An Experimental Study on Mode ll Fracture Toughness Determination of Rock

This study presents a newly suggested test method of Mode II fracture toughness measurement called "Punch Through Shear Test" which was originally proposed by Backers and Stephansson in 2001. The purpose of this study is to check the validity of the suggested testing method by performing Mode II fracture toughness tests for Daejeon Granite. In addition, the optimal specimen geometry for the testing and the relation between Mode II fracture toughness and confining pressure were also investigated. Fractured surface was observed to be very smooth with lots of rock debris which came off fracture surface which obviously implies that the surface was sheared off. This confirms that Mode II fracturing actually occurred. In addition, numerical analyses including continuum analysis, particle flow code analysis and crack propagation simulations were performed. Results of these numerical analyses indicated that the cracks occurred in the specimen were predominantly in Mode II and these cracks led to failure of the test specimen. From this investigation, it can be concluded that the newly suggested "Punch Through Shear Test" method provides a reliable means of determining the Mode II fracture toughness. fracture toughness.

암석의 전단 파괴인성 측정에 관한 실험적 연구

본 연구에서는 2001년 Bakers와 Stephansson이 제안한 Punch Through Shear Test를 소개한다. 본 연구의 목적은 대전화강암을 사용하여 이 시험법이 암석의 전단 모드 파괴 인성 측정법으로서의 적합성을 알아보는 것이다. 또한, 전단모드 파괴인성을 구하기 위한 최적의 시료형상을 결정하고 전단모드 파괴인성과 봉압과의 관계를 규명하였다. 시험결과, 인장 파괴에서와 같이 거친 파괴면이 형성되지 않고 전단을 받았음을 알 수 있는 부드러운 파괴면이 관찰되었다. 시료형상에 대한 연속체 해석과 입자유동 해석 그리고 균열전파 시뮬레이션을 수행한 결과 시료내부에서 일어나는 균열의 발생은 주로 전단모드이고 이러한 전단균열들로 인해 시료의 파괴가 발생함을 입증할 수 있었으며, 결과적으로 Punch Through Shear Test는 암석의 전단모드 파괴인성 측정법으로서 적합함을 입증할 수 있었다.