• 지질공학
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• 제15권3호
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• pp.269-280
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• 2005

Barton and Choubey(1977)가 제안한 표준 거 칠기 단면을 0.1mm 간격으로 수치화한 후 수정 분할자법을 이용하여 분할자 길이에 따른 단면의 길이를 측정하였다. 분할자 길이에 따른 단면의 길이를 log-log 그래프에 도시 한 후 직선회기 분석 을 통하여 표준 거 칠기 단면의 프랙탈 차원과 절편을 구하고, JRC와의 관계를 분석하였다. 정확한 프랙탈 차원을 계산할 수 있는 분할자의 길이 범위인 교차거리는 $0.3\sim2.4mm$ 내외이며, JRC는 프랙탈 차원보다는 절편과 더 높은 상관도를 보였다. 그러나 프랙탈 차원과 절편을 곱하였을 때 가장 좋은 상관도를 보였으며, 위의 결과를 이용하여 프랙탈 차원과 절편을 이 용한 새로운 IRC 추정식 을 도출하였다. 23개의 자연 암석 절리의 단면을 수치화하여 $Z_2$ 파라미터를 이용한 Tse and Cruden (1979) 식과 새로운 JRC 관계식으로 각 단면의 JRC를 계산하고 이를 비교하였다. 비교 결과 두 관계식으로 추정된 JRC는 매우 유사하여, 본 연구에 서 도출된 새로운 관계식은 IRC를 추정하는데 매우 유용할 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제14권4호
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• pp.461-468
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• 2004

이 연구에서는 암반 내 절리면의 거칠기 정도에 따른 수리특성의 차이를 규명하고자 Barton(1976)이 제안한 절리면 거칠기 계수(Joint Roughness Coefficient; JRC) 등급별로 투수계수를 산정하였다. 이를 위하여 JRC등급 형태별로 고속퓨리에 변환을 이용한 스펙트럼 분석을 실시하여 각 거칠기 등급별로 영향력 이 큰 주파수 성분을 추출하였다. 스펙트럼 분석결과 낮은 JRC 등급을 갖는 절리들이 높은 등급의 절리들보다 저주파 성분이 더 강하게 구성되어 있으며, 높은 JRC등급의 절리들은 상대적으로 고주파 성분이 더 크게 차지하는 것을 알 수 있었다. 스펙트럼 성분 중에서 영향력이 큰 주파수 성분만을 이용하여 퓨리에 역변환을 실시해 JRC 등급별 절리 모델을 생성하였다. 생성된 절리 모델은 거칠기 성분을 포함한 모델로써, 균질화 해석기법을 이용하여 각 모델의 투수계수를 산정하였다. 균질화 해석법은 섭동이론을 적용한 것으로서, 미시규모(microscale) 매질특성과 거시규모(macroscale) 매질특성을 동시에 고려하여 투수계수를 계산할 수 있으므로 균열 기하양상의 국부적 영향을 고려한 투수특성을 정확히 해석할 수 있다. 균질화 해석법을 이용해 투수계수를 산정한 결과, 절리 간극이 동일한 평행판 모델을 가정한 JRC 등급별 투수계수는 $10^{-3}\~10^{-4}m/sec$의 범위에 분포한다. 반면, 전단변형이 발생한 것을 가정한 모델에서는 $10^{-4}\~10^{-5}m/sec$의 범위에 투수계수가 분포한다. 이 경우는 투수계수 분포가 일정한 변화양상을 보이지 않고 JRC등급에 따라 불규칙적인 투수계수 분포를 보인다. 동일한 크기의 간극을 갖는 경우임에도 불구하고 JRC 등급별로 투수계수의 차이가 발생하거나 전단변위에 따라 투수계수가 불규칙적으로 분포하는 것은 거칠기 변화가 투수계수의 변화에 영향을 미침을 지시하는 것으로서, 이 연구를 통해 암반내 절리 등 균열을 따른 수리특성 규명에 있어 절리면 거칠기의 영향은 반드시 고려되어야 함을 알 수 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.31-41
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• 2006

화강암 시료에서 절리면 시편의 크기효과를 연구하기 위해 6가지 크기의 인공절리 시편을 제작하여 직접전단시험을 수행하였다. 각기 다른 수직응력 0.29~2.65MPa과 절리면의 거칠기 파라미터에 대하여 최대전단응력, 잔류전단응력, 전단강성 및 팽창각이 이 연구를 위해 평가되었다. 거칠기 파라미터중 절리거�s계수(JRC)와 절리면의 압축강도(JCS)는 시편의 크기가 증가할수록 감소하였다. 시편의 절리면적이 $12.25cm^2$에서 $361cm^2$으로 증가할 경우 최대전단응력은 약 56~67%, 잔류전단응력은 18~44%까지 감소하였다. 또한 팽창각은 수직응력이 0.29 MPa일 때 $27^{\circ}$, 2.65 MPa일 때 $6^{\circ}$의 변화를 보였다. JRC 크기효과를 고려한 전단강도 관계식이 Barton의 경험식과 비교되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권2호
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• pp.181-195
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• 2022

