• Geomechanics and Engineering
• /
• 제32권1호
• /
• pp.49-68
• /
• 2023

The three-dimensional failure criterion is essential for maintaining wellbore stability and sand production problem. The convenient factor for a stable wellbore is mud weight and borehole orientation, i.e., mud window design and selection of borehole trajectory. This study proposes a new three-dimensional failure criterion with linear relation of three in-situ principal stresses. The number of failure criteria executed to understand the phenomenon of rock failure under in-situ stresses is the Mohr-Coulomb criterion, Hoek-Brown criterion, Mogi-Coulomb criterion, and many more. A new failure criterion is the extended Mohr-Coulomb failure criterion with the influence of intermediate principal stress (σ₂). The influence of intermediate principal stress is considered as a weighting of (σ₂) on the mean effective stress. The triaxial compression test data for eleven rock types are taken from the literature for calibration of material constant and validation of failure prediction. The predictions on rock samples using new criteria are the best fit with the triaxial compression test data points. Here, Drucker-Prager and the Mogi-Coulomb criterion are also implemented to predict the failure for eleven different rock types. It has been observed that the Drucker-Prager criterion gave over prediction of rock failure. On the contrary, the Mogi-Coulomb criterion gave an equally good prediction of rock failure as our proposed new 3D failure criterion. Based on the yield surface of a new 3D linear criterion it gave the safest prediction for the failure of the rock. A new linear failure criterion is recommended for the unique solution as a linear relation of the principal stresses rather than the dual solution by the Mogi-Coulomb criterion.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권5호
• /
• pp.383-391
• /
• 2013

1960년대 후반 이래로 수행된 여러 진삼축압축시험 결과에 의하면 암석의 파괴강도는 중간주응력의 크기에 상당한 영향을 받는 것으로 나타나고 있다. 이러한 실험적 결과를 바탕으로 지금까지 중간주응력이 파괴에 미치는 영향을 고려할 수 있는 다양한 3차원 파괴조건식들이 제안되고 있다. 그러나 문헌에 보고된 대부분의 3차원 파괴기준식들은 암석의 진삼축압축 강도를 현상학적으로 재현하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 관련된 강도정수들의 역학적 의미가 명확하지 않다. 이 연구에서는 암석강도의 중간주응력 의존성이 암석 내에 포함된 연약면들의 공간적 분포특성과 관련성이 있다는 가능성을 확인하기 위해 평면이방성 암석모델을 대상으로 수치 진삼축압축시험을 수행하였다. 미소구조텐서 개념을 활용하여 이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식을 개발하였으며 이를 강도기준식으로 활용하고 임계면법을 적용하여 평면이방성 암석의 파괴강도 및 파괴면 방향의 중간주응력 의존성을 분석하였다. 분석결과는 암석에 포함된 미시적 연약면들의 주응력 방향에 대한 방향성이 암석강도의 중간주응력 의존성과 밀접한 관련성이 있음을 암시해준다.

• 터널과지하공간
• /
• 제27권4호
• /
• pp.243-252
• /
• 2017

횡등방성 암석의 파괴거동은 등방성 암석의 경우와 큰 차이가 있으므로 횡등방성 암반에 건설되는 암반구조물의 정밀한 안정성 평가를 위해서는 횡등방 파괴함수의 개발이 필요하다. 이 연구에서는 17세기 천문학자 Cassini가 지구둘레를 도는 태양의 궤도를 모델링하기 위해 제안한 Cassini 난형(卵形)곡선을 기반으로 횡등방성 암석의 강도정수 분포함수를 제안하였다. 제안된 강도정수 분포함수는 횡등방성 암석시료에 대한 삼축압축시험을 통해 실험적으로 결정이 가능한 2개의 모델 파라미터로 정의된다. 제안된 강도정수 분포함수를 마찰각과 점착력의 공간분포함수로 채용하여 기존의 Mohr-Coulomb(M-C) 파괴함수를 3차원 횡등방성 M-C 파괴함수로 확장시켰다. 제안된 횡등방성 M-C 파괴함수의 적합성을 검증하기 위해 횡등방성 암석시료의 삼축압축시험 및 진삼축압축시험을 수치모사하였다. 수치실험을 통해 예측된 결과는 실제 실험실 시험에서 관찰되는 횡등방성 암석의 파괴거동과 부합하였다. 또한 진삼축압축시험 수치모사 결과는 암석강도의 중간주응력 의존성이 암석시료에 포함된 미시적 연약면의 공간분포 특성과 밀접한 관련이 있을 수 있음을 보여주었다.

