• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2011년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.1162-1170
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• 2011

Since there is 70% of the land in South Korea is forest, tunnel constructions by blasting are common for building railways and roads. The damage to the bedrock and the development of overbreak near the face of the tunnel during the blasting directly affect the safety of the tunnel and the maintenance after the construction. Therefore, there is a need to investigate the damage zone in the bedrock after the blasting. The damage zone changes the properties of the bedrock and decreases the safety. Especially, the coefficient of permeability of the damaged bedrock increases dramatically, which is considered very important in construction. There is a lack of research on the damage that bedrock is received with respect to the amount of explosives in blasting, which is required for the design of optimum support in blast excavation that maximizes the support of the bedrock. Therefore, in this research, numerical analysis was performed based on the field experiment data in order to understand the mechanical characteristics of the bedrock after to the blast load and to analyze the damage that the bedrock receives from the blast load. In addition, a method was proposed for selecting the optimum blast pressure for train tunnel design with respect to the damage zone.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제25권7호
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• pp.5-19
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• 2024

During the blasting process, a fracture zone is formed in the vicinity of the blast hole. Any damage that extends beyond the excavation boundary line necessitates the implementation of an additional support system to assure safety. Typically, fracture zone radius is estimated from blast hole pressure using theoretical methods due to its simplicity. However, linear charge concentration (kg/m) is used for tunnel blasting. This paper compiles Swedish experimental datasets to estimate the radius of fracture zones based on linear charge concentration. Further numerical analyses are performed in LS-DYNA for coupled single-hole blasting. The Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT) model has been selected as the constitutive model for this investigation. The numerical model is validated against small-scale laboratory tests. Parametric studies are conducted to predict fracture zones in granite and sandstone rocks using two kinds of explosives, PETN and AFNO. The analyses evaluate ten types of blast hole sizes, ranging from 17 to 100 mm. The results indicate that granite has a larger fracture zone than sandstone, and the PETN explosive predicts more damage than ANFO. Smaller blast holes exhibit smaller fracture zones in comparison to larger blast holes. Wave propagation is more rapidly attenuated in granite than in sandstone. Subsequently, the predicted fracture zone outcomes are compared with the empirical dataset. Fracture zones of medium blast hole diameter align well with the experimental data set. A predictive equation is derived from the data set, which may be used to evaluate blast design to manage fracture zones beyond the excavation line.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제6권3호
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• pp.227-235
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• 2004

터널의 시공은 터널주변 지반에 구조적인 손상과 시공상의 손상을 불러일으킨다. 여기서의 구조적인 손상이란 터널굴착으로 인한 원지반응력의 교란으로 인하여 발생하는 것을 의미하며, 시공상의 손상이란 시공방법에 따른 주변지반의 손상을 의미한다. 본 논문에서는 원지반의 특성과 시공 중 손상을 고려할 수 있는 Hoek과 Brown 2002년도 공식을 이용하여 터널주변 탄 소성 영역에 작용하는 접선 및 반경방향의 응력 산정을 위한 식과 터널 주변 소성영역의 산정방법이 제시되었다. 또한, 매개변수분석을 통하여 암반의 등급, 무결암의 일축압축강도, 그리고 터널의 크기와 소성영역간의 상관관계를 조사하였으며, 기존의 연구에서 제안된 방법과의 비교를 통하여 본 연구에서 제안된 방법의 정확도를 검증하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제37권3호
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• pp.25-33
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• 2019

지하광산의 갱내 굴착 과정에서 폭약을 사용하여 발파하는 경우, 최외곽공의 폭력을 조절하여 외부 암반의 손상도 감소와 원활한 파단면을 형성하는 작업은 종업자의 안전 및 작업능률을 향상시키는 결과를 가져올 수 있다. 본 연구는 2차원의 동적파괴과정해석기법인 DFPA-2D 코드를 사용하여 단일 장약공에서 발파 시, 장약공의 직경과 디커플링 지수에 따라 생성되는 균열손상범위를 수치해석적으로 확인하였고 Sweden의 발파손상영역 경험식을 이용하여 암반손상범위를 예측하고 DFPA 해석결과와 비교하였다. 추가로 DFPA코드를 지하채광발파의 최외곽공 발파균열예측에 적용하여 파단면형성 및 발파손상발생 메커니즘에 대하여 검토하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권11호
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• pp.55-64
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• 2006