Roughness and joint inclination angle are the important factors that affect the strength and deformation characteristics of jointed rock mass. In this paper, 3D printer has been employed to make molds firstly, and casting the jointed specimens with different joint roughness coefficient (JRC), and different joint inclination angle (α). Conventional triaxial compression tests were carried out on the jointed specimens, and the influence of JRC on the strength and deformation parameters was analyzed. At the same time, acoustic emission (AE) testing system has been adopted to reveal the AE characteristic of the jointed specimens in the process of triaxial compression. Finally, the morphological of the joint surface was observed by digital three-dimensional video microscopy system, and the relationship between the peak strength and JRC under different confining pressures has been discussed. The results indicate that the existence of joint results in a significant reduction in the strength of the joint specimen, JRC also has great influence on the morphology, quantity and spatial distribution characteristics of cracks. With the increase of JRC, the triaxial compressive strength increase, and the specimen will change from brittle failure to ductile failure.

• 지질공학
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• 제20권3호
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• pp.319-327
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• 2010

19개의 절리면에 대해 레이저 스캐너를 이용하여 형상을 측정한 후, 각 절리면의 30개 단면에 대하여 절리 거칠기 계수(Joint Roughness Coefficient)를 계산하였다. JRC 값은 단면의 위치에 따라 매우 큰 차이를 보이고 있으나 3개의 단면에서 측정된 JRC의 평균값은 절리면 전체의 JRC 평균값을 잘 대표할 수 있을 것으로 판단된다. 9개의 절리면에 대해서 석고를 이용한 복제 시료를 제작하여 절리면 전단시험을 실시하였다. 최대마찰각(${\phi}_p$)은 JRC의 평균값과 ${\phi}_p=41.037+1.046JRC$의 직선의 관계를 보인다. 그러나 절리면 전단시험에서 측정된 전단강도는 절리면에서 측정된 JRC의 평균값을 사용하여 Barton의 관계식에서 추정된 전단강도보다 상당한 오차를 보여, 절리면 전단시험에서 역산된 $JRC_R$과 JRC의 관계를 $JRC_R=f{\cdot}JRC$로 정의하고 회귀분석하여 수정계수 $f=3.15JRC^{-0.5}$를 도출하였고, 이 수정계수를 적용하여 Barton의 전단강도 관계식을 ${\tau}={\sigma}_n{\cdot}tan(3.15JRC^{0.5}{\bullet}{\log}_{10}\frac{JCS}{{\sigma}_n}+{\phi}_b)$로 수정하여 제안하였다. 이 관계식은 강도가 비교적 낮고 연성의 특성을 보이는 풍화암이나 연암의 절리면 전단강도 추정에 적용될 것으로 기대된다.

• Tribology and Lubricants
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• 제27권6호
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• pp.293-301
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• 2011

Understanding of the tribological characteristics of polytetrafluoroethylen (PTFE) and ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) is crucial for their applications such as bearing and total joint replacement. In this work, the effect of the surface roughness of carbon steel on the tribological behaviors of PTFE and UHMWPE was experimentally investigated by using block-on-ring tribotester with friction force monitoring capability. It was found that that the amount of material transfer layers of PTFE formed on the carbon steel was significantly larger than those of UHMWPE, which was responsible the lower friction coefficient of PTFE. It was also concluded that the effect of surface roughness of carbon steel on the friction coefficient of UHMWPE was more significant than that of PTFE. For UHMWPE, it was found that the effect of surface roughness of counterface was varied with respect to applied normal force and sliding as well. Based on Archard's wear law, the wear coefficient of PTFE and UHMWPE was calculated to be $3{\times}10^{-5}$ ~ $8{\times}10^{-5}$ and $7{\times}10^{-6}$ ~ $2{\times}10^{-5}$, respectively.

