• 터널과지하공간
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• 제19권2호
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• pp.86-94
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• 2009

암석파괴역학과 파괴인성(rock fracture toughness) 이하의 응력확대계수(stress intensity factor)에서 균열이 성장하는 현상을 이용하여 암석 절리면의 비선형 강도특성과, 시간의 경과에 따라 파괴가 진행되는 특성을 고려한 수치해석용 3차원 절리면 요소를 개발하였다. 이 절리면 요소를 사용하여 암석 절리면 전단시험을 수치해석으로 모사한 결과, 전단응력이 증가하고 시간이 경과함에 따라 절리면 사이에 연결된 절리면 내 접점(asperity in joint)에서 암석의 파괴인성보다 응력확대계수가 작음에도 불구하고 균열이 발생하였고 시간이 경과하면서 균열이 성장, 절리면 내 접점이 파괴되었다. 이와 같이 각각의 절리면 내 접점의 파괴에 따라 절리면의 강도는 감소하고, 절리면의 전단응력은 응력경화와 응력연화 후 잔류응력에 도달하는 비선형거동을 보이면서 시간의 경과에 따라 점진적으로 파괴되었다.

• 한국지구과학회지
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• 제25권1호
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• pp.22-31
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• 2004

Laboratory experiments were conducted in order to find effects of the intermediate principal stress of ${\sigma}_{2}$ on rock fractures and faults. Polyaxial tests were carried out under the most generalized compressive stress conditions, in which different magnitudes of the least and intermediate principal stresses ${\sigma}_{3}$ and ${\sigma}_{2}$ were maintained constant, and the maximum stress ${\sigma}_{1}$, was increased to failure. Two crystalline rocks (Westerly granite and KTB amphibolite) exhibited similar mechanical behavior, much of which is neglected in conventional triaxial compression tests in which ${\sigma}_{2}$ = ${\sigma}_{3}$. Compressive rock failure took the form of a main shear fracture, or fault, steeply dipping in ${\sigma}_{3}$ direction with its strike aligned with ${\sigma}_{2}$ direction. Rock strength rose significantly with the magnitude of ${\sigma}_{2}$, suggesting that the commonly used Mohr-type failure criteria, which ignore the ${\sigma}_{2}$ effect, predict only the lower limit of rock strength for a given ${\sigma}_{3}$ level. The true triaxial failure criterion for each of the crystalline rocks can be expressed as the octahedral shear stress at failure as a function of the mean normal stress acting on the fault plane. It is found that the onset of dilatancy increases considerably for higher ${\sigma}_{2}$. Thus, ${\sigma}_{2}$ extends the elastic range for a given ${\sigma}_{3}$ and, hence, retards the onset of the failure process. SEM inspection of the micromechanics leading to specimen failure showed a multitude of stress-induced microcracks localized on both sides of the through-going fault. Microcracks gradually align themselves with the ${\sigma}_{1}$-${\sigma}_{2}$ plane as the magnitude of ${\sigma}_{2}$ is raised.

• 터널과지하공간
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• 제21권3호
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• pp.174-180
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• 2011

횡등방성 암석의 강도해석에 활용할 목적으로 이방성 Mohr-Coulomb 파괴조건식을 제안하였다. 제안된 파괴조건식에서는 Pietruszczak & Mroz(2001)가 제안한 조직텐서를 도입하여 마찰각과 점착력을 조직텐서의 스칼라함수로 정의하였다. 두 강도정수의 이방성은 주응력좌표계와 재료 주좌표계의 상대적 회전을 바탕으로 계산된다. 이방성 파괴조건식을 최대로 하는 임계면을 찾는 방법이 Lagrange 승수법에 기초하여 제안되었다. 수치삼축압축 시험을 실시한 후 삼축압축강도와 파괴면 경사각 분석을 통하여 제안된 이방성 파괴함수의 성능을 검증하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권6호
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• pp.787-803
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• 2016

DDARF (Discontinuous Deformation Analysis for Rock Failure) is a numerical algorithm for simulating jointed rock masses' discontinuous deformation. While its reinforcement simulation is only limited to end-anchorage bolt, which is assumed to be a linear spring simply. Here, several new reinforcement modes in DDARF are proposed, including lining reinforcement, full-length anchorage bolt and equivalent reinforcement. In the numerical simulation, lining part is assigned higher mechanical strength than surrounding rock masses, it may include multiple virtual joints or not, depending on projects. There must be no embedding or stretching between lining blocks and surrounding blocks. To realize simulation of the full-length anchorage bolt, at every discontinuity passed through the bolt, a set of normal and tangential spring needs to be added along the bolt's axial and tangential direction. Thus, bolt's axial force, shearing force and full-length anchorage effect are all realized synchronously. And, failure criterions of anchorage effect are established for different failure modes. In the meantime, from the perspective of improving surrounding rock masses' overall strength, a new equivalent and tentative simulation method is proposed, it can save calculation storage and improve efficiency. Along the text, simulation algorithms and applications of these new reinforcement modes in DDARF are given.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권6호
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• pp.503-512
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• 2020