• 한국지반공학회지:지반
• /
• 제13권4호
• /
• pp.85-94
• /
• 1997

지하공간에 대한 설계 및 시공시에는 필연적으로 많온 불확정성이 내포되어 있다. 가장 중요 한 요소로는 설계단계 에서 입력 값으로 사용하는 지반계수이며, 이의 정 확한 산정 에는 많은 어려 움이 따른다. 특히, 지하공동의 굴착으로 인해 소성영역이 발생하게 되면, 지반거동은 항복규준 을 결정짓는 강도정수에 민감한 반응을 나타내므로 탄성해석법에만 근거한 역 해석기법의 적용 으로는 신뢰성 있는 지반계수를 추정할 수 없게 된다. 본 논문에서는 지하공간의 설계와 시공의 유기적인 결합으로 터널의 소성상태까지 고려할 수 있는 최적의 지반계수를 산정하기 위하여, 초기예측치와 계측치로부터 예측된 값을 합리적으로 조합할 수 있는 확장 Bayesian방법(Extended Bayesian Method:EBM)을 적용하였다. 지반 조합 거동 예측은 Mohr-Coulomb 항복규준에 근거한 탄.소성 유한요소해석법을 사용하였다. 개발된 피드백 시스템의 효용성을 검증하기 위하여 소성 거동을 나타내는 단면에 대해 예제해석을 수행하였다.

• 지질공학
• /
• 제32권1호
• /
• pp.1-12
• /
• 2022

Based on the extended spatial mobilization plane (SMP) criterion, we present an elastic-brittle-plastic solution for an axisymmetric cylindrical tunnel. The influences of the intermediate principal compressive stress and material strain-softening behavior are considered. Closed-form formulas for the critical support force, radius of plastic zone, and distributions of stress and displacement in surrounding rock are proposed. The elastic-plastic solution based on SMP is compared with the Kastner solution to verify the credibility of the obtained elastic-plastic solution. The elastic-brittle-plastic solution following the SMP criterion and the current solution based on the Mohr-Coulomb criterion are also compared. The rock strain-softening rate and the intermediate principal stress affect the stability of the surrounding rock. The results provide guidance for optimizing the design of support systems for tunnels.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제15권5호
• /
• pp.1101-1111
• /
• 2018

This study aims to present accurate soil modeling and validation of a single roadside guardrail post as well as a single concrete pile installed near cut slopes or compacted sloping embankment. The conventional Winkler's elastic spring model and p-y curve approach for horizontal ground cannot directly be applied to sloping ground where ultimate soil resistance is significantly dependent on ground inclination. In this study, both grid-based 3-D FE model and particle-based SPH (smoothed particle hydrodynamics) model available in LS-DYNA have been adopted to predict the static behavior of a laterally loaded guardrail post. The SPH model has potential to eliminate any artificial soil stiffness due to the deterioration of the node-connected Lagrangian soil mesh. For this purpose, this study comprises two parts. Firstly, only 3-D FE modeling has been tested to show the numerical validity for a single concrete pile in sloping ground using Mohr-Coulomb material. However, this material option cannot be implemented for SPH elements. Nevertheless, Mohr-Coulomb model has been used since this material model requires six input soil data that can be obtained from the comparative papers in literatures. Secondly, this work is extended to compute the lateral resistance of a guardrail post located near the slope using the hybrid approach that combines Lagrange FE elements and SPH elements by the suitable node-merging option provided by LS-DYNA. For this analysis, the FHWA soil material developed for application to road-base soils has been used and also allows the application of SPH element.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제15권2호
• /
• pp.181-194
• /
• 1999

본 연구는 6개소에서 채취한 교란 및 불교란 화강풍화토에 대해 화학적 성분분석, 물리 및 직접전단시험 등을 수행하여 화강풍화토의 전단정수가 풍화도와 전단변위 등에 어떠한 관계가 있는가를 고찰한 것이다. 그 결과 화강풍화토의 전단정수는 풍화도와 포화포가 클수록 전단정수가 작게 나타나고 연직하중 40kPa이하에서는 Mohr-Coulomb의 파괴포락선이 직선이 아니고 곡선 내지 포물선 형태를 보이며 통상의 시험법에서 얻은 점착력보다 1/2정도가 작게 나타났다. 또한 화강풍화토의 화학적 풍화지수가 21~31.26의 범위에 대응되고 Sueoka분류법에 의하면 완전 화감풍화토로 판명되었다. 그리고 불포화 화강풍화토와 포화 화강풍화토의 강도를 비교할 때 포화시료가 전단강도의 저하가 크고 다일러턴시의 변화가 현저함을 알 수 있었다. 또한, 광주 풍암지구 화강토의 전단강도는 ${(\tau)_{sat}= 1.0(\tau)_{unsat}-12.48}$의 식으로 근사화시킬 수 있었으며 다른 화강풍화토에서도 유사한 결과를 보였다.