• 화약ㆍ발파
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• 제38권3호
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• pp.30-43
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• 2020

암석동역학은 동적하중조건하에서의 암반이나 암석의 역학적 거동에 대해 연구하는 학문으로, 자원개발이나 토목, 지진을 비롯한 재난재해, 국방과학 등 다양한 분야에 걸쳐 그 필요성이 증대되고 있다. 본 보고에서는 암석재료에 대한 동적 실험기법들과 동적 하중상태에서 암석이 보이는 역학적 거동 특성에 대한 최근의 연구결과들을 소개하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제18권1호
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• pp.69-79
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• 2008

독도는 약 $300{\sim}220$만 년 전에 형성된 해양섬 기원의 화산체로서 동도와 서도로 구성되어 있다. 비록 규모는 작지만 동해의 형성 및 진화와 연관된 지질과학적 중요성 외에 자원적, 생태적, 영토적 가치, 그리고 일본과의 독도 영유권 문제와 관련한 국민적 관심 등 경제 사회 과학 기술적 측면에서 무한한 잠재적 가치와 의미를 갖고 있는 지역이다. 최근 동도 육상부에서 급속하게 진행되고 있는 풍화 및 침식작용으로 인한 각종 균열로 인하여 독도 지반의 안정성 평가의 필요성이 제기되었다. 본 논문은 독도의 지반안정성 분석을 위한 사전조사단계로서 독도의 지질과 층서, 지반불안정을 발생시키는 요인에 대하여 알아보고 육안관찰에 의해 위험요소로 판단된 지역에서 수행되었던 독도 암석의 역학적 특성을 분석하였다. 독도의 암석은 주로 응회암, 조면암, 조면안산암으로 구성되어 있으며, 전체적으로 풍화와 침식에 의해 국내 암석의 역학적 물성수치에 비해 상대적으로 낮았다.

• 대한자원환경지질학회:학술대회논문집
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• 대한자원환경지질학회 2007년도 춘계 지질과학기술 공동학술대회
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• pp.313-315
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• 2007

• 터널과지하공간
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• 제24권3호
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• pp.224-233
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• 2014

지하 하중 조건에서 암석물성이 변한다는 것은 잘 알려져 있다. 따라서 침수상태에 놓인 폐광산이나 폐공동에서의 하중에 따른 암석 물성변화와 일반적인 건조상태의 하중에 따른 물성 변화와의 관계에 대하여는 연구가 필요하다. 침수-하중 조건에서의 암석 물성 변화를 파악하기 위해 다양한 실험실 실험이 실시되었다. 암석에 가해지는 하중은 단축압축강도의 20~80%로 조절하였다. 침수 및 건조 조건에서 동일한 하중을 가할 경우 발생하는 암석의 열적, 역학적, 물리적 물성 변화를 비교함으로써 건조조건에 비해 침수조건에서의 물성변화가 더 크게 일어남을 알 수 있었다.

• 광물과 암석
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• 제33권3호
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• pp.143-152
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• 2020

버네사이트(birnessite)는 약 7Å의 d-spacing을 가지는 대표적인 층상형 산화망간광물로 높은 양이온 교환능력을 가지기 때문에 지하수나 퇴적물 공극 유체의 화학조성을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작을 규명하기 위해서는 층간 내 양이온의 배위 환경과 결정구조에 대한 원자 수준의 이해가 매우 중요하다. 이번 연구에서는 원자 수준의 계산광물학 방법인 고전 분자동역학(classical molecular dynamics; MD) 시뮬레이션을 이용하여 기존 실험에서 보고된 화학조성을 가지는 삼사정계 Na-와 K-버네사이트의 결정구조, 층간 양이온의 배위 환경 및 적층 구조를 계산하였다. 계산 결과는 기존 X-선 실험에서 보고된 격자 상수와 층간 배위 환경을 잘 재현하여 시뮬레이션 방법의 신뢰성을 보여주었으며, X-선 실험만으로는 구분하기 어려운 층간의 양이온과 물 분자 위치를 구별한 원자 수준의 정보를 제공하였다. 망간 팔면체 층의 적층 순서는 동일하지만 층간 내 Na⁺와 K⁺의 위치가 서로 상이하고, 층간 양이온의 배위 환경과 결정구조 간의 상관관계를 보인다. 원자 수준의 분자동역학 시뮬레이션은 버네사이트의 양이온 교환 반응 기작 규명에 크게 기여할 것으로 기대한다.

• 터널과지하공간
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• 제25권2호
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• pp.144-154
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• 2015

암석시료에 응력이 가해질 경우 역학적 에너지가 대상 물체에 누적되고, 대상 암석에 한계응력 이상이 가해질 경우 시료의 파괴가 발생한다. 이 때 시료 내부에 저장되어 있던 역학적 에너지는 물리적 변형뿐만 아니라 빛, 열, 소리 등 다양한 형태의 에너지로 발산된다. 본 연구에서는 $-10^{\circ}C$ 저온 환경에서 섬록암, 현무암, 응회암을 대상으로 일축압축강도 시험과 점하중강도 시험을 수행하고, 이때 발생하는 온도 변화를 열적외선카메라를 이용해 측정하고 정량적으로 분석하였다. 파괴 직전 파괴면에 응력이 집중되어 온도가 상승하였고, 파괴 순간 축적된 에너지가 열에너지의 형태로 방출되며 파괴면의 온도가 급격히 상승하는 것이 감지되었다. 강도가 높고 신선한 섬록암과 현무암 시료의 온도 상승폭이 상대적으로 강도가 낮고 풍화된 암석인 응회암 시료의 온도 상승폭에 비해 더 크게 나타났다. 본 연구결과는 저온지역에 위치한 암반사면, 터널, 광산 내부의 응력 집중지점을 감지해 향후 발생 가능한 재해를 예방하는데 적용될 수 있으며, 지진예측을 위한 위성영상 분석에도 적용될 것으로 기대된다.

