Numerical Study on the Stability Analyses of Rock Slopes considering Non-linear Characteristics of Hoek-Brown Failure Criterion

Hoek-Brown 파괴기준의 비선형성을 고려한 암반사면 안정성 평가의 수치해석적 연구

The Hoek-Brown failure criterion for rock masses developed first in 1980 is widely accepted and has been applied in a variety of rock engineering problems including slope analyses. The failure criterion was modified over the years because rock mass strength by the original failure criterion in 1980 was overestimated. The modified failure criterion, named Generalized Hoek-Brown Failure Criterion, was proposed with a new classification called the Geological Strength Index(GSI) in 1994. Generally, Hoek-Brown failure criterion is applied in numerical analyses of rock mass behaviors using equivalent Mohr-Coulomb parameters estimated by linear regression method. But these parameters estimated by this method have some inaccuracies to be applied and to be incorporated into numerical models and limit equilibrium programs. The most important issue is that this method cannot take account of non-linear characteristics of Hoek-Brown criterion, therefore, equivalent Mohr-Coulomb parameters is used as constant values regardless of field stress distribution in rock masses. In this study, the numerical analysis on rock slope stability considering non-linear characteristics of Hoek-Brown failure criterion was carried out. Futhermore, by the latest Hoek-Brown failure criterion in 2002, the revised estimating method of equivalent Mohr-Coulomb parameters was applied and rock mass damage criterion is introduced to account for the strength reduction due to stress relaxation and blast damge in slope stability.

연속체 해석을 위한 암반거동 모델로서 널리 이용되고 있는 Hoek-Brown 파괴기준은 1980년도에 발표된 이후 수차례의 수정 보완을 거쳐 1994년에 발표된 Generalized Hoek-Brown 파괴기준식을 토대로 현재 암반을 대상으로 한 지반구조물 해석에 많이 적용되고 있다. 그러나 지반구조물 수치해석시 Hoek-Brown 파괴기준의 적용은 일반적으로 등가의 Mohr-Coulomb 전단강도정수를 산정하여 간접적으로 이용하게 되는데, 이때 등가의 암반 전단강도정수를 암반내 주응력 분포와 상관없이 일정 상수로 적용함으로서 Hoek-Brown 파괴기준의 비선형성을 고려하지 못하는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 암반사면의 안정성 평가를 위한 연속체 해석시 Hoek-Brown 파괴기준의 비선형성을 고려할 수 있는 해석기법을 검토하고, 수치해석기법에 의한 사면안정검토에 주로 이용되고 있는 강도감소법을 이용하여 암반사면의 안정성을 정량적으로 평가하고자 하였다. 특히 최근에 발표된 수정 Hoek-Brown 파괴기준을 토대로 수정된 등가 Mohr-Coulomb 강도정수 산정법과 사면굴착시 발파 및 응력이완에 의한 암반 교란/손상을 고려한 암반교란상수(Disturbance Factor) D을 이용하여 안정해석을 수행하였다.