• 한국지반신소재학회논문집
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• 제9권1호
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• pp.47-57
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• 2010

기초 지반이나 댐, 사면 등을 건설할 경우, 성토재로 입자 크기가 큰 조립 재료를 많이 사용하고 있다. 따라서 이러한 조립재료의 전단 거동은 구조물의 안정성에 영향을 미치게 된다. 예를 들어, 구조물과 입자의 접촉면 혹은 입자들간의 접촉면에서 발생하는 입자 파쇄는 전체 지반의 특성을 변화시키고 따라서 구조물의 안정성에 문제를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 입자의 파쇄 유무에 따른 전단 거동의 특성을 파악하기 위해 개별요소법(DEM, Distinct Element Model)을 기반으로 하는 수치해석 프로그램 PFC2D를 이용하여 직접전단실험을 재현하였다. 입자의 모델을 파쇄 모델과 비 파쇄 모델로 구분하여 총 4개의 모델을 모사하고 그 결과를 분석하였다. 비 파쇄 모델에는 one ball 모델과 clump 모델이, 파쇄 모델에는 cluster 모델과 Lobo-crushing 모델을 적용하였다. 입자의 구성은 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 8개 입자의 조합으로 구성하였다. 해석 결과, 내부마찰각 순서는 clump 모델 > cluster 모델 > one ball 모델 순이며, 전체를 비교해 봤을 때 원형입자모델보다 입자 결합모델이, 파쇄 모델보다 비 파쇄 모델의 내부마찰각이 크게 나타났다. 또한 기존에 제시된 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)의 모델은 입자 파쇄 거동을 모사하기에는 부적합하다는 결론을 얻을 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.470-479
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• 2013

수압파쇄는 암반에서 유체의 흐름을 촉진시키기 위한 방법으로 사용되며 지열개발, 세일가스의 개발 등 최근 에너지 분야에서 그 어느 때 보다 활발한 연구가 이루어지고 있다. 수압파쇄의 대상이 되는 암반은 등방성을 갖지 않는 경우가 대부분이며 일부 퇴적암층에서는 횡등방성 암반에서 수압파쇄가 이루어진다. 횡등방성 암반에서는 수압파쇄에서 발생하는 균열의 성장 방향이 반드시 최대주응력 방향과 일치하지 않으며 이방성 구조에 따라 변화하게 된다. 그러므로 이 연구에서는 입자결합모델을 이용하여 횡등방성 암석에서의 수압파쇄 특성을 고찰하고 분석하고자 하였다. 또한 실험실 규모의 수압파쇄 실험을 실시하여 수치해석 결과의 타당성을 분석하고자 하였다. 본 연구에서는 가압되는 유체의 점도 및 층리면의 각도 그리고 이방성에 의한 영향으로 균열의 성장 및 균열 패턴에 큰 차이를 보였으며, 횡등방성 모델의 경우 전단균열에 의한 수압파쇄 균열의 성장이 우세한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.321-336
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• 2012

암반 절리면과 같이 입자와 연속체 평면의 접촉면에서의 전단거동은 전체 구조물의 거동을 지배할 수 있다. 암반설계의 효율을 높이기 위해서는 입자와 연속체 평면의 접촉면 전단거동 메커니즘에 대한 기초적인 이해와 접촉면 전단강도를 정확하게 산정하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 연속체 평면의 표면 파쇄가 미치는 영향을 알아보기 위하여 개별요소법 수치해석 프로그램인 $PFC^{2D}$를 사용하였다. 표면 거칠기는 매끄러운 평면, 중간 거칠기 평면, 거친 평면의 세 가지로 구분하였다. 입자의 형상은 원형의 one ball 모델과 삼각형 형상의 3 ball 모델로 구성하였다. 평면은 파쇄가 불가능한 경계요소 연속체 모델과 파쇄가 가능한 입자요소 연속체 모델로 각각 구성하였다. 수치해석 결과, 입자요소 모델의 결합강도가 작을수록 파쇄가 빨리 발생하여 큰 결합강도를 가진 연속체 모델보다 작은 접촉면 전단강도를 보였다. 돌출부의 파쇄가 발생한 후, 접촉면 전단강도는 수렴하는 경향을 보이며, 결합강도가 클수록 돌출부의 파쇄가 적게 발생하였다. 또한 경계요소 연속체 모델이 입자요소 연속체 모델보다 큰 접촉면 마찰각을 나타냈고, 모든 입자 모델에서 연속체의 표면 거칠기가 거칠수록 큰 접촉면 마찰각이 나타났다. 이러한 결과로부터 연속체 평면의 거칠기 및 평면 파쇄가 입자와 평면의 접촉면 전단거동 특성에 미치는 영향을 확인하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제19권2호
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• pp.5-18
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• 2001

