• 터널과지하공간
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• 제25권5호
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• pp.450-461
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• 2015

본 연구는 블록크기 및 균열의 기하학적 속성이 균열암반의 수리적 특성에 미치는 효과를 파악하기 위해 이차원 등가파이프 연결구조에 기반을 둔 DFN 유체유동 해석기법을 적용하여 수치실험을 수행하였다. 두 개의 균열군을 사용하여 균열의 기하학적 속성 변화를 반영할 수 있도록 방향, 면적빈도, 길이분포를 달리하며 이차원 영역에 추계론적으로 생성한 총 72개의 DFN 블록에 대하여 방향에 따른 블록수리전도도가 산정되었다. 또한, 각각의 DFN 블록에서 이론적 블록수리전도도, 주 수리전도도텐서 및 평균블록수리전도도를 추정하여 비교분석한 결과, 블록크기 및 균열의 기하학적 속성은 균열성 암반의 수리적 특성에 큰 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 균열군의 교차각이 작을수록, 면적빈도가 낮고 길이분포가 짧을수록 DFN 시스템은 유체유동에 대한 REV를 정의하기 어려우며 방향에 따른 블록수리전도도의 변동성이 강하게 나타났다. 일반적으로 블록크기가 커질수록 DFN 시스템에 대한 등가연속체 취급 가능성은 높아진다.

• 화약ㆍ발파
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• 제22권3호
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• pp.1-12
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• 2004

암석 파쇄도는 노천의 벤치발파에서 생산성을 좌우하는 요소이다. 벤치발파에서 암석 파쇄도는 여러 가지 조건의 영향을 받게 되는데, 특히 암반의 불연속면 조건과 자연상태 암반 블록의 크기는 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이 연구에서는 석회석을 생산하는 3개 노천광산에서 발파조건 뿐 아니라 암반의 불연속면 조건과 자연상태 암반 블록크기를 면밀히 조사하여 이들 조건이 암석 파쇄도에 미치는 영향을 검토하였다. 분석 결과 암반의 불연속면 조건과 발파조건은 복합적인 상호작용에 의해 영향을 미치는 것으로 밝혀졌으며, 특히 자연상태 암반 블록의 크기는 암석 파쇄도에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 암석 파쇄도는 암반의 불연속면 조건 중 주절리군의 방향에 의해서도 영향을 받는 것으로 확인되었는데, 주절리군의 방향이 벤치 앞쪽 자유면과 $30^{\circ}$의 경사를 이룰 때 파쇄물의 평균크기가 가장 작게 되는 것으로 나타났다. 이런 현상은 발파로 만들어진 탄성파의 전파경로 차이에 기인하는 것으로 판단된다.

• 화약ㆍ발파
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• 제28권2호
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• pp.1-16
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• 2010

본 연구에서는 암반사면형성 작업시 최종벽면에 적용된 프리스플리팅(pre-splitting) 발파공법의 발파효과와 관련하여 발파 후 벽면의 암반손상이 장약된 폭약의 폭력 보다는 암반 내에 발달된 불연속면의 발달 형태에 따라 더 큰 영향을 보일 수 있음을 규명하였다. 이를 위하여 불연속면을 대표할 수 있는 절리에 대한 조사를 통해 발파 후 벽면 암반의 절리군 분포양상을 4가지 Case로 분류하고, 파쇄도 분석 영상처리시스템을 통해 벽면에 나타나는 암반블록의 크기 빈도를 비교 분석함으로써 벽면의 암반손상도를 파악하였다. 절리군이 1개 이하로 발달하는 경우, 분석된 블록의 크기 중 2,000mm 이상 되는 부분이 42%를 차지하여 프리스플리팅 발파공법의 효과를 뚜렷이 확인할 수 있었으며, 2~3개의 절리군이 일방향으로 발달하는 경우와 교차되면서 발달하는 경우, 블록의 크기는 1,000~2,000mm 사이에 각각 43.6% 및 35.8%의 빈도로 분포하는 것으로 나타나 프리스플리팅 발파공법에 의한 발파효율이 다소 떨어지는 양상을 보였다. 그러나 3개 이상의 절리군이 불규칙하게 발달하는 경우에는 블록의 크기가 250~500mm 사이에 35%의 빈도로 분포하고 1,000mm 이상의 크기에 대해서는 거의 나타나지 않는 양상을 보였다. 따라서 이러한 경우 프리스플리팅 발파공법에 의한 발파 효과는 거의 없이 일반적인 발파가 이루어졌다고 볼 수 있었다. 또한 PFC2D에 의한 발파수치해석결과, 암반 내부로의 손상영역 발생은 본 발파보다는 프리스플리팅 발파공법에 의해 직접적인 영향을 받을 수 있음을 확인하였으며, 따라서 향후 사면 형성을 위한 프리스플리팅 발파공법을 적용할 경우에는 사전 지표지질조사를 시행하여 절리를 비롯한 불연속면과 관련된 사항을 충분히 파악할 필요가 있으며, 시공진행에 따라 예상보다 많은 절리군이 나타날 경우에는 프리스플리팅 발파공법의 설계 조정이 필요할 것으로 판단된다.

