Acoustic Emission Property and Damage Estimation of Rock Due to Cyclic Loading

Granite cores were sampled within Korea Atomic Energy Research Institute and cyclic loadings up to 1550 cycles were applied. Microcrack development in samples due to cyclic loading was estimated using Acoustic Emission(AE) method. AE showed two different types depending on numbers of cycle. Type 1 appeared at low cycles and had low energy and diverse frequencies, while type 2 appeared at high cycles and had high energy and uniform frequency. AE property of type 1 indicates voids and pre-existing microcracks in samples may close or propagate up to certain length. Microcracks may be sheared or closed during loading and are recovered from shear or opened during unloading when AE of type 2 were measured. P wave velocities and Felicity ratios were measured at 50, 150, 350, 750, 1550 cycles. P wave velocities were almost the same regardless of number of cycles applied. However, Felicity ratios were much lower than 0.9, indicating that microcracks were developed within samples. This result indicates that Felicity ratio is a better tool than P wave velocity to estimate the damage of rock.

반복하중 시험 시 발생하는 암석의 미소파괴음 특성과 손상도 평가

한국원자력연구소 내에서 시추된 화강암 코어시료를 대상으로 1550회의 반복하중을 가할 때 미세균열의 발달 정도를 미소파괴음(AE)을 이용하여 연구하였다. 반복하중 조건에서 미소파괴음은 반복횟수에 따라 두 가지 type의 발생 특성을 보였다. 첫 번째 type은 반복횟수가 적었을 때 나타나는 특성으로 낮은 에너지와 분산된 주파수가 특징이며, 두 번째 type은 반복횟수가 많았을 때 나타나는 특성으로 높은 에너지와 일정한 주파수가 특징적이다. Type 1은 시료내의 공극이나 미세균열이 닫히거나 성장하는 과정에서 발생하는 미소파괴음의 특성을 나타내는 반면에, type 2는 하중을 가할 때에는 미세균열이 전단되거나 닫혔다가 하중이 제거될 때에는 전단으로부터 회복하거나 미세균열이 열리면서 발생하는 미소파괴음의 특성으로 판단된다. 또한 반복횟수 50, 150, 350, 750, 1550회 때 탄성파(P파) 속도와 Felicity 비를 측정하였다. 측정결과 탄성파속도는 반복횟수가 증가하여도 변화가 없었으나 Felicity 비의 경우 반복횟수가 증가함에 따라 점점 감소하여 시료가 반복하중에 의해 손상을 받고 있음을 지시하였다. 따라서 암석의 손상정도를 판단하는데 있어서 미소파괴음 측정을 통한 Felicity 비가 탄성파속도보다 더 효과적으로 판단된다.