포천 화강암에 대하여 결의 방향성에 따른 역학적 이방성 및 미세균열의 발달관계를 규명하였다. 일축압축강도는 177MPa∼212MPa의 범위를, 탄성계수는 48GPa∼62GPa, 인장강도는 6.9MPa∼8.5MPa, 탄성파 속도는 3,200m/sec∼3,700m/sec의 범위를 보인다. 이방성 비는 역학적 특성에 따라 최소 14%에서 최대 24%이며 1결에 의한 영향이 가장 크게 나타난다. 미세균열의 방향성은 결의 방향성과 상당한 연관성을 가진다. 그러나 장석 내에는 결정의 방향에 따라 미세균열들이 발달해 있어서 결의 방향과는 상당한 차이를 보이나, 석영 내에는 연장성이 매우 좋고 결의 방향과 거의 평행한 방향으로 많은 미세균열들이 발달해 있어서 석영 내에 발달한 미세균열의 방향성이 결의 방향을 지배하는 것으로 사료된다. 차분 변형률 분석과 현미경 관찰에 의한 미세균열의 방향성은 대체로 결의 방향과 상당히 유사하나, 각각의 측정 방법에 따라 약간의 차이를 보인다. 이러한 결과는 차분변형률이 미세균열의 폭을 측정하는 반면에 현미경 관찰은 길이나 개수를 측정하기 때문인 것으로 사료된다.
Purpose: The goal of this study was to investigate the histomorphometric characteristics of the healing process of microcracks in the cortical bone after the installation of mini-implants (MIs). Methods: Self-drilling MIs were inserted into the tibial diaphysis of twelve adult male New Zealand rabbits. Four MIs per rabbit were placed randomly. The animals were divided into four groups according to the length of the healing period: group A was sacrificed immediately, group B was sacrificed after one week, group C was sacrificed after two weeks, and group D was sacrificed after four weeks. Cortical bone thickness was measured using micro-computed tomography, and histomorphometric analyses of the cumulative length of the microcracks (CLCr) and the total number of microcracks (NCr) were performed using hematoxylin and eosin staining. Results: The microcracks were radially and concentrically aligned in the peri-MI bone. The CLCr decreased significantly one week after the surgery, mainly due to healing of the concentrically aligned microcracks. The CLCr showed another significant decrease from two weeks after the surgery to four weeks after the surgery, mainly reflecting healing of the radially aligned microcracks. A statistically significant decrease in the NCr occurred as the microcracks healed from zero weeks to two weeks. However, no significant difference in the NCr was found between groups C and D. Conclusions: In order to improve the primary stability of MIs, delayed loading and a healing period of a certain length are recommended to ensure the optimal healing of microcracks and bone remodeling.
P wave velocities of core samples from the Pocheon granite were measured before and after applications of cyclic loading. Then. distribution of the pre-existing microcracks and microcracks developed due to the cyclic loading was investigated by analyzing P wave velocity anisotropies and microscopic observations from thin sections. Anisotropy constants were calculated with three different ways: (1) $C_A$ between the maximum and the minimum velocities, (2) $C_AI$ between velocities measured along the axial direction and the average of six velocities measured in the planes perpendicular to the loading axis (rift plane) and (3) $C_AII$ between the maximum and the minimum velocities measured in the plane perpendicular to the loading axis. Among anisotropy constants. $C_AI$ was the most effective anisotropy constant to identify the rift plane whose orientation is parallel to the pre-existing microcracks as well as the distribution of stress induced microcracks. $C_AI$ decreased after cyclic loading and the relationship between $C_AI$ and number of cycles shows comparatively coherent negative trends. indicating that stress induced microcracks are aligned perpendicular to the orientation of pre-existing microcracks and that the amounts are proportional to the number of loading cycles. The difference of anisotropy constants before and after cyclic loading was effective in delineating the level of cracks and we called it Induced Crack Index. Velocity measurements and microscopic observations show that anisotropy was caused mainly due to microcracks aligned to a particular direction.
