• Geomechanics and Engineering
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• 제14권2호
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• pp.203-209
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• 2018

Reliable estimation of compressive as well as tensile in-situ stresses is critical in the design and analysis of underground structures and openings in rocks. Kaiser effect technique, which uses acoustic emission from rock specimens under cyclic load, is well established for the estimation of in-situ compressive stresses. This paper investigates the Kaiser effect on marble specimens under cyclic uniaxial compressive as well as cyclic uniaxial tensile conditions. The tensile behavior was studied by means of Brazilian tests. Each specimen was tested by applying the load in four loading cycles having magnitudes of 40%, 60%, 80% and 100% of the peak stress. The experimental results confirm the presence of Kaiser effect in marble specimens under both compressive and tensile loading conditions. Kaiser effect was found to be more dominant in the first two loading cycles and started disappearing as the applied stress approached the peak stress, where felicity effect became dominant instead. This behavior was observed to be consistent under both compressive and tensile loading conditions and can be applied for the estimation of in-situ rock stresses as a function of peak rock stress. At a micromechanical level, Kaiser effect is evident when the pre-existing stress is smaller than the crack damage stress and ambiguous when pre-existing stress exceeds the crack damage stress. Upon reaching the crack damage stress, the cracks begin to propagate and coalesce in an unstable manner. Hence acoustic emission observations through Kaiser effect analysis can help to estimate the crack damage stresses reliably thereby improving the efficiency of design parameters.

• 터널과지하공간
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• 제27권5호
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• pp.253-262
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• 2017

본 연구는 암석 및 콘크리트 시편의 압축실험을 통해 균열 특성을 분석하고자 한다. 길이의 변화를 측정하는 변형률센서와 균열에 의해 발생한 탄성파를 측정하는 AE 센서를 시편에 부착하여 동시 측정함으로써 실험을 수행하였다. 측정된 시편의 변형률로부터 계산된 균열체적변형률은 암석과 콘크리트 시편에서 다른 형상을 보여주고 있다. 이것은 재료의 취성정도에 따른 것으로 추측된다. 하지만, 파괴 및 손상도와 관계되어 있는 균열체적변형률은 두 개의 시편결과가 유사함을 관찰 할 수 있었다. 또한 AE 센서를 통해 측정한 시편의 누적 균열 신호에너지가 변형률센서로 예측한 균열체적변형률과 매우 유사한 것을 관찰할 수 있었다. 이것은 AE 센서로도 구조물의 손상없이 실시간으로 손상도를 예측할 수 있음을 의미한다.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권4호
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• pp.327-351
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• 2009

본 논문은 대심도 또는 과지압 암반에서 2차지압으로 인해 발생되는 취성파괴와 관련한 실내실험을 수행하고, 취성파괴 현상을 잘 예측할 수 있는 CWFS(Cohesion Weakening Frictional Strengthening)모델을 이용한 수치해석을 수행하였다. 암석의 거동을 분석하고 손상의 함수인 암석강도정수를 도출하기 위하여 일축압축강도실험과 손상제어실힘을 수행하였다. 일축압축강도실험결과 균열개시응력은 화강암, 편마암 구분 없이 일축압축강도의 41~42% 정도로 분석되었으며, 반면 균열손상응력은 화강암은 일축압축강도의 75%, 편마암은 일축압축강도의 97%의 값으로 분석되었다. 손상제어실험결과 균열손상응력과 최대하중은 Peak하중 이후 감소하는 것으로 나타났다. 또한 점착력은 감소하고 마찰각은 증가하는 양상을 보였다. Peak하중 이전에는 탄성계수가 증가하고 Peak하중 이후에는 감소하였다. 그리고 포아송비는 손상이 진행될수록 증가하는 양상을 보였다. 일축압축강도실험과 손상제어실험의 균열개시응력과 균열손상응력의 비교분석결과 손상제어실험의 균열개시응력은 일축압축강도실험에서 얻어진 균열개시응력의 범위에서 변화하는 양상을 보였고, 균열손상응력은 일정 손상수준에서 일축압축강도실험에서 얻어진 값보다 작은 값으로 나타났다. 실내실험결과로부터 CWFS모델의 입력 파라미터를 도출하여 수치해석에 적용하여 취성파괴 발생 한계토피고를 구했다. CWFS모델을 이용한 수치해석으로부터 예측된 한계토피고와 손상지수로부터 예측된 한계토피고를 비교한 결과, 취성파괴 발생 한계토피고를 정확히 예측하지 못하는 결과를 나타냈다. 따라서 원형터널에만 적용기한 손상지수를 사용하는 것은 문제가 있다고 판단된다. 이를 개선하기 위해 터널의 형상을 고려한 형상계수를 손상지수에 적용하였다. 터널의 형상을 고려한 수정된 손상지수로부터 예측된 한계토피고는 수치해석결과와 거의 동일한 결과를 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제16권1호
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• pp.50-57
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• 2006