채석, 광물채광 등의 발파에서 생성된 파쇄 암석편들에 대한 정확한 파쇄도의 측정은 발파효율성 및 경제성을 평가하기 위한 수단으로 사용될 수 있다. 발파현장에서 파쇄도의 측정은 파쇄암석의 크기를 대상으로 이루어지며, 이러한 측정의 궁극적인 목표는 파쇄도에 대한 정확한 측정과 분석을 통하여 발파를 최적화시킴으로써 과파쇄에 의한 화약의 낭비, 과대한 암괴로 인한 운반경비의 증가, 분할을 위한 2차 발파나 추가파쇄를 위한 경비증가 등을 줄일 수 있다. 또한 선광 및 파쇄장비들의 과대한 마모방지와 품질의 균질성 확보를 위한 모니터링의 수단으로 사용될 수도 있다. 최근 파쇄도측정에 많이 사용되고 있는 기술중의 하나가 영상처리 시스템으로, 본 논문에서는 촬영조건 및 분석대상물 등의 변화에 따른 이 영상처리기법의 문제에 대한 언급보다는 영상처리기법에 대한 이해를 돕기 위해 이 기법에 대한 설명과 상용 소프트웨어를 이용한 모델시험 및 채석현장에서 실시된 발파후의 파쇄암석들에 대한 파쇄도 분석에서의 문제점들에 대하여 언급하고자 한다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제12권1호
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• pp.114-120
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• 2009

단층 파쇄의 방향성은 지진 피해를 평가하는데 있어 매우 중요한 지진원 특성이다 하지만 기존의 모멘트 텐서 역산 방법으로는 단층의 파쇄 방향은 물론 실제 단층면의 방향도 정확하게 결정하기 어렵다. 본 연구에서는 중간 규모의 지진에 대하여 주파수 영역 파형 역산 방법을 이용하여 모멘트 텐서와 단층 파쇄의 방향성을 동시에 역산하는 방법을 제안하였다 여러 가지 다양한 파쇄 전파 모델을 가정한 수치 실험을 통해 역산 방법을 검증하였고, 실제 지진에 적응 가능성을 평가하기 위해 역산 해의 안정성에 가장 큰 영향을 주는 요소인 속도 구조 모델에 대한 민감도를 분석하였다. 민감도 분석 결과를 통해 속도 구조 모델이 실제 속도 구조와 크게 어긋나지 않을 경우 실제 지진에 대해서도 충분히 적응 가능하다는 것을 확인하였다. 향후 속도 구조가 비교적 잘 밝혀진 지역에 본 역산 방법을 적응 할 경우 중간 규모 지진의 단층 파쇄 효과를 효과적으로 추정할 수 있을 것으로 예상되며, 이를 통해 적용된 지역의 지진 발생 특성을 이해하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제14권5호
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• pp.353-362
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• 2004

벤치발파에서 암석 파쇄도 예측은 생산계획을 수립하는 데 있어서 가장 중요한 요소 중의 하나이다. Kua-Ram 모델은 지금까지 제안된 암석 파쇄도 예측 모델 중 가장 우수한 것으로 평가받고 있으나, 이 모델의 평가항목을 구성하고 있는 절리조건, 암석강도, 밀도, 사용폭약의 성능과 저항선, 공간격 등의 요소들은 그 값을 선정하는 과정에서 주관적인 요소가 개입되거나 정의가 모호한 요소를 포함하고 있다. 이 연구에서는 Kuz-Ram 모델을 구성하는 여러 평가항목의 값을 선정하는 과정에서 주관적이거나 모호한 요소를 제거하는 방법에 대해 검토하였으며, 예측값을 현장조사 결과와 비교하여 적용성을 검토하였다. Kuz-Ram 모델은 비교적 정확한 예측결과를 보였으나, 현지암반 조건을 충분히 반영하지 못하여 개선이 필요한 것으로 판단되었다.