• 터널과지하공간
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• 제20권2호
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• pp.82-91
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• 2010

그라우팅 공법은 지하 내 구조물을 건설 시 유입되는 지하수를 억제하거나 암반의 강도를 증대시킬 목적으로 널리 이용되는 암반 개량공의 일종이다. 암반 내 불연속면을 따라 유동하는 그라우트의 유동 특성을 파악하는 것은 이러한 그라우팅 설계 및 그 효과를 예측하는데 필수적이다. 기존의 그라우트 유동 연구에서 그라우트 유동을 층류 유동으로 가정해 왔으나, 마이크로 스케일의 간극을 가지는 좁은 절리 틈새 내에서의유체 유동은 절리 거칠기의 영향을 받아 유동의 속도 단면이 거칠기 부분에서 변하기 때문에 일반적인 층류유동으로 모사하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 거칠기를 가지는 절리 내의 그라우트 유동에 절리 거칠기와 간극이 미치는 영향을 수치해석을 이용하여 조사하였다. 수치해석을 위해 전산유체유동해석 코드인 FLUENT 코드를 이용하였으며 FLUENT 코드에서 제공하는 Herschel-Bulkely 모델과 VOF(volume of fluid) 모델을 적용하여 물과 공기로 채워진 좁은 절리 틈새 내의 그라우트 유동을 모사하였다. 모사된 결과를 그라우트 유동을 위해 제시된 분석해와 기존의 실험실 그라우트 주입 실험 결과와 비교하여 FLUENT 코드의 적합성을 검증하였다. JRC와 간극 변화에 따라 일정 그라우트 주입량 유지에 필요한 주입압을 계산함으로써 마이크로 스케일의 절리 틈새 내 그라우트 유동시 채널 벽면의 거칠기 및 채널 간극의 영향을 정량화하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권4호
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• pp.515-530
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• 2016

In this paper, five different quantitative parameters were proposed for the characterization of the primary roughness which is the component of surface morphology that prevails during large strike-slip faults of more than 50 m. These parameters are mostly the anisotropic properties of rock surface morphology at various scales: (i) coefficient ($k_a$) and degree (${\delta}_a$) of apparent structural anisotropy of surface; (ii) coefficient ($k_r$) and degree (${\delta}_r$) of real structural anisotropy of surface; (iii) surface anisotropy function P(${\varphi}$); and (iv) degree of surface waviness ($W_s$). The coefficient and degree of apparent structural anisotropy allow qualifying the anisotropy/isotropy of a discontinuity according to a classification into four classes: anisotropic, moderately anisotropic/isotropic and isotropic. The coefficient and degree of real structural anisotropy of surface captures directly the actual surface anisotropy using geostatistical method. The anisotropy function predicts directional geometric properties of a surface of discontinuity from measurements in two orthogonal directions. These predicted data may subsequently be used to highlight the anisotropy/isotropy of the surface (radar plot). The degree of surface waviness allows qualifying the undulation of anisotropic surfaces. The proposed quantitative parameters allows their application at both lab and field scales.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제18권1E호
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• pp.23-28
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• 2006

In this study, the general theory of fractality is discussed to provide a fundamental understanding of fractal geometry applied to heterogeneous material surfaces like pavement surface and rock surface. It is well known that many physical phenomena and systems are chaotic, random and that the features of roughness are found at a wide spectrum of length scales from the length of the sample to the atomic scales. Studying the mechanics of these physical phenomena, it is absolutely necessary to characterize such multi scaled rough surfaces and to know the structural property of such surfaces at all length scales relevant to the phenomenon. This study emphasizes the role of fractal geometry to characterize the roughness of various surfaces. Pavement roughness and rock surface roughness were examined to correlate their roughness property to fractality.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2C호
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• pp.133-142
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• 2006

암석 절리면의 거칠기를 측정하는 수많은 방법이 제시되었지만 측정간격과 측정방법 때문에 항상 원래의 거칠기를 완벽하게 나타낼 수 없다는 한계가 있었다. 이와 같은 이유로, 현재 사용되고 있는 측정방법에서는 사각지대가 발생하며 거칠기를 왜곡시킨다. 이 연구에서는 현재 널리 사용되고 있는 방식의 대안으로써 카메라 방식의 3D 스캐너를 이용한 새로운 거칠기 측정법을 제시하려고 하였다. 먼저 인공 거칠기의 과소평가 문제를 레이저 프로파일러와 같은 기존의 방법에 의해 해석하였다. 또한, 8개의 시편을 2종의 암석 절리면에서 복제하고 3D 스캐너로 측정하였고, 얻어진 8개의 3D 표면 자료와 320개의 2D 프로파일 자료에 대한 거칠기 계수 값을 기존의 측정방법과 새로운 측정방법을 사용하여 분석 하였다. 해석결과 측정간격이 거칠기 왜곡현상의 원인이 될 수 있다는 것을 확인시켜 주었으며 만곡의 기울기는 기존의 방법으로는 고려할 수 없음을 알 수 있었다. 카메라 방식의 3D 스캐너를 측정방법으로 사용하면 기존의 방법에서 보다 거칠기가 10% 정도 더 크게 평가된 값을 얻을 수 있으며, 실제 프로파일의 형태를 좀 더 명확히 파악할 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 새로운 방법이 빠르고 정밀하면서도 정확한 거칠기 측정방법이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.