capture video data of mobile platforms and utilizing it for positioning objects within regions of interest. As a result, these findings are expected to contribute to the integration of an automated on-site system for video-based construction monitoring and control of significant target objects within future lunar base construction sites.
Global climate change is destroying the water circulation balance by changing rates of precipitation, recharge and discharge, and evapotranspiration. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC 2007) makes "changes in rainfall pattern due to climate system changes and consequent shortage of available water resource" a high priority as the weakest part among the effects of human environment caused by future climate changes. Groundwater, which occupies a considerable portion of the world's water resources, is related to climate change via surface water such as rivers, lakes, and marshes, and "direct" interactions, being indirectly affected through recharge. Therefore, in order to quantify the effects of climate change on groundwater resources, it is necessary to not only predict the main variables of climate change but to also accurately predict the underground rainfall recharge quantity. In this paper, the authors selected a relevant climate change scenario, In this context, the authors selected A1B from the Special Report on Emission Scenario (SRES) which is distributed at Korea Meteorological Administration. By using data on temperature, rainfall, soil, and land use, the groundwater recharge rate for the research area was estimated by period and embodied as geographic information system (GIS). In order to calculate the groundwater recharge quantity, Visual HELP3 was used as main model for groundwater recharge, and the physical properties of weather, temperature, and soil layers were used as main input data. General changes to water circulation due to climate change have already been predicted. In order to systematically solve problems associated with how the groundwater resource circulation system should be reflected in future policies pertaining to groundwater resources, it may be urgent to recalculate the groundwater recharge quantity and consequent quantity for using via prediction of climate change in Korea in the future and then reflection of the results. The space-time calculation of changes to the groundwater recharge quantity in the study area may serve as a foundation to present additional measures for the improved management of domestic groundwater resources.
The velocity horizontal response spectra using the observed ground motions from the recent 5 macro earthquakes, equal to or larger than 4.8 in magnitude, around Korean Peninsula were analysed and then were compared to the acceleration horizontal response spectra, seismic design response spectra (Reg Guide 1.60), applied to the domestic nuclear power plants, and finally the Korean Standard Design Response Spectrum for general structures and buildings. 102 velocity horizontal ground motions, including NS and EW components, were used for velocity horizontal response spectra and then normalized with respect to the peak velocity value of each ground motion. First, the results showed that velocity horizontal response spectra have larger values at the range of medium natural period, but acceleration horizontal response spectra have larger values at the range of short natural periods. Secondly, the results also showed that velocity horizontal response spectra exceed Reg. Guide 1.60 for longer natural periods bands less than 6-7 Hz. Finally, the results were also compared to the Korean Standard Response Spectrum for the 3 different soil types(SC, SD, and SE soil type) and showed that velocity horizontal response spectra revealed much higher values for the frequency bands below 1.5(SC), 2.0(SD), and 3.0(SE) seconds, respectively, than the Korean Standard Response Spectrum. The results suggest that the fact that acceleration, velocity, and displacement horizontal response spectra have larger values at the range of short, medium, and long natural periods, respectively, can be applied consistently to those form domestic ground motion, especially, the velocity ground motion. Information on response spectrum at such medium range periods can be very important since the domestic design of buildings and structures emphasizes recently medium and long natural periods than short one due to increased super high-rise buildings.
In this study, a method is devised to implement a supercritical $CO_2$ ($scCO_2$) injection environment on a laboratory scale and to investigate the effects of $scCO_2$ on the properties of rock specimens. Specimens of shale and sandstone normally constituting the cap rock and reservoir rock, respectively, were kept in a laboratory reactor chamber with $scCO_2$ for two weeks. From this stage, a chemical reaction between rock surface and the $scCO_2$ was induced. The effect of saline water was also investigated by comparing three conditions ($scCO_2$-rock, $scCO_2-H_2O$-rock and $scCO_2$-brine(1M)-rock). Finally, we checked the changes in the properties before and after the reaction by destructive and nondestructive testing procedures. The swelling of shale was a main concern in this case. The experimental results suggested that $scCO_2$ has a greater effect on the swelling of the shale than pure water and brine. It was also observed that the largest swelling displacement of shale occurred after a reaction with the $H_2O-scCO_2$ solution. The results of a series of the destructive and nondestructive tests indicate that although each of the property changes of the rock differed depending on the reaction conditions, the $H_2O-scCO_2$ solution had the greatest effect. In this study, shale was highly sensitive to the reaction conditions. These results provide fundamental information pertaining to the stability of $CO_2$ storage sites due to physical and chemical reactions between the rocks in these sites and $scCO_2$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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