도로 확충으로 인한 도로 사면 및 터널 시공의 증가, 핵폐기물, 원유, LPG 저장을 위한 지하 저장 비축기지 개발, 지하 발전소의 개발 등이 갈수록 증가하고 있다. 이들 구조물 개발의 증가와 함께 구조물 주위를 구성하고 있는 암반의 상태를 적절하게 판단할 수 있는 방법도 필요하게 되었다. 이러한 목적에 기인하여 작고 가벼우면서 사용이 간편한 탄성파 검층 시스템을 개발하였다. 탄성파 검층법은 다양한 형태의 암반 상태를 평가하기 위하여 사용될 수 있는 검층법 중의 하나로써 원위치에서 비교적 간편하게 정밀한 자료를 수집할 수 있다. 또한 탄성파 검층법은 지보재가 설치되기 전후 구조물의 거동을 평가하는데도 유용하게 사용될 수 있다. 본 연구를 통하여 얻은 결과에 의하면 첫째, 탄성파 검층법을 이용하여 화약발파로 인한 암반사면 내의 손상 정도를 정량적으로 평가하는 것이 가능하였으며, 암반사면 내의 손상대 범위도 합리적으로 결정할 수 있었다. 둘째, 탄성파 검층의 조사 결과를 이용하면 지보재의 설치 심도를 보다 효과적이고 경제적으로 결정할 수 있을 것으로 기대된다. 마지막으로, 탄성파 검층법은 지보재의 설치 전후에 대한 구조물의 안전 관리에도 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1993년도 봄 학술회 논문집
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• pp.59-62
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• 1993

In this study, various problems of ground vibration from rock blasting have been discussed, and field tests of rock blasting-ground vibration were carried out to find out the system of evaluation and control method for selecting blast design values and the rationale for the selection. Criterla of estimating structural response and damage caused by ground vibration from rock blasting are also discussed for the safety design of blast.

• 화약ㆍ발파
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• 제34권3호
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• pp.10-16
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• 2016

최근 석회석광산은 분진 소음 등 환경적인 문제와 함께 석회석 품위 저하 현상으로 갱내 채광이 증가하고 있다. 석회석을 파쇄시키기 위한 파쇄 시설을 갱내 설치하려면 대규모 지하공동이 필요하게 되며, 공동의 규모가 커짐에 따라 낙석이나 낙반의 발생 가능성이 높아지게 된다. 그리고 석회석 지하공동 주변 암반은 다양한 절리가 발달하여 낙석 발생에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 채광 발파 시 대형갱도 내 낙석발생 여부 관찰과 발파진동 계측을 수행하여, 이를 바탕으로 불연속면 수치해석 소프트웨어인 UDEC를 이용하여 절리암반 동해석 모델을 제안하고 발파진동 여기에 의한 대형 지하갱도의 낙석 발생을 해석하였다. 또한 절리암반 모델에 다양한 절리특성(경사각, 간격)의 변화와 발파굴착 손상영역을 고려하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권1호
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• pp.103-113
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• 2023

