Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association (한국터널지하공간학회 논문집)

Korean Tunnelling and Underground Space Association (한국터널지하공간학회)
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A study on the asperity degradation of rock joint surfaces using rock-like material specimens

유사 암석 시편을 사용한 암석 절리면 돌출부 손상 연구

  • 홍은수 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ;
  • 권태혁 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ;
  • 조계춘 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과)
  • Published : 2009.09.30
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Abstract

Image analyses for sheared joint specimens are performed to study asperity degradation characteristics with respect to the roughness mobilization of rock joints. Four different types of joint specimens, which are made of high-strength gypsum materials, are prepared by replicating the three-dimensional roughness of rock joints. About twenty jointed rock shear tests are performed at various normal stress levels. The characteristic and scale of asperity degradation on the sheared joint specimens are analyzed using the digital image analysis technique. The results show that the asperity degradation characteristic mainly depends on the normal stress level and can be defined by asperity failure and wear. The asperity degradation develops significantly around the peak shear displacement and the average amount of degraded asperities remains constant with further displacement because of new degradation of small scale asperities. The shear strength results using high-strength gypsum materials can not fully represent physical properties of each mineral particles of asperities on the natural rock joint surface. However the results of this quantitative estimation for the relationship between the peak shear displacement and the asperity degradation suggest that the characterization of asperity degradation provides an important insight into mechanical characteristics and shear models of rock joints.

암석 절리면의 거칠기의 발현에 따른 돌출부의 손상 특성을 연구하기 위해 전단시험 한 절리면 시편에 대한 이미지 분석을 수행하였다. 동일한 절리면에 대한 반복적인 시험에는 복제 시편을 사용한 모델시험이 가장 적합하였으므로 암석절리면으로부터 각기 다른 4종류의 3차원 거칠기를 복제하고, 고강도 석고를 사용한 시편을 제작하였다. 연직응력 수준을 변화시키며 총 20여회의 전단시험을 실시하였으며, 전단된 시편의 디지털 사진의 이미지 분석을 통하여 손상된 거칠기의 국지적 양상과 규모를 분석하였다. 분석 결과 거칠기의 손상 특성은 연직응력의 수준에 크게 의존하며, 돌출부의 파괴와 마모로 규정할 수 있는 것으로 나타났다. 돌출부 손상은 첨두 전단변위에서 가장 많이 발생하며, 변위가 증가하면 작은 돌출부들이 새롭게 손상되어 평균적인 돌출부의 손상 규모는 일정한 것으로 나타났다. 고강도 석고를 사용한 전단시험 결과에 자연 암석절리의 돌출부를 구성하는 광물입자의 물리적 특성이 완전하게 반영될 수는 없다. 그러나 첨두 전단변위와 돌출부 손상과의 상관관계에 대한 정량적 연구 결과는 돌출부 손상 특성의 파악이 암석 절리면 역학적 특성과 전단모델의 연구에 매우 중요한 수단이 될 수 있음을 보여준다.

Keywords

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