Mining activities focus on the production of mineral resources for energy generation and raw material requirements worldwide and it is a known fact that shallow reserves become scarce. For this reason, exploration of new resources proceeds consistently to meet the increasing energy and raw material demand of industrial activities. Rock mechanics has a vital role in underground mining and surface mining. Devices and instruments used in laboratory testing to determine rock mechanics related parameters might have limited sensing capability of the failure behavior. However, methodologies such as, thermal cameras, digital speckle correlation method and acoustic emission might enable to investigate the initial crack formation in detail. Regarding this, in this study, thermographic analysis was performed to analyze the failure behaviors of different types of rock specimens during uniaxial compressive strength experiments. The energy dissipation profiles of different types of rocks were characterized by the temperature difference recorded with an infrared thermal camera during experiments. The temperature increase at the failure moment was detected as 4.45℃ and 9.58℃ for andesite and gneiss-schist specimens, respectively. Higher temperature increase was observed with respect to higher UCS value. Besides, a temperature decreases of about 0.5-0.6℃ was recorded during the experiments of the marble specimens. The temperature change on the specimen is related to release of radiation energy. As a result of the porosity tests, it was observed that increase in the porosity rate from 5.65% to 20.97% can be associated to higher radiation energy released, from 12.68 kJ to 297.18 kJ.

• 터널과지하공간
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• 제6권1호
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• pp.69-74
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• 1996

High temperature confined compressive tests for thermomechanical failure criteria were carried out for Iksan and Whandeung granites. Authors suggested new polynomial type failure coefficient functions by which conventional Hoek-Brown failure criteria was extended to thermomechanical one. Obtained results are as follow; 1) Failure coefficients, m and s of Hoek and Brown's empirical failure criteria were decreased as temperature increased. 2) Theoretically calculated values by suggested equations and experimented ones by confined compressive test were well coincided.

• 터널과지하공간
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• 제16권6호
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• pp.437-450
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• 2006

암반구조물의 파괴는 초기응력의 크기, 무결암의 강도 그리고 단층이나 절리와 같이 암반 내에 존재하는 불연속면의 상태에 의해 좌우된다. 일반적으로 고심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동굴착에 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 요구된다. 그러나 아직까지 취성파괴에 대해 명확하게 규명되지 않아 본 보고에서 취성파괴 현상을 규명하기 위해 수행되었던 기존 연구결과를 중심으로 취성파괴와 그 특징에 대하여 요약 정리하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.469-485
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• 2016

심부 터널 주변 암반의 파괴는 불연속면의 영향을 크게 받는 천부 터널 주변과 다르게 응력의 크기와 방향이 지배한다. 응력 지배 파괴의 양상은 응력 조건, 암석의 특성에 따라 연성과 취성으로 구분할 수 있으며 파석, 판상 파괴, 암석 파열 현상의 결과로 나타나는 V-형 홈 형태 취성 파괴 영역의 범위와 깊이는 심부 터널의 굴착과 보강 설계의 주요 인자이므로 이를 파악하는 것은 중요하다. 취성 파괴의 특성은 응력 조건에 따라 점착력 상실과 마찰력 전이로 구성된다는 점과 진행성 파괴라는 점이다. 본 연구는 이중 선형 절단 파괴 포락선과 탄성-탄소성 연계 해석과 점진적 탄소성 영역 확대라는 해석 절차와 방법을 도입하여 터널 주변 취성 암반의 파괴를 합리적으로 모사할 수 있는 3차원 수치 모델을 구현하였다. 이 수치 모델이 예상한 취성 파괴 영역의 깊이는 기존 사례 연구를 통한 경험식의 결과와 부합되었다.

• 터널과지하공간
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• 제16권5호
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• pp.368-376
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• 2006

셰일층으로 구성된 암반사면에서 층리면을 따라 대규모 평면파괴가 사면 중앙부에서 발생하였다. 현장조사시 파괴사면 주변은 지하수 누수 흔적과 점토층의 충전물이 존재하였으며, 파괴원인을 검토한 결과 층리면을 따라 형성된 점토 충전물의 낮은 전단강도와 강우시 인장균열내 형성된 수압에 의해 붕괴가 발생한 것으로 나타났다. 그리고 충전된 절리면의 전단강도 특성을 규명하기 위해서 모래, 점토의 인위적인 충전물을 이용하여 충전재 두께비에 따른 전단강도 특성을 고찰하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권4호
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• pp.333-366
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• 2023

Rock as a mass generally exhibits discontinuities, commonly witnessed in rock slopes and underground structures like tunnels, rock pillars etc. When these discontinuities experiences loading, a new crack emerges from them which later propagates to a macro scale level of failure. The failure pattern is often influenced by the nature of discontinuity, geometry and loading conditions. The study of crack growth in rocks, namely its initiation and propagation, plays an important role in defining the true strength of rock and corresponding failure patterns. Many researchers have considered the length of the discontinuity to be fully persistent on rock or rock-like specimens by both experimental and numerical methods. However, only during recent decades, there has been a substantial growth in research interest with non-persistent discontinuities where the crack growth and its propagation phenomenon were found to be much more complex than persistent ones. The non-persistence fractures surface is generally considered to be open and closed. Compared to open flaws, there is a difference in crack growth behaviour in closed or narrow flaws due to the effect of surface closure between them. The present paper reviews the literature that has contributed towards studying the crack growth behaviour and its failure characteristics on both open and narrow flaws subjected to uniaxial and biaxial compression loading conditions.