• 화약ㆍ발파
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• 제23권2호
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• pp.37-44
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• 2005

현지암반 조건 중에서 자연상태 암석블록의 크기와 절리방향은 다른 요인들에 비해 상대적으로 암석파쇄도에 큰 영향을 미치는 것으로 최근의 연구에서 확인되었다. 이러한 최근의 연구결과를 검증하기 위해 이 연구에서는 고강도 시멘트 몰탈 재료의 축소 모형을 이용한 발파실험을 실시하였다. 실험 결과 절리간격이 같을 때 절리방향에 따라 암석의 파쇄도가 달라지며, 절리간격에 따라 파쇄도에 차이를 보이는 등 현장조사에서 얻어진 것과 같은 결과를 얻었다.

• 화약ㆍ발파
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• 제20권1호
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• pp.5-14
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• 2002

파쇄 암석의 파쇄도는 발파효율을 나타내는 중요 척도로서 적재와 분쇄 작업에 큰 영향을 미친다. 그러나 현장에 쌓여 있는 발파암 더미로부터 파쇄도를 조사한다는 것은 용이한 작업이 아니다. 본 연구에서는 석산 발파에서 가장 중요한 요소인 천공방식과 암질의 변화가 파쇄도와 발파진동에 미치는 영향을 조사하였다. 파쇄 입도에 영향을 미치는 중요한 변수인 천공방식, 암질등급(RMR), 현지 암반의 블록 크기, 발파진동 등의 영향을 파쇄암의 평균입도(MFS)와 상위 5개의 대괴 평균치$(L_5)$로 나타내었다. 연구결과, 파쇄암의 평균입도는 상위 5개의 대괴 평균치와 선형적인 관계를 보였다. 발파방법과 파쇄도 평가 결과 재래식 발파에서는 파쇄도를 예측할 수 없었고 커다란 옥석이 생성되었으나, 벤치발파에서는 평균파쇄암의 크기가 비교적 양호한 파쇄 상태를 유지하였다. 현지 암반 블록 크기는 평균 파쇄암의 크기와 선형적 관계를 나타내었다. RMR값이 커짐에 따라 발파진동 추정식의 진동상수 K와 감쇠지수 n의 절대값과 평균 파쇄암의 크기, 그리고 상위 대괴의 크기는 대체적으로 증가하는 경향을 나타내었고, 진동상수 K와 감쇠지수 n도 증가하는 경향을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권10호
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• pp.97-107
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• 2007

대규모 암반비탈면은 소규모 암반비탈면과 달리 파괴블록의 크기를 사면전체로 가정했을 경우 비합리적인 안정성 평가가 이루어질 가능성이 매우 크다. 즉, 파괴블록의 크기에 따라서 안전율, 절리면 강도정수 등이 변하기 때문에 대규모 비탈면의 경우에는 공학적인 방법으로 파괴 가능 블록크기 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 연구대상 부지의 절리조사자료를 이용하여 절리의 방향성(joint orientation) 및 절리간격(joint spacing) 통계분석, 3차원 절리발생 강도(joint intensity)분석 등의 과정을 거쳐 3차원 절리계를 생성한 후, 이를 이용하여 파괴가능 블록(failure block) 크기를 분석하였다. 분석결과 파괴유발이 우려되는 블록은 33개가 관찰되었으며, 최소크기 1.4m, 최대크기 38.7m, 평균크기 15.2m로 나타났다. 또한, 3차원 절리계 생성과정에서 발생되는 절리자료를 활용하여 확률론적해석, 2, 3차원 불연속체해석 등에 직접적으로 활용할 수 있었다.

