Defining the hydraulic excavation damaged zone considering hydraulic aperture change

수리적 간극변화를 고려한 수리적 굴착손상영역의 정의에 관한 연구

The excavation damaged zone (EDZ) is an area around an excavation where in situ rock mass properties, stress condition, displacement, groundwater flow conditions have been altered due to the processes induced by the excavation. Various studies have been carried out on EDZ, but most studies have focused on the mechanical bahavior of EDZ by in situ experiment. Even though the EDZ could potentially form a high permeable pathway of groundwater flow, only a few studies were performed on the analysis of groundwater flow in EDZ. In this study, the 'hydraulic EDZ' was defined as the rock zone adjacent to the excavation where the hydraulic aperture has been changed due to the excavation by using H-M coupling analysis. Fundamental principles of distinct element method (DEM) were used in the analysis. In the same groundwater level, the behavior of hydraulic aperture near the cavern was analyzed for different stress ratios, initial apertures, fracture angles and fracture spacings by using a two-dimensional DEM program. We evaluate the excavation induced hydraulic aperture change. Using the results of the study, hydraulic EDZ was defined as an elliptical shape model perpendicular to the joint.

굴착손상영역(EDZ)은 굴착으로 인해 현지 암반이 역학적으로 손상을 입게 되어 응력상태, 변위상태, 암반의 안정성, 지하수의 흐름상태 등에 변화가 일어나는 영역을 의미한다. EDZ의 역학적 특성과 관련한 많은 연구들이 수행되었지만, EDZ에서의 지하수 유동 특성에 관한 연구는 아직 부족한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 굴착으로 인해 굴착면 주변의 수리적 간극이 늘어나는 영역을 산정하여 '수리적 굴착손상영역'이라 정의하고 이를 위해 수리-역학적 상호작용(coupling)해석을 수행하였다. 이는 개별 불연속면 망의 생성을 통한 역학적, 수리적 변화의 모사가 가능한 개별요소법(discrete element method; DEM)을 이용하여 수행하였다. 이를 통해 EDZ에서 지하수의 흐름에 영향을 미치는 각종 조건들(불연속면의 간극, 불연속면 군의 방향, 불연속면 군의 길이, 불연속면의 각도 등)의 변화와, 응력분포, 지하수의 유동 등으로 인해 수리적 간극 값이 어떻게 변화하는지를 파악하였다. 이 결과를 토대로 수리적 간극이 커지는 영역, 수리적 EDZ를 공동 주변의 불연속면 방향에 수직 방향으로 존재하는 타원형의 형태로 모델링 하였다.