• 한국지반공학회지:지반
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• 제12권1호
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• pp.87-110
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• 1996

터널굴착시, 막장부근의 3차원 효과를 반영하기 위해 주로 경험적인 하중분담률 개념을 도입한 2차원 유한차분법 수치해석이 수행된다. 본 논문에서는 3차원 수치해석을 수행하고 그 해석 결과와 2차원 수치해석 결과를 비교함으로써 합리적인 하중분담률의 적용 가능성 및 막장 부근의 음력집중 문제를 규명하고자 하였다. 무지보 굴착길이, 초기지중응력, 지반종류, 단면크기와 터널심도등의 하중분담률에 주된 영향을 미치는 인자들에 대한 매개변수 연구를 수행하고, 그 결과를 토대로 서울지하철의 대표적인 단면에 대해 적용가능한 하중분담률을 추천하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.1409-1416
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• 2010

It is essential to predict a blasting-induced excavation damage zone (EDZ) beyond the proposed excavation line of a tunnel because the unwanted damage area requires extra support system for tunnel safety. Complicated blasting process which may hinder a proper characterization of the damage zone can be effectively represented by two loading mechanisms. The one is a dynamic impulsive load generating stress waves outwards immediately after detonation. The other is a gas pressure that remains for a relatively long time. Since the gas pressure reopens up the arrested cracks and continues to extend some cracks, it contributes to the final formation of EDZ induced by blasting. This paper presents the simple method to evaluate EDZ induced by gas pressure during blasting in rock. The EDZ is characterized by analyzing crack propagation from the blasthole. To do this, a model of the blasthole with a number of radial cracks of equal length in an infinite elastic plane is considered. In this model, the crack propagation is simulated by using three conditions, the crack propagation criterion, the mass conservation of the gas, and the adiabatic condition. As a result, the stress intensity factor of the crack generally decreases as crack propagates from the blasthole so that the length of the crack is determined. In addition, the effect of rock properties, initial number of cracks, and the adiabatic exponent are investigated.

• 지질공학
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• 제5권1호
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• pp.31-44
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• 1995

본 연구에서는 지하공동이 해석적용기준을 제시하기 위하여 암반의 역학적 특성과 지하공동에 작용하는 초기응력을 검토하였고, 지하암반을 선형 탄성의 균질한 암석으로 가정하여 공동주위의 거동을 검토하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. - 지하암반공동의 유한요소경계는 공동의 중심으로 부터 공동 반지름의 6배이상으로 하여야 한다. - 원형공동의 경우, 수직응력과 수평응력의 비인 $K_0$ 값이 증가함에 따라 공동측면에서는 변형이 공동의 중심방향으로 증가하고, 공동상부에서는 공동의 중심방향으로 변형이 감소한다. 또한 $K_0$ 값이 1/4보다 작을 경우 공동주변암반체에서 인장영역이 발생함을 알 수 있었다. - 마제형인 공동 I과 Powerstation 형인 공동 II에 발생하는 변위는 원공동과 거의 비슷한 경향을 나타내고, 공동 I, II에 발생하는 응력집중은 공동의 벽면과 바닥으 교차부에서 발생하며, 공동 II에서 보다 큰 응력집중이 발생함을 알 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제31권1호
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• pp.41-51
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• 2021

치밀 저류층의 투과도 증진을 위해 개발된 수압파쇄 기술은 셰일가스와 같은 비전통자원과 심부지열 개발에 필수적인 기술 중 하나이다. 파쇄형태가 단순하고 파쇄효율이 좋지 않은 수압파쇄를 개선하기 위해 다양한 파쇄유체를 이용한 실험적 연구가 진행되었다. 물, N2, CO2 가스를 파쇄유체로 사용하여 치밀 암석에 대한 파쇄형태와 효율성을 분석하였다. 파쇄유체로 물을 일정 주입속도로 주입한 경우 순간적으로 압력이 상승하여 파쇄가 발생하였으나, 파쇄유체로 가스를 주입한 경우 서서히 압력이 증가되면서 물보다 낮은 파쇄압력을 보였다. 3D 단층촬영 기법을 이용하여 물과 가스 주입으로 생성된 균열을 관찰한 결과는 기존 공극부피 대비 파쇄 자극부피가 각각 5.71%(물), 12.72%(N2), 43.82%(CO2) 증가되었다. 또한 파쇄유체의 파쇄 효율성을 검정하기 위한 파쇄 전후 투과도 변화 실험에서는 가스 파쇄에 의해 증가되는 투과도 증가 값이 물을 이용한 파쇄보다 훨씬 높게 측정되었다. 파쇄 이후 인공균열의 생성과 주변응력에 의해 다시 균열이 닫히는 현상을 고려하여 생성된 인공균열에 구속압을 단계별로 증가시켜 투과도 변화를 측정하였다. 구속압이 2MPa에서 10MPa로 증가시켰을 경우 초기 투과도 대비 각각 89%(N2), 50%(CO2) 감소하였다. 본 연구는 가스파쇄기술이 수압파쇄보다 투과도 증진 효과가 크고 이후 주변 응력에 의한 투과도 감소가 적은 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제21권5호
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• pp.394-405
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• 2011