This study focused on understanding the relationship between the design of a tunnel boring machine disc cutter ring and its rock-breaking efficiency, as well as the applicable conditions of different cutter ring types. The discrete element method was used to establish a numerical model of the rock-breaking process using disc cutters with different ring types to reveal the development of rock damage cracks and variation in cutter penetration load. The calculation results indicate that a sharp-edged (V-shaped) disc cutter penetrates a rock mass to a given depth with the lowest load, resulting in more intermediate cracks and few lateral cracks, which leads to difficulty in crack combination. Furthermore, the poor wear resistance of a conventional V-shaped cutter can lead to an exponential increase in the penetration load after cutter ring wear. In contrast, constant-cross-section (CCS) disc cutters have the highest quantity of crack extensions after penetrating rock, but also require the highest penetration loads. An arch-edged (U-shaped) disc cutter is more moderate than the aforementioned types with sufficient intermediate and lateral crack propagation after cutting into rock under a suitable penetration load. Additionally, we found that the cutter ring wedge angle and edge width heavily influence cutter rock-breaking efficiency and that a disc cutter with a 16 to 22 mm edge width and 20° to 30° wedge angle exhibits high performance. Compared to V-shaped and U-shaped cutters, the CCS cutter is more suitable for soft or medium-strength rocks, where the penetration load is relatively small. Additionally, two typical case studies were selected to verify that replacing a CCS cutter with a U-shaped or optimized V-shaped disc cutter can increase cutting efficiency when encountering hard rocks.

• 터널과지하공간
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• 제18권5호
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• pp.328-337
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• 2008

굴착손상권의 특성 및 범위를 규명하는 것은 방사성 폐기물의 이동 및 확산의 위험을 최소화하는 지하공동의 기밀에 영향을 받는 방사성폐기물 처분사업에선 중요하다. 캐나다 AECL의 URL에선 터널기밀시험(TSX)이 수행되었고, 굴착손상권(EDZ)의 발달 가능성을 최소화하기 위하여 응력장을 고려하여 터널 형태 및 방향을 선택하였다. EDZ의 특성 및 범위는 방사상의 시추공내에서의 탄성파 속도와 투수율 측정을 통하여 파악되었다. 이 결과는 EDZ의 범위를 추정하는 본 연구의 모델링작업에 사용되었다. 이를 위하여 UDEC 코드내에 손상모델을 형성하고, 실내실험 물성에 맞추었다. 이 모델은 TSX 터널 주변의 균열 개시와 성장범위를 예측하는데 사용되었고, 해석결과는 실제 측정된 손상과 비교되었다. 수치모델내 손상권의 발달은 현장 측정결과의 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제22권3호
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• pp.255-264
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• 2020

With the ongoing development of deep mining of coal resources, some coal mine dynamic disasters have exhibited characteristics of both coal-gas outbursts and rockbursts. Therefore, research is required on the mechanism of rockburst-outburst coupling disaster. In this study, the failure characteristics of coal-rock combination structures were investigated using lab-scale physical simulation experiments. The energy criterion of the rockburst-outburst coupling disaster was obtained, and the mechanism of the disaster induced by the gas-solid coupling instability of the coal-rock combination structure was determined. The experimental results indicate that the damage of the coal-rock structure is significantly different from that of a coal body. The influence of the coal-rock structure should be considered in the study of rockburst-outburst coupling disaster. The deformation degree of the roof is controlled by the more significant main role of the gas pressure and the difference in the strength between the rock body and the coal body. The outburst holes and spall characteristics of the coal body after the failure of the coal-rock structure are strongly affected by the difference in strength between the roof and the coal body. The research results provide an in-depth understanding of the mechanism of rockburst-outburst coupling disasters in deep mining.