• 터널과지하공간
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• 제22권5호
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• pp.354-364
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• 2012

본 연구에서는 석회암 지반에서 광산개발이나 토목공사를 수행할 때 데이터베이스로 활용될 수 있는 암석의 기초 물성들을 파악하기 위하여, 제천지역 석회암을 대상으로 수많은 실내 역학시험을 실시하여 암석의 단위중량, 흡수율, 간극률, 탄성파 속도, 쇼어경도, 일축압축강도, 인장강도, 영률, 포와송비, 점착력, 내부마찰각 등의 각종 물리적 성질을 조사하였다. 연구 지역에 분포하는 회색석회암과 이질석회암의 역학적 특성을 비교 검토하였으며, 이질석회암은 회색석회암에 비하여 단위중량은 작고 간극률과 흡수율은 크게 나타나 각종 역학적 특성은 상대적으로 작게 평가되었다. 또한 Mohr-Coulomb 파괴기준과 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하여 제천 석회암의 파괴조건을 해석하였으며, 여러 가지 물성간의 단순회귀분석과 다중회귀분석을 통해 물성 상호간의 관련성을 알아보았다.

• 터널과지하공간
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• 제25권3호
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• pp.231-243
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• 2015

본 연구에서는 최근 재개발되고 있는 정선지역의 철광산에서 현장 초기지압 시험과 수많은 암석 실내시험을 실시하였다. 본 광산의 측압계수는 심도가 깊어질수록 작아지는 경향을 보였으며 평균값은 1.10으로 나타났다. 본 광산에 주로 분포하는 네 가지 암종인 백운암, 규장암, 화강암, 철광석에 대한 실내시험을 통해 암석의 단위중량, 공극률, 흡수율, 탄성파속도, 일축압축강도, 영률, 포와송비, 인장강도, 쇼어경도, 내부마찰각, 점착력 등의 각종 역학적 특성을 조사하였다. 실내시험 결과의 통계분석을 통해 암종별 물성을 비교하였고 물성 상호간의 관련성을 검토하였는데, 철광석보다는 규장암이나 화강암의 강도특성이 더 컸으며 암석 물성 간의 일반적인 상관관계와는 반대되는 현상도 발견되었다. 또한 Mohr-Coulomb 파괴조건과 Hoek-Brown 파괴조건을 적용하여 네 가지 암석의 파괴조건을 해석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권11호
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• pp.111-120
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• 2008

포항지역 일원에 분포하는 이암을 대상으로 암석의 파괴강도에 대한 유도이방성을 분석하기 위하여 인공절리면을 갖는 이방성 암석에 대한 일축 및 삼축압축시험을 수행하였다. 시험결과, 일축압축강도와 삼축압축강도의 최소치는 인공절리면의 각도 ${\beta}=30^{\circ}$에서 나타났으며, 이방성 유형은 어깨형태(shoulder type)를 보였다. 또한 일축압축시험에서의 이방율을 산정한 결과, $R_c=9.0$으로 나타나 매우 높은 이방성에 속한 반면, 삼축압축시험에서 이방율은 $1.29{\sim}1.98$ 정도의 낮은 이방성으로 나타났다. Ramamurthy(1985) 파괴규준식에 n 지수를 도입하여 일축압축시험결과를 분석한 결과 ${\beta}=0^{\circ}{\sim}30^{\circ}$에서는 n=1인 곡선과 ${\beta}=30^{\circ}{\sim}90^{\circ}$에서는 n=3인 곡선이 가장 적절한 값을 예측하는 것으로 나타났다. 또한 삼축압축시험결과를 Ramamurthy 파괴규준식을 적용하여 분석하기 위해 매개변수 산정에 관한 Ramamurthy 제안식에 일축압축강도에서의 이방율을 도입하여 제안식을 일부 수정하였다. 이를 이용하여 매개변수를 재산정하고 Ramamurthy 파괴규준식에 적용한 결과 전반적으로 실험치와 잘 일치되는 것으로 나타났다. 또한, Jaeger(1960), McLamore & Gray(1967) 및 Hoek & Brown(1980)의 파괴규준을 적용하여 이암의 파괴강도에 대한 이방성을 살펴보았다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권4호
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• pp.381-396
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• 2023

The present paper evaluates seismic bearing capacity of rock masses subjected to loads of strip footings using the upper bound method. A general formula was proposed to evaluate the seismic bearing capacity considering both the horizontal and vertical accelerations of the earthquake and the effects of footing embedment depth simultaneously. Modified Hoek-Brown failure criterion was employed for the rock mass. Some comparisons were made with the available solutions and the finite element numerical models to show the accuracy of the developed upper bound formulations. The obtained results show significant improvement compared to the other available solutions. By increasing the horizontal earthquake acceleration from 0.1 to 0.3, the bearing capacity was reduced by up to 39%, while the effect of the vertical earthquake acceleration depends on its direction. An upward acceleration in the range of zero to 0.2 results in an increase in the bearing capacity by up to 24%, while the downward earthquake acceleration has an adverse effect. Also, by increasing the embedment depth of the footing from zero to 5 times the footing width, the value of seismic bearing capacity was raised about 86%. The obtained results were presented as design tables for use in practical applications.