• 터널과지하공간
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• 제5권4호
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• pp.323-335
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• 1995

지열에너지 개발의 기본적 개념은 지하 심부의 고온건조암체에 시추공을 이용한 수압파쇄를 실시하여 고온건조암체내에 인공파쇄대를 형성함으로써 유체의 유동회로를 구축하여 지열에너지의 회수를 도모하는 것이다. 본 논문에서는 수압파쇄균열의 발전방향 조절문제와 관련하여, 초고압수 절삭장치를 이용, 수압파쇄공 내에 인공슬롯을 형성하여 수압파쇄를 실시함으로써 균열의 발전방향을 조사하였으며, 수압파쇄에 의한 파쇄대내로의 유체순환실험을 통해 지열수의 유동특성을 규명하였다. 이를 위해 모델에 종균열과 횡균열을 형성시키고 균열내에 주입되는 물의 주입률, 정상류압력, 흐름저항을 조사하고, 이 결과를 이용하여 전산모델링을 수행하였다. 인공절리면에 대한 투수시험에서는 10$0^{\circ}C$까지의 온도변화에 따라 투수계수가 증가하였으며, 봉압 증가에 따라 증가율이 현저히 감소하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권8호
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• pp.17-28
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• 2023

본 연구에서는 화강암 시편을 대상으로 파쇄 유체의 점성과 주입 속도를 변화시키며 실내 수압 파쇄 실험을 수행하였고, 3D X-ray CT 촬영을 통해 파쇄 후 시편 내부를 관찰하였다. 이미지 처리에 탁월한 성능을 보이는 합성곱 신경망(Convolutional Neural Network, CNN) 기반 Nested U-Net 모델 구조를 활용하여 CT 이미지 내 수압 파쇄 균열 추출을 수행하였고, 복잡한 형상의 미세균열을 정교하게 추출할 수 있었다. CNN 기반 모델로 추출된 균열을 3차원으로 재구성하여 균열의 부피, 두께, 굴곡도, 균열면 거칠기를 분석하였다. 그 결과 파쇄 유체의 점성이 클수록 균열 부피와 두께가 증가하였고, 굴곡도와 균열면의 거칠기가 감소하는 경향을 보였다. 또한 균열면의 굴곡도와 거칠기 이방성이 존재함을 확인할 수 있었다. 본 연구는, CNN 기반의 균열 추출 모델을 활용해 전통적인 이미지 처리 방법보다 정교한 균열 추출을 수행하고, 이를 기반으로 수압 파쇄 균열의 정량 분석을 성공적으로 수행하였다.

• 한국가스학회지
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• 제19권5호
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• pp.13-19
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• 2015

본 연구에서는 보다 현실적인 파쇄균열 전파를 묘사하기 위해 수압파쇄균열 전파 모델을 개발하였다. 이 모델에서는 두 가지 균열 전파 기준을 적용하였다. 첫 번째는 균열의 발생각을 결정하기 위한 최대 접선응력 기준과 두 번째는 파쇄균열의 자연균열 통과 여부 기준이다. 본 모델의 검증 결과, 수압파쇄균열이 자연균열을 통과하는 양상이 실험값과 동일함을 확인하였다. 균열의 전파에 직접적인 영향을 미치는 요소인 최대수평응력 방향, 균열면의 마찰계수, 자연균열의 방향성에 대한 민감도 분석 결과, 이론적 기준에 적합하게 균열의 전파 방향과 통과 여부가 결정되는 것으로 나타났다. 기존의 수직 판형 균열 전파 모델과 본 모델을 비교하여 균열의 연결성과 유정 자극부피 측면에서 차이가 있음을 확인하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.1-12
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• 2011

조립재료의 입자 결합 및 파쇄 형태가 전단거동 특히 잔류 전단거동 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 개별요소법(DEM, discrete element method)에 기초를 둔 프로그램인 PFC(Particle Flow Code)를 이용하여 링 전단시험을 수치해석적으로 모델링하였다. 본 연구에서는 PFC내의 clump 모델 및 cluster 모델을 이용하여 두 개의 비파쇄모델 그리고 두 개의 파쇄모델을 포함한 총 네 개의 모델을 제시하였다. Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 Lobo-crushing 모델의 적합성을 검토하였다. 또한 링 전단시험 모델링의 결과 분석을 통하여 직접전단시험 모델링 결과와 비교하였다. 연구 결과, 잔류 전단거동 분석을 위해서는 링 전단시험의 모델링이 필수적임을 알 수 있었다. 또한 잔류 전단강도 분석을 위해서는 Lobo-crushing 모델이 부적합함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 수치해석 모델은 향후 입자 파쇄를 포함한 조립재료의 잔류 전단강도 특성 연구에 다양하게 적용될 수 있다고 판단된다.