A Study on Application of Fractal Dimension in Analysis of Damage Mechanics in Rock

암반의 손상역학 해석에 있어서 Fractal차원의 적용에 관한 연구

Rocks are composed of the discrete elements of microstructures such as different grains and microcracks. The studies of these microstructures are of increasing interest in engineering geology and civil engineering related to construction of a deep under-ground space. Accordingly, instead of a simplified continuum approach, discrete structural elements and mechanical properties of various grains must be accounted. But it is difficult to analyse crack and discontinuity surfaces in Euclidean geometry. So, Mandelbrot( 1983) developed fractal theory to manage irregular body in nature. In this study, geometrical properties of microstructures to estimate a relation between crack propagation and stress were calculated. Then it is shown that fractal theory can be applied to research real mechanical behavior of rocks.

암반은 서로 다른 입자 및 미소크랙과 같은 미소구조의 개별요소로 구성되어 있다. 이러한 미소구조에 대한 연구는 대심도 지하공간개발과 관련된 지질공학 및 토목공학분야등에 있어서의 관심이 증대되고 있다. 따라서, 단순한 연속체역학에 의한 접근보다는 구성입자들에 대한 역학적성질 및 개별구조요소등이 고려되어야 할 것이다. 그러나, 단순한 유크리드 공간에서 아들 구조를 표현하기는 매우 어렵다. 그래서 Mandelbrot에 의해 자연에 있어서 규칙성이 거의 없는 물체를 정량적으로 표현하기위한 Fractal이론이 개발되었다. 본 연구에는, 크랙의 진전과 응력의 관계를 평가하기위해 미소구조의 기하학적 성질이 Fractal차원에 의해 계산되었다. 암반의 역학적 성질을 평가함에 있어 그 구조의 복잡성을 Fractal이론에 의해 단순화 및 수치화시켜 균질화이론에 적용시키므로서 그 평가를 보다 용이하고 효과적으로 할 수 있다.