• Geomechanics and Engineering
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• 제12권2호
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• pp.313-326
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• 2017

Based on the reliability theory and limit analysis method, the roof stability of a shallow tunnel is investigated under the condition of surface settlement. Nonlinear Hoek-Brown failure criterion is adopted in the present analysis. With the consideration of surface settlement, the internal energy and external work are calculated. Equating the rate of energy dissipation to the external rate of work, the expression of support pressure is derived. With the help of variational approach, a performance function is proposed to reliability analysis. Improved response surface method is used to calculate the Hasofer-Lind reliability index and the failure probability. In order to assess the validity of the present results, Monte-Carlo simulation is performed to examine the correctness. Sensitivity analysis is used to estimate the influence of different variables on reliability index. Among random variables, the unit weight significantly affects the reliability index. It is found that the greater coefficient of variation of variables lead to the higher failure probability. On the basis of the discussions, the reliability-based design is achieved to calculate the required tunnel support pressure under different situations when the target reliability index is obtained.

• Geomechanics and Engineering
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• 제18권3호
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• pp.225-234
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• 2019

A numerical stepwise approach for cavity expansion problem in strain-softening rock or soil mass is investigated, which is compatible with Mohr-Coulomb and generalized Hoek-Brown failure criteria. Based on finite difference method, plastic region is divided into a finite number of concentric rings whose thicknesses are determined internally to satisfy the equilibrium and compatibility equations, the material parameters of the rock or soil mass are assumed to be the same in each ring. For the strain-softening behavior, the strength parameters are assumed to be a linear function of deviatoric plastic strain (${\gamma}p^*$) for each ring. Increments of stress and strain for each ring are calculated with the finite difference method. Assumptions of large-strain for soil mass and small-strain for rock mass are adopted, respectively. A new numerical stepwise approach for limited pressure and plastic radius are obtained. Comparisons are conducted to validate the correctness of the proposed approach with Vesic's solution (1972). The results show that the perfectly elasto-plastic model may underestimate the displacement and stresses in cavity expansion than strain-softening coefficient considered. The results of limit expansion pressure based on the generalised H-B failure criterion are less than those obtained based on the M-C failure criterion.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.5-19
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• 2019

암반으로 구성되어 있는 급경사($65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$)비탈면이 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 자연현상을 고려할 때, 설계 및 초기 시공 단계에서 위와 유사한 지반 상태로 이루어진 깎기 암반비탈면에 대해 1:0.5(발파암 경사 기준)보다 급한 경사를 적용할 수 있을 것이다. 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반비탈면의 안정성을 검토하는 과정에서, 설계실무 측면에서 범용적인 암반강도정수 산정방법이 필요하게 되었다. Hoek 등(2002)이 수정 보완하여 발표한 Hoek-Brown 파괴기준과 GSI분류는 불연속구조의 영향을 충분히 고려한 암반특성화 시스템으로 평가되었으며, 응력변화에 따라 등가 Mohr-Coulomb 강도정수(등면적법)를 산출하는 방법을 제안하였다. 비탈면에서는 등가 M-C 강도정수가 최대구속응력(${{\sigma}^{\prime}}_{3max}$ 또는 수직응력)변화에 따라 민감하게 변화하므로 실무적으로 활용하기에 어려운 점이 있다. 이 연구에서는 양호한 연속체 암반비탈면에 대해 최대구속응력 범위이내에서 범용적으로 적용할 수 있는 강도정수산정방법(등각분할법)을 H-B 파괴기준을 응용하여 제안한다. 등각분할법 강도정수(A)의 타당성 및 적용성을 평가하기 위해, 연구대상 암반비탈면을 기존 실시설계 현장 인근에 있는 급경사 비탈면에서 암석종류별(화성암, 변성암, 퇴적암)로 선정하고, Hoek이 제시한 등가 M-C 강도정수(등면적법)들과 비교 분석하였다. 등면적법 및 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 기본적인 자료인 기존 실시설계 현장의 실내 암석 삼축압축시험과 연구대상 암반비탈면의 불연속구조의 특성조사(Face Mapping)를 통해 RocLab 프로그램(H-B 파괴기준을 기본으로 전산화된 지반정수 산정 소프트웨어)을 활용하여 산정하였다. 산정된 등면적법 등가 M-C 강도정수는 상호 연동되어 점착력과 내부마찰각이 아주 크거나($45^{\circ}$ 이상) 작게 나타났다. 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 등면적법 등가 M-C 강도정수의 중간 정도이며, 내부마찰각은 $30^{\circ}{\sim}42^{\circ}$의 범위를 보인다. 연구대상 암반비탈면의 등각분할법 강도정수(A)와 기존 실시 설계 현장에서 연구대상 암반비탈면과 유사한 암반상태(동일 등급 RMR)에 적용한 강도정수(B)와 비교 분석하고, 이 지반정수들로 적용한 비탈면 안정해석(한계평형해석과 유한요소해석) 결과를 통해 제안한 등각분할법의 적용성을 간접적으로 평가하였다. A와 B의 강도정수 차이는 10% 정도이다. 한계평형해석 결과(우기 기준), A적용 안전율(Fs)=14.08~58.22(평균 32.9), B적용 안전율(Fs)=18.39~60.04(평균 32.2)이며, 각 동일한 암석종류에 따라 상호 유사하게 나타났다. 유한요소 해석 결과, A적용 변위=0.13~0.65mm(평균 0.27mm), B적용 변위=0.14~1.07mm(평균 0.37mm)으로 매우 유사하다. H-B 파괴기준을 응용하여 등각분할법으로 산출한 지반 정수를 실무적인 전단강도로 적용할 수 있는 적용성 평가에서 유의미한 결과를 확인할 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제18권4호
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• pp.391-406
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• 2019