터널과 같은 지하 공동 굴착을 위한 발파로 주변에 손상이 발생하였을 경우, 암반의 역학적 및 수리적 불안정성을 유발하기 때문에 암반의 최종손상영역의 예측은 매우 중요하다 그러나 복잡한 발파거동으로 인해 손상영역을 적절히 예측하는 데에는 상당한 어려움이 따르고 있다. 이러한 어려움을 효과적으로 해결하기 위해 발파하중을 응력파와 가스압으로 분리한 많은 연구가 진행되었다. 응력파는 발파공 주위에 분쇄환(crushing annulus)과 파쇄균열대(fracture zone)를 형성시키며, 상당시간 지속되는 준정적인 가스는 파쇄균열대의 닫힌 균열내부에 침투하여 균열을 다시 진행시키는 역할을 하게 된다. 즉, 가스압은 최종적으로 암반에 손상을 가하는데 기여를 한다. 따라서 본 논문은 이러한 가스압에 의해 생성되는 균열의 최종 진행 길이를 예측함으로써 발파로 인한 최종 손상영역을 간단하게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 균질한 무한 탄성평면에서 발파공 주위에 대칭으로 형성되는 방사균열을 모델로 사용하였다. 이 모델에서 균열이 진행할 수 있는 조건과 가스의 질량이 일정하다는 두 가지 조건을 사용하였다. 그 결과 응력확대계수는 균열이 진행할수록 감소하여 최종균열의 길이를 산정하였으며, 또한 발파공에 작용하는 압력도 감소하는 것을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제17권1호
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• pp.32-42
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• 2007

암반구조물의 파괴는 초기응력의 크기, 무결암의 강도 그리고 단층이나 절리와 같이 암반 내에 존재하는 불연속면의 상태에 의해 좌우된다. 일반적으로 고심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동 굴착에 따른 유도응력으로 인해 공동 경계면에서 스폴링이나 슬래빙과 같은 취성파괴가 발생할 수 있다. 최근 고심도에 건설되는 암반구조물이 증가함에 따라 취성파괴의 발생사례가 증가하고 있으며, 더욱이 국내의 저심도 구간에서도 스폴링 현상이 보고되어 취성파괴에 대한 연구의 필요성이 요구되고 있다. 그러나 아직까지 취성파괴에 대해 명확하게 규명되지 않아 본 보고에서 취성파괴현상을 규명하기 위해 수행되었던 기존 연구결과를 중심으로 취성파괴와 그 특징에 대하여 요약정리하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.257-270
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• 2000

본 연구는 결함을 지닌 구조체의 거시적인 역학적 거동을 손상역학이론에 근거하여 해석할 수 있는 손상모델을 개발하고 이를 손상을 입은 구조체에 적용하여 손상된 구조체의 전체거동을 해석적으로 규명하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 수정된 2차손상텐서를 이용하였으며, 유효응력을 통해서 산정된 손상응력을 절점에 작용하는 추가의 하중 항으로 고려할 수 있고 균열면의 성질을 반영할 수 있는 유한요소해석 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘은 실험치 및 횡등방성 이론에 의한 이론치와의 비교·검증을 통하여 그 신뢰성을 검토하였다. 선형탄성 가정 하에서 균열을 지닌 구조체에 개발된 알고리즘을 적용하여 해석한 결과, 균열의 방향과 균열군에 따른 손상된 구조체의 거동을 정량적으로 추정할 수 있었다. 개발된 모델을 균열이 존재하는 암반의 굴착문제와 파쇄대를 지니고 있는 지하구조체 문제에 적용해 본 결과, 손상으로 인해 야기되는 구조체의 전체 거동상의 차이를 규명할 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제53권3호
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• pp.481-495
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• 2015