본 연구에서는 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 역학적 변형 및 누출 거동의 복합거동을 파악할 목적으로 비등온 다상다성분 유체유동 및 역학적 거동의 연계해석이 가능한 TOUGH-FLAC 해석을 실시하였다. 지하압축공기에너지 저장 공동의 초기 및 장기 운영 과정에서 고압 압축공기 인입 입출에 따른 콘크리트 라이닝 내부에 발생하는 응력 양상을 살펴보고 저장공동 내부 압력 및 온도 변화를 파악함으로써 기밀성능을 평가하였다. 최대 저장공동 운영압력 8 MPa 조건에서 콘크리트 라이닝 내부에서는 공기침투압에 의한 유효응력의 감소와 접선방향의 인장응력의 증가에 따라 인장균열이 발생할 수 있음을 확인하였다. 콘크리트 라이닝 내부의 인장균열 발생에 따른 투과특성 증가 모델을 이용한 해석 결과, 저장공동 천정부 및 측벽부 일부에서 인장파괴가 발생하여 이들 영역에서의 투과계수는 초기 $10{\times}10^{-20}m^2$에서 $5.0{\times}10^{-13}m^2$까지 증가하였다. 한편, 콘크리트 라이닝 내부 인장균열 발생 및 투과특성 증가에도 불구하고 저장공동 내부 압축공기 압력은 주변 암반의 기밀성능으로 인해 일정하게 유지되고 공기누출량은 일일주입량의 0.02%에도 못 미쳐 복공식 지하 압축공기에너지 저장공동의 유효성을 확인할 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제24권1호
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• pp.81-89
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• 2021

Uniaxial compression tests were conducted on sandstone-CGFB composite samples with different interface angles, and their strength, acoustic emission (AE), and failure characteristics were investigated. Three macro-failure patterns were identified: the splitting failure accompanied by local spalling failure in CGFB (Type-I), the mixed failure with small sliding failure along with the interface and Type-I failure (Type-II), and the sliding failure along with the interface (Type-III). With an increase of interface angle β measured horizontally, the macro-failure pattern changed from Type-I to Type-II, and then to Type-III, and the uniaxial compressive strength and elastic modulus generally decreased. Due to the small sliding failure along with the interface in the composite sample with β of 45°, AE events underwent fluctuations in peak values at the later post-peak failure stage. The composite samples with β of 60° occurred Type-III failure before the completion of initial compaction stage, and the post-peak stress-time curve initially exhibited a slow decrease, followed by a steep linear drop with peaks in AE events.

• Geomechanics and Engineering
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• 제24권6호
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• pp.519-529
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• 2021

In coal mining activities, the abutment stress of the coal has to undergo cyclic loading and unloading, affecting the strength and seepage characteristics of coal; additionally, it can cause dynamic disasters, posing a major challenge for the safety of coal mine production. To improve the understanding of the dynamic disaster mechanism of gas outburst and rock burst coupling, triaxial devices are applied to axial pressure cyclic loading-unloading tests under different axial stress peaks and different pore pressures. The existing empirical formula is use to perform a non-linear regression fitting on the relationship between stress and permeability, and the damage rate of permeability is introduced to analyze the change in permeability. The results show that the permeability curve obtained had "memory", and the peak stress was lower than the conventional loading path. The permeability curve and the volume strain curve show a clear symmetrical relationship, being the former in the form of a negative power function. Owing to the influence of irreversible deformation, the permeability difference and the damage of permeability mainly occur in the initial stage of loading-unloading, and both decrease as the number of cycles of loading-unloading increase. At the end of the first cycle and the second cycle, the permeability decreased in the range of 5.777 - 8.421 % and 4.311-8.713 %, respectively. The permeability decreases with an increase in the axial stress peak, and the damage rate shows the opposite trend. Under the same conditions, the permeability of methane is always lower than that of helium, and it shows a V-shape change trend with increasing methane pressures, and the permeability of the specimen was 3 MPa > 1 MPa > 2 MPa.

