Tunnel and Underground Space (터널과지하공간)

Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering (한국암반공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

A Study on Applicability Evaluation on Portable 3D Scanner for Measurement of Rock Joint Roughness

암반 절리면 거칠기 측정을 위한 휴대용 3D스캐너의 적용성 평가 연구

  • Hyun-Sik Kim (Department of Energy Resources Engineering, Pukyong National University) ;
  • Seungbeom Choi (Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI)) ;
  • Seong Ju Ha (Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI)) ;
  • Hoyoung Jeong (Department of Energy Resources Engineering, Pukyong National University)
  • 김현식 (부경대학교 에너지자원공학과) ;
  • 최승범 (한국원자력연구원) ;
  • 하성준 (한국원자력연구원) ;
  • 정호영 (부경대학교 에너지자원공학과)
  • Received : 2024.10.08
  • Accepted : 2024.10.16
  • Published : 2024.10.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The roughness of rock joint surfaces is considered a critical factor in determining the stability of underground spaces and tunnels, leading to attempts to measure it using various devices. This study explored the applicability of portable 3D scanner for measuring rock joint roughness in comparison to laser scanner. By constructing various one-dimensional roughness profiles using laser scanner and portable 3D scanner, and calculating the Z2(statistical roughness parameter) for comparison, it was found that the portable 3D scanner tends to underestimate roughness compared to the laser scanner. The variations in roughness and Z2 showed very similar patterns between the two devices. Through Direct shear tests that induced wear on the specimens, differences in roughness and Z2 due to wear were compared using the portable 3D scanner, confirming variations in roughness height and Z2 related to wear.

암석 절리면의 거칠기는 지하공간 및 터널 주변 암반의 안정성을 결정하는 중요한 인자로 고려되는 만큼 정량적으로 평가하는 것이 중요하다. 본 연구는 암석 절리면의 거칠기를 경제적으로 측정하기 위한 휴대용 3D 스캐너의 적용 가능성을 기존의 레이저스캐너와 비교하여 고찰하였다. 레이저스캐너 및 휴대용 3D 스캐너를 통해 동일한 암석 절리면에 대한 일차원 거칠기, Z2(통계적 거칠기 파라미터)를 산정하여 비교하였다. 전반적으로 두 기기를 통해 측정된 암석 절리면의 거칠기 형상은 매우 유사한 것으로 평가되었으며, 측정된 거칠기의 변화양상도 유사하였다. 그러나 특정지점에서 거칠기를 다소 과소평가하는 것으로 나타나, 이를 보완하기 위한 연구가 필요할 것으로 판단되었다. 또한 직접전단시험을 통해 거칠기를 단계적으로 감소시켜가며 휴대용 3D 스캐너를 통해 거칠기의 변화 양상을 관찰하였다. 반복적인 전단시험에 의해 일차원거칠기와 Z2 지속적으로 감소하는 양상을 휴대용 3D 스캐너를 통해 명확하게 확인할 수 있었다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 사용후핵연료관리핵심기술개발사업단(2021M2E1A1085193)의 지원을 받아 수행되었습니다. 또한, 1저자와 교신저자는 한국전력공사 자체연구개발 과제(R22SA01) '전력구 공사 안전확보를 위한 디스크커터 마모측정 및 수명예측 기술 개발'의 지원을 받았습니다.

References

  1. An, P. and Yang, Y., 2022, Assessment of the trueness and precision of smartphone photogrammetry for rock joint roughness measurement, Measurement, 188, 110598. 
  2. Barton, N., 1973, Review of a new shear strength criterion for rock joints. Eng. Geol., 7(4), 287-332.
  3. Brown, S.R. and Scholz, C.H., 1985, Broad Bandwidth Study of the Topography of Natural Rock Surface, J. Geophys. Res., 90(B14), 12575-12582. 
  4. Carr, J.R. and Warriner, J.B., 1989, Relationship between the Fractal Dimension and Joint Roughness Coefficient, Bull. Assoc. Eng. Geol., 26(2), 253-263. 
  5. Cho, T.C. and Lee, J.G., 2013, A Study of the Effect of Asperity Change on the Shear Strength of Joint Plane, Tunn. Undergr. Sp., 23(5), 401-412. 
  6. Ge, Y., Lin, Z., Tang, H., and Zhao, B., 2021, Estimation of the appropriate sampling interval for rock joints roughness using laser scanning, Bull. Eng. Geol. Environ., 80, 3569-3588 
  7. Jermy, C.A., 1995. A laser scanning device to measure joint surface roughness. Proceedings of 2nd mechanics of jointed and faulted rocks. Vienna, 10-14 
  8. Lee, S.D. and Jeon, S.W., 2017, A Study on the Roughness Measurement for Joints in Rock Mass Using LIDAR, Tunn. Undergr. Sp., 27(1), 58-68. 
  9. Park, B.Y. and Kwon, S.K., 2000, Current status of the characterization of the rock joint surface, Tunn. Undergr. Sp., 10(4), 566-579. 
  10. Seo, H.K. and Um, J.K., 2012, A Study on Measurement of Rock Joint Roughness Using the Digital Photogrammetry, Tunn. Undergr. Sp., 22(6), 438-448. 
  11. Tse, R. and Cruden, D.M., 1979, Estimating joint roughness coefficients, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. Geomech. Abstr., 16(5), 303-307.