The aim of this paper was to study the influence of the footing shape and the effect of the roughness of the foundation base on the bearing capacity of shallow foundations on rock masses. For this purpose the finite difference method was used to analyze the bearing capacity of various types and states of rock masses under the assumption of Hoek-Brown failure criterion, for both plane strain and axisymmetric model, and considering smooth and rough interface. The results were analyzed based on a sensitivity study of four varying parameters: foundation width, rock material constant (mo), uniaxial compressive strength and geological strength index. Knowing how each parameter influences the bearing capacity depending on the footing shape (circular vs strip footing) and the footing base interface roughness (smooth vs rough), two correlation factors were developed to estimate the percentage increase of the ultimate bearing capacity as a function of the footing shape and the roughness of the footing base interface.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권6호
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• pp.569-575
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• 2018

The stability of shallow cavities with an arbitrary profile is a difficult issue in geotechnical engineering. This paper investigates this problem on the basis of the upper bound theorem of limit analysis and the Hoek-Brown failure criterion. The influence of pore pressure is taken into consideration by regarding it as an external force acting on rock skeleton. An objective function is constructed by equating the internal energy dissipation to the external force work. Then the Lagrange variation approach is used to solve this function. The validity of the proposed method is demonstrated by comparing the analytical solutions with the published research. The relations between shallow and deep cavity are revealed as well. The detaching curve of cavity roof with elliptical profile is obtained. In order to facilitate the application of engineering practice, the numerical results are tabulated, which play an important role in tunnel design and stability analysis of roof. The influential factors on potential collapse are taken into consideration. From the results, the impact of various factors on the extent of detaching is seen intuitively.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권3호
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• pp.439-455
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• 2016

This paper presented solutions of displacement and stress for a circular opening which is reinforced with grouted rock bolt. It satisfies the Mohr-Coulomb (M-C) or generalized Hoek-Brown (H-B) failure criterion, and exhibits elastic-brittle-plastic or strain-softening behavior. The numerical stepwise produce for strain-softening rock mass reinforced with grouted rock bolt was developed with non-associative flow rules and two segments piecewise linear functions related to a principle strain-dependent plastic parameter, to model the transition from peak to residual strength. Three models of the interaction mechanism between grouted rock bolt and surrounding rock proposed by Fahimifar and Soroush (2005) were adopted. Based on the axial symmetrical plane strain assumption, the theoretical solution of the displacement and stress were proposed for a circular tunnel excavated in elastic-brittle-plastic and strain-softening rock mass compatible with M-C or generalized H-B failure criterion, which is reinforced with grouted rock bolt. It showed that Fahimifar and Soroush's (2005) solution is a special case of the proposed solution for n = 0.5. Further, the proposed method is validated through example comparison calculated by MATLAB programming. Meanwhile, some particular examples for M-C or generalized H-B failure criterion have been conducted, and parametric studies were carried out to highlight the influence of different parameters (e.g., the very good, average and very poor rock mass). The results showed that, stress field in plastic region of surrounding rock with considering the supporting effectiveness of the grouted rock bolt is more than that without considering the effectiveness of the grouted rock bolt, and the convergence and plastic radius are reduced.