Many hydropower stations in southwest China are located in regions of brittle rock mass with high geo-stresses. Under these conditions deep fractured zones often occur in the sidewalls of the underground caverns of a power station. The theory and methods of fracture and damage mechanics are therefore adopted to study the phenomena. First a flexibility matrix is developed to describe initial geometric imperfections of a jointed rock mass. This model takes into account the area and orientation of the fractured surfaces of multiple joint sets, as well as spacing and density of joints. Using the assumption of the equivalent strain principle, a damage constitutive model is established based on the brittle fracture criterion. In addition the theory of fracture mechanics is applied to analyze the occurrence of secondary cracks during a cavern excavation. The failure criterion, for rock bridge coalescence and the damage evolution equation, has been derived and a new sub-program integrated into the FLAC-3D software. The model has then been applied to the stability analysis of an underground cavern group of a hydropower station in Sichuan province, China. The results of this method are compared with those obtained by using a conventional elasto-plastic model and splitting depth calculated by the splitting failure criterion proposed in a previous study. The results are also compared with the depth of the relaxation and fracture zone in the surrounding rock measured by field monitoring. The distribution of the splitting zone obtained both by the proposed model and by the field monitoring measurements are consistent to the validity of the theory developed herein.

• 화약ㆍ발파
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• 제23권4호
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• pp.31-44
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• 2005

높은 현지응력 조건하에서는 굴착 후에 응력 재분배와 응력 교란에 의해 발생하는 터널 주변의 손상영역을 평가할 필요가 있다. 따라서 암석의 변형 및 파괴 특성을 규명하는 것이 중요하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 미소균열들의 전파와 결합에 의해 형성되는 암석의 파괴 및 손상 메커니즘을 점이동 회귀분석 기법과 단축압축시험 동안 측정된 미소파괴음으로부터 조사하고자 하였다. 특히 암석의 손상기준들을 보다 체계적으로 결정하기 위한 수정 방법을 새롭게 제안하였고 성공적으로 적용하였다. 실험결과, 황등화강암과 여산대리석 모두에서 균열개시응력과 균열손상응력은 단축압축강도의 각각 $33{\~}36\%$와 $84{\~}89\%$ 수준인 것으로 나타났다. 하지만 여산대리석에서 정규화한 균열닫힘응력 수준은 황등화강암과 비교할 때 더욱 크게 나타났다. 또한 황등화강암에서 발생한 축방향 변형은 탄성변형 단계와 초기 미소균열 발생 과정에서 크게 발생하였다. 하지만 여산대리석에서 발생한 축방향 변형은 초기 균열들의 닫힘과 불안정한 균열전파에 의해 주로 발생하였다. 반면 단축압축조건하에서 암석의 횡방향 변형은 거의 대부분 균열손상응력 수준 이후에 발생하는 불안정한 균열전파로 인해 발생하는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권12호
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• pp.53-60
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• 2023

최근들어 고속철도 및 도로 설계속도 향상과 더불어 터널건설공사가 차지하는 비중이 비례하여 높아지고 있다. 특히, 우리 나라 지형특성인 산악지가 많으므로 장대터널공사가 급증하고 있다. 이와같이 터널 장대화 추세로 단층대 구간을 회피하여 터널 설계 및 시공이 어려운 것이 현실이고 산악지에 터널건설은 설계 시에도 지반조사가 지형조건상 어려운 경우가 많아서 정밀한 지반 조사가 어렵고 이로 인하여 터널시공 중에 터널 주변 지반에 풍화 취약구간인 단층대들이 존재하는 경우에는 단층대 분포와 강도특성, 지하수 분포범위에 따라 굴착 중 터널 안정성에 직접적인 영향을 주게된다. 특히 본 연구대상 터널과 같이 터널 천정부에 일정 간격 이격되어 터널 상부에 단층대가 분포하고 있어 설계 시 지반조사에서 파악이 안된 경우에는 굴착 시간이 경과 후 터널바닥부 변형이 발생하게 되어 막장면 관찰을 통해 변위 발생 여부를 분석하는데는 한계가 있다. 따라서 유사사례 분석을 통해 변형 등이 발생하였을 때 적절한 보강방안에 대한 분석이 필요하다.