• 화약ㆍ발파
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• 제39권1호
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• pp.10-21
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• 2021

암석이나 콘크리트와 같은 취성재료는 재료에 동하중이 가해질 때에는 큰 변형률속도 의존성을 보인다. 이는 취성재료의 역학적 성질이 하중속도에 따라 크게 변화할 수 있음을 의미한다. 이런 성질 때문에 취성재료의 변형률속도 의존성은 발파공학이나 암석동역학 문제를 풀 때 반드시 고려해야 할 중요한 사항들 중의 하나이다. 하지만 불행하게도 국내의 경우, 암석이나 여타의 취성재료들의 동적물성을 특성화하는 연구들은 아직 미진한 상태에 있다. 본 연구에서는 거창 화강암과 고강도 콘크리트 시편의 동적특성을 파악하기 위해 홉킨슨 압력봉을 이용하여 동적 인장시험을 실시하였다. 시험방법으로는 ISRM이 제안한 동적 압열시험과 박리시험을 채택하였다. 일반적으로, 고변형률속도 하에서는 후자의 방법이 더 우수한 것으로 알려져 있다. 이들 두 종류의 시험을 실시한 결과, 시편들의 동적 인장강도가 거의 비슷하게 나타났다. 하지만 저자들은 애초에 시험방법에 따라 측정강도가 상이할 것으로 예상했었다. 따라서 서로 다른 방법을 적용했음에도 측정 강도가 비슷하게 나타난 것은 오히려 시험과정에서 어떤 오류가 개입된 것으로도 볼 수 있으므로 후속연구를 통해 이 부분에 대해 상세조사를 수행할 예정이다.

• 광물과 암석
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• 제33권1호
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• pp.19-28
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• 2020

란시아이트(ranciéite)는 수화된 Ca²⁺ 양이온이 망간 원자 빈자리를 아래위로 덮고 층간을 채우고 있는 육방정계 층상형 산화망간광물(phyllomanganates)이다. 망간 원자 빈자리를 Mn²⁺ 양이온이 더 우세하게 채우는 경우, 다카네라이트(takanelite)라는 광물로 구분하며, 란시아이트와 다카네라이트는 서로 고용체를 이룬다. 이 광물들은 입자크기가 매우 작고 다른 광물과 함께 산출되기 때문에 실험만으로 정확한 결정구조를 규명하기 어렵다. 이번 연구에서는 층간 Mn²⁺/Ca²⁺ 양이온 비율에 따른 란시아이트-다카네라이트의 결정구조와 층간 구조를 규명하기 위해 고전분자동역학 시뮬레이션(molecular dynamics simulations; MD)을 수행하였다. 연구방법의 적합성을 판단하기 위해 결정구조가 잘 알려진 칼코파나이트 군(chalcophanite group) 광물들에 대해 시뮬레이션 계산을 수행 후 실험 결과와 비교하였다. 이후 층간 양이온 비율에 따른 란시아이트 및 다카네라이트 모델에 대한 MD 시뮬레이션을 수행하여 양이온 함량에 따른 양이온과 물 분자의 분포 및 (001)면간거리를 제시한다.

• 화약ㆍ발파
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• 제35권2호
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• pp.9-17
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• 2017

휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)는 변형률 게이지의 극도로 작은 저항 변화를 측정하는 데 널리 사용되는 중요한 전기회로의 하나이다. 변형률 게이지는 변형을 측정하고자 하는 구조물이나 시편에 부착한다. 휘트스톤 브리지는 다양한 공학재료에 대한 정적 혹은 동적 강도를 시험하는 분야에서 많이 사용되고 있다. 일례로, 스플릿 홉킨슨 압력봉(split Hopkinson pressure bar) 시스템에서 브리지 회로는 응력파가 전파되는 입사봉과 전달봉의 동적 변형률을 측정하는 데 필수적으로 사용된다. 본고에서는 암석동역학과 연관된 실험실 실험에서 쉽게 참고할 수 있도록 휘트스톤 브리지 회로의 원리를 상세히 설명하였다. 특히, 쿼터(quater), 하프(half) 및 풀(full) 브리지의 회로배열을 그 기본적인 용도와 함께 자세히 소개하였다.

• 터널과지하공간
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• 제21권6호
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• pp.480-493
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• 2011

암석의 동적물성은 내진설계의 동적해석에 필요한 물성이다. 본 연구에서는 충남 연기군 지역의 화강암 시험편을 대상으로 양단자유 공진주시험을 실시하여 동적물성인 동탄성계수, 동전단계수, 감쇠비 등의 특성을 분석하고, 역학적 물성과의 상관관계를 분석하였다. 탄성파속도를 기준으로 동적물성을 분석한 결과, 탄성파속도가 빠를수록 동탄성계수와 동전단계수는 선형적으로 증가하는 경향을 보였으며, 감쇠비는 비선형적으로 감소되는 것으로 조사되었다. 논문은 사인형태의 입사파에 대한 장점을 설명하고 또한 동하중에 대한 암석의 크기효과를 설명하고 있다.