초록
Hoek-Brown 암석에서 응력에 의해 발생되는 균열의 전파특성을 수치해석적으로 분석하기 위한 기초연구로서 탄성균열의 균질화 기법이 제안되었다. 균열의 개시조건으로 Hoek-Brown 경험식이 이용되었고, 균열의 방향 탐색을 위해 임계면법이 이용되었다. 균열물질과 무결암으로 구성된 대표체적에 대해 체적평균 응력 및 변형률 개념을 적용하여 균열과 신선암의 역학적 특성을 균질화시킴으로써 등가 이방성매질의 구성관계식을 유도하였다. 제안된 균질화모델을 포트란 코드로 작성하여 상업유한요소 코드인 COSMOSM에 이식하였다. 제안된 수치해석모델의 적합성을 검증하기 위하여 2차원 평면변형률조건에서 수치 일축압축시험을 실시하였다. 모델 상하부 가압면의 구속조건을 달리한 2가지 해석모델을 선정하여 구속조건이 일축압축시험편의 변형 및 파단면 형성형태에 미치는 영향이 분석되었다. 균열의 균질화를 고려한 수치 일축압축시험 결과는 실제 실험에서 발생되는 형태와 유사한 변형거동 및 파단면 형성 특성을 잘 나타내었다.
As a basic study for investigating the development of the stress-induced crack in Hoek-Brown rock, a homogenization technique of elastic cracks is proposed. The onset of crack is monitored by Hoek-Brown empirical criterion, while the orientation of the crack is determined by the critical plane approach. The concept of volume averaging in stress and strain component was invoked to homogenize the representative rock volume which consists of intact rock and cracks. The formulation results in the constitutive relations for the homogenized equivalent anisotropic material. The homogenization model was implemented in the standard FEM code COSMOSM. The numerical uniaxial tests were performed under plane strain condition to check the validity of the propose numerical model. The effect of friction between the loading plate and the rock sample on the mode of deformation and fracturing was examined by assuming two different contact conditions. The numerical simulation revealed that the homogenized model is able to capture the salient features of deformation and fracturing which are observed commonly in the uniaxial compression test.