이번 연구에서는 비선형 음향효과를 기반으로 한 비선형 초음파 변조 기법을 통해 열손상 콘크리트의 미세균열 정도를 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 화재 시 콘크리트 구조물은 물리적, 화학적 변화에 따른 콘크리트 내 미세균열이 발생하므로, 기존 초음파 비파괴 기법의 민감도 한계를 극복한 비파괴 기법의 도입이 필요하다. 비선형 초음파 기법은 초음파와 저주파의 변조파로부터 열손상 평가 인자인 비선형인자를 측정하며, 이는 열손상 콘크리트의 미세균열에 적합한 민감도를 가진다. 이 연구에서는 SEM 관측, 열손상 전후 콘크리트의 투수공극량 변화 측정으로부터 수열온도에 따라 미세균열이 급격하게 발생함을 보였으며, 수열온도별 콘크리트의 초음파 전파속도 측정을 통해 제안된 방법의 민감도를 검증하였다. 추가적으로 열손상에 따른 미세균열이 콘크리트의 성능저하에 미치는 영향을 파악하고자 열손상 콘크리트 시편의 압축강도 측정을 수행하였다. 측정값 및 실험값의 연관성을 파악하여 비선형 초음파 변조 기법이 열손상 콘크리트의 미세균열 평가에 적합함을 보였으며, 향후 압축강도 추정에 대한 적용 가능성을 확인하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제30권6호
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pp.724-730
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2006
Fracture behavior of brittle solids is closely related to microcracking. A meso-scale analysis method using the natural element method is proposed for the analysis of brittle microcracking solids. The microcracking is assumed to occur along Voronoi edges in the Voronoi diagram generated using the nodal points as the generators. The mechanical effect of microcracks is considered by controlling the material constants in the neighborhood of the microcracks. The meso-analysis method is applied to the simulation of the microcracking behaviors of brittle solids subjected to tensile macrostress. The method is also applied to the analysis of the propagation of a macrocrack accompanied by the coalescence with microcracks formed near the macrocrack-tip.
Microcrack development in the macheon gabbro, the Sangju sandstone and the Jungsun marble due to fatigue stresses was investigated using differential strain analysis and microscopic observations from fluorescent-dyed thin sections. In the Macheon gabbro, various types of cracks, including gran boundary cracks, cleavage cracks, intragranular cracks adn intergranular cracks were developed. However, only grain boundary cracks were produced in the Sangju sandstone and the Jungsun marble due to fatigue stress. Many microcracks were produced due to fatigue stresses in the macheon gabbro. However, few microcracks were produced in the Sangju sandstone and the Jungsun marble. Fatigue stresses produced new microcracks in the Junngsun marble and the Macheon gabbro, but only pre-existing grain boundary cracks were lengthened in the Sangju snadstone. Most microcracks were produced within a few tens of numbers of cyclic loading, indicating that rocks under fatigue stresses will be damaged at the early stage of cyclic loading.
경상분지 남서부 일대의 불국사 화강암류에서 분포하는 미세균열의 전반적인 분포특성을 규명하였다. 사천시-고성군, 거제시 및 남해군 지역에서 채취한 11개 암석시료의 수평면 상에서 발달하는 131조의 미세균열은 영상처리를 통하여 구별하였다. 다음에 이들 미세균열 중, 뚜렷한 선상배열을 갖는 45조의 미세균열을 선별하였다. 이들 미세균열은 수직의 2번 면에 대비된다. 이들 45조의 미세균열의 방향성과 국내의 쥬라기 및 백악기 화강암류에서 발달하는 수직의 1번 및 2번 면의 방향성을 대비하였다. 분포도에서 45조의 미세균열과 이들 수직 면의 분포형태가 일치한다는 사실은 연구지역 일대에서 발달하는 미세균열의 계는 국내의 쥬라기 및 백악기의 화강암에서도 광역적으로 발달함을 시사한다. 방향각-빈도수 상관도의 전 영역은 미세균열의 분포상에 의하여 20개의 영역으로 분류할 수가 있다. 한편 45조의 미세균열이 속하는 18개의 방향각 영역과 기존의 연구결과에서 시사한 최대 압축 주응력의 방향과 상호 대비를 시도하였다. 최대 압축 주응력의 방향은 대부분 방향각 영역- $1{\sim}2$, $5{\sim}6$, ${\sim}15$, $17{\sim}18$ 및 $19{\sim}20$에 각각 속하며 이들 영역은 이들 45조의 미세균열의 장미도에서 제시한 주방향 및 2차적인 방향과 일치한다. 열린 미세균열의 대표적인 방향은 기존의 연구에서 시사한 최대 압축 주응력 방향을 반영한다.
