Analysis of Granite Behavior In Blasting Using Microplane Constitutive Model

마이크로플레인 모델을 이용한 발파시 화강암의 거동해석

A kinematically constrained microplane constitutive model is developed for intact granite. The model is verified by fitting the experimented data of Westerly granite and Bonnet granite. Using the model with the standard finite element method, the behavior of the intact granite subjected blasting impact is studied. What is studied includes the attenuation of the blasting waves, the size of the fractured zone and the effect of the charge condition to avoid overbreak of the rock mass. The model developed captures the energy loss due to the inelastic behavior and the microcracking of granite during blasting very well. The attenuation of the blasting waves calculated based on the model is much more than that based on the linear-elastic constitutive law. The size of damaged (or fractured) zone is calculated directly from the principal strain as blasting impact is spreading, not like in the case with the linear elasticity model.

본 연구에서는 화강암의 3차원 거동을 예측 분석할 수 있는 구성방정식을 마이크로플레인 모델을 이용하여 Westerly 화강암과 Bonnet 화강암의 시험데이터와 최적을 이루도록 개발하였다. 개발된 마이크로플레인 모델은 화강암의 일축압축 및 삼축압축 거동을 잘 예측하였다. 그리고 개발된 화강암의 마이크로플레인 모델을 유한요소법에 적용하여 암반 굴착시의 발파 모사를 통해 화강암의 비선형 거동을 효과적으로 해석하였다. 발파 응력파의 감쇠계수, 파쇄 영역 그리고 여굴을 방지할 수 있는 화약 장전조건 등이 연구되었다. 마이크로플레인 모델에서는 암석의 비선형 거동 및 균열발생으로 인한 에너지 감소가 잘 반영되었으며 발파 응력파의 감쇠계수는 선형탄성모델보다 크게 계산되었다. 또한 마이크로플레인 모델에서는 발파 응력파 진행에 따른 최대 주변형율을 이용하여 파쇄 영역을 직접적으로 계산할 수 있었다.