• Smart Structures and Systems
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• 제30권1호
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• pp.49-62
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• 2022

Experimental and discrete element methods were used to investigate the effects of triple joints lengths and triple joint angle on the failure behavior of rock mass under uniaxial compressive test. Concrete samples with dimension of 20 cm × 20 cm × 5 cm were prepared. Within the specimen, three imbedded joint were provided. The joint lengths were 2 cm, 4cm and 6 cm. In constant joint lengths, the angle between middle joint and other joints were 30°, 60°, 90°, 120° and 150°. Totally 15 different models were tested under compression test. The axial load rate on the model was 0.05 mm/min. Concurrent with experimental tests, the models containing triple joints, length and joint angle are similar to the experiments, were numerical by Particle flow code in two dimensions (PFC2D). Loading rate in numerical modelling was 0.05 mm/min. Tensile strength of material was 1 MPa. The results show that the failure behaviors of rock samples containing triple joints were governed by both of the angle and the length of the triple joints. The uniaxial compressive strengths (UCS) of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. Furthermore, it was shown that the compressive behavior of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by decreasing the joint length. Along with the damage failure of the samples, the acoustic emission (AE) activities are excited. There were only a few AE hits in the initial stage of loading, then AE hits rapidly grow before the applied stress reached its peak. In addition, every stress drop was accompanied by a large number of AE hits. Finally, the failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e., the experimental testing and the numerical simulation methods.

• 터널과지하공간
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• 제29권5호
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• pp.292-304
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• 2019

완만한 거칠기를 갖는 석회암 자연절리면에 대하여 KSRM 표준시험법에 의거한 개별적 직접전단시험과 수직응력을 단계별로 조절하는 다단계 직접전단시험을 실시하였다. 각 시험을 통해 전단시험 전후의 절리면 거칠기 변화를 알아보았고, 두 가지 시험에서 얻은 전단특성 값의 차이를 분석하였다. 두 가지 시험에서 모두 절리면의 거칠기가 클수록 전단저항은 증가하였으며, 수직응력이 증가할수록 절리면의 전단에 필요한 최대전단응력 값은 증가하였다. 다단계 직접전단시험으로 구한 최대마찰각은 개별적 직접 전단시험으로 구한 것의 63% 수준에 불과하였다. 다단계시험은 절리면 요철부의 초기 맞물림이 단계적인 전단과정에 따라 시험 중 수시로 변화되어 원래의 거칠기가 변형되기 때문에 암석 절리면의 마찰각을 구할 때는 개별적 직접전단시험이 더 유효한 방법으로 판단된다. JRC값 4~8의 완만한 거칠기를 갖는 석회암 절리면의 물성값은 최대마찰각 $47^{\circ}$, 잔류마찰각 $38^{\circ}$, 점착력 37 kPa으로 평가되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권2호
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• pp.205-215
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• 2018

Strain-based criteria are known as a direct method in determining the stability of the geomechanical structures. In spite of the widely use of Sakurai critical strain criterion, it is so conservative to make use of them in rocks with initial plastic deformation on account of the considerable difference between the failure and critical strains. In this study, a new criterion has been developed on the basis of the failure strain to attain more reasonable results in determining the stability status of the tunnels excavated in the rocks mostly characterized by plastic-elastic/plastic behavior. Firstly, the stress-strain curve was obtained having conducted uniaxial compression strength tests on 91 samples of eight rock types. Then, the initial plastic deformation was omitted making use of axis translation technique and the criterion was presented allowing for the modified secant modulus and by use of the failure strain. The results depicted that the use of failure strain criterion in such rocks not only decreases the conservativeness of the critical strain criterion up to 42%, but also it determines the stability status of the tunnel more accurately.