강화군 석모도 일대의 중생대 화강암 및 세립질 흑운모화강암에서 분포하는 미세균열의 분포특성을 규명하였다. 14개소에서 채취한 암석시료의 수평면 상에서 발달하는 미세균열에 대하여 영상처리를 통하여 구별하였다. 미세균열의 방향성과 석모도의 중생대 화강암에서 발달하는 18조의 절리의 방향성과 대비하였다. 상관도에서 미세균열의 여러 조는 수직상의 일반적인 절리의 방향과 일치하는 강한 배향성을 보여 준다. 이러한 대비의 결과에서 거시적인 절리는 기존 미세균열의 성장 및 계단식 절리작용의 산물의 가능성을 시사한다. 또한 이 연구에서 수행한 방법론에 의하여 도출된 미세균열의 방향성을 전국의 쥬라기 및 백악기 화강암 석산에서 측정된 1번 및 2번 면의 방향성과 상호 대비하였다. 분포도에서 보는바와 같이, 미세균열과 이들 면과의 분포형태가 일치한다는 사실은 전국의 쥬라기 및 백악기 화강암에서도 이와 유사한 미세균열의 계가 광역적으로 나타날 가능성을 시사한다. 각 영역내에 속하는 이들 미세균열의 조들은 다른 지질 과정 및 변화하는 조건하에서 점차 형성된 복잡한 복합적인 미세균열의 계를 구성한다.
포천지역의 쥬라기 화강암내 결의 특성을 규명하였다 3가지 미세균열의 분포상은 박편의 확대사진(x6.7)에서 잘 나타난다. 우세균열 면은 1번 결의 면에 평행하며, 준 우세균열 면은 2번 결의 면에 평행하다. 이러한 1번 결 및 2번 결을 형성하는 미세균열은 3번 결의 면상에서 상호 거의 수직을 이룬다. 따라서, 연구지역의 화강암질암의 결은 미세균열의 선택적 배향성에 지배된다고 할 수가 있다. 결은 리프트, 그레인, 하드웨어 면의 순으로 발생빈도, 길이 및 밀도가 발달하고 있다.
자연적으로, 혹은 인위적으로 발생된 균열들은 현지암반의 공학적 거동에 대한 중요한 자료를 제공한다. 일정한 방향으로 분포하는 미세균열들은 암반의 물성에 현저한 영향을 미치게 되지만, 다른 요인들에 의한 이방성이 큰 경우에는 이들의 영향은 감소한다. 본 연구에서는 초음파속도의 이방성과 점하중 재하에 의한 인공균열의 진행방향을 기초로, 암석조직이 암석의 물성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 암석시료는 우백질의 포천화강암 석재에서 코어링한 NX 시험편과 현장 시추코어를 사용하였다. 시료에 분포하는 균열들의 주 방향을 기준으로 설정한 후, 초음파속도의 이방성을 측정한 결과, 균열에 수직한 방향에서 초음파속도의 최소치가 측정되었다. 속도측정에 사용한 NX코어로부터 EX크기의 원판형 시험편을 성형한 수 점하중 재하실험을 수행하였으며, 점하중재하에 의한 인공균열의 진행방향은 기존의 미세균열의 방향과 거의 일치하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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