• 지질공학
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• 제32권1호
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• pp.59-72
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• 2022

본 연구는 부산 기장지역의 백악기 흑운모 화강암에 대하여 삼차원 개별체 수치해석 기반의 응력-변형 해석을 수행하고 절리성 암반의 강도 및 변형특성을 평가하였다. 절리성 암반의 역학적 특성에 대한 규모효과 및 REV를 규명하기 위한 워크플로우가 제시되었으며 연구지역에서 결정된 REV(representative elementary volume) 크기의 DFN(discrete fracture network) 큐브 블록에 대한 블록강도, 변형계수, 전단탄성계수, 체적탄성계수 등의 강도 및 변형 파라미터가 산정되었다. 연구지역의 역학적 REV 크기는 15 m 큐브로 평가되었으며 DFN 큐브 블록의 평균 블록강도 및 평균 변형계수는 각각 신선암의 52.8% 및 57.7%로 추정되었다. 연구지역의 절리성 암반은 역학적으로 뚜렷한 직교이방성을 나타내는 것으로 평가되었으며 삼차원 수치해석을 통하여 산정된 변형 파라미터를 이용하여 선형-탄성의 직교이방성 구성모델이 도출되었다. 연구지역에 대한 직교이방성 구성모델은 등가의 연속체 해석을 통한 터널 및 지하공간의 안정성 평가에 활용될 수 있다.

• 지질공학
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• 제32권1호
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• pp.41-57
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• 2022

본 연구는 부산 기장지역에 분포하는 백악기 흑운모 화강암에 대한 사례연구를 통하여 DFN(discrete fracture network) 유동해석 기반의 REV(representative elementary volume) 크기 및 삼차원 수리전도텐서 추정을 위한 워크플로우를 제시하였다. 연구지역을 대표하는 이차원 DFN에 대하여 절리텐서의 일차불변량을 이용하여 절리의 빈도 및 길이가 보정되었다. 현장수압시험을 수행하여 선형의 등가유로관으로 취급된 현장의 절리에 대한 유효수리간극이 추정되었다. 연구지역의 이차원 DFN 블록에 대한 REV의 크기는 블록 크기에 따른 지향적 블록수리전도도의 변화를 분석하여 20 m × 20 m으로 결정하였다. 연구지역의 이차원 DFN에 대하여 산정된 지향적 블록수리전도도는 현장의 수리적 거동과 관련하여 강한 이방성을 지시한다. 다양한 방향으로의 이차원 DFN에서 산정된 지향적 블록수리전도도를 바탕으로 연구지역의 절리성 암반에 대한 삼차원 수리전도텐서가 추정되었다. 삼차원 수리전도텐서의 주성분 방향은 현장에서 구분된 주 절리군의 방향과 일치한다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2009년도 학술발표회 논문집
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• pp.153-159
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• 2009

불연속변형해석(DDA)은 유한요소법(FEM)과 개별요소법(DEM)의 장점을 모두 가지고 있는 해석법이다. 3차원 불연속변형해석의 안정성과 해석속도는 접촉찾기(Contact Detection) 알고리즘과 벌칙스프링(Penalty spring)을 이용한 접촉처리 알고리즘에 의해 크게 좌우되는데, 블록의 꼭지점(vertex) 간의 접촉이 발생할 경우, 적합한 접촉면을 결정하는 과정에서 많은 해석오류와 시간적 손실이 발생할 가능성이 있다. 본 연구에서는 블록의 꼭지점에 내접하는 구(inscribed sphere)를 삽입하여 가상의 접촉점과 접촉면을 생성하는 알고리즘을 연구하였다. 이로 인해 발생할 수 있는 해석의 오차의 크기를 확인하고, 간단한 불연속 변형해석의 해석 실례에 적용해 보았다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제6권4호
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• pp.327-343
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• 2004

터널 시공 도중이나 터널 굴착 직후 주지보재에 의한 보강 전에 터널막장 전방에 존재하는 연약암반 혹은 단층파쇄대로 인해 유발되는 터널막장의 붕괴사고가 빈번이 일어나고 있다. 기존의 지반탐사방법으로는 터널막장부근에 있는 연약암반이나 단층파쇄대를 찾기 어렵다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 극복하고 기존의 탐사방법들을 보완하기 위해 전자기파를 이용한 터널전방 예측방법을 제안하였다. 전기장의 특성을 고려한 Coulomb 및 Gauss 법칙을 이용하여 절리를 가지는 암반에서의 전기장을 해석하였다. 이를 바탕으로 터널막장 전방에 구형연약암반과 단층파쇄대가 존재하는 경우에 대하여 각각 전기장해석을 수행하여 이론식을 도출하였다. 또한 개발된 해석기법을 작용하여 터널 전방에 구형연약이역과 단층파쇄대가 존재하는 경우에 대하여 예제해석을 수행하였다. 해석결과는 터널 전방에 부착된 몇 개의 전극에서 측정된 암반의 저항으로부터 역함수기법을 이용하여 터널 전방에 존재하는 연약지역의 등가 크기, 위치 및 성질을 정확하게 예측할 수 있음을 보여주었다. 암반에서의 전기저항 가탐심도는 터널막장의 크기, 자연전위 및 기타 전기적 신호에 의해 영향을 받음을 알 수 있었다. 제시된 해석기법은 실내시험을 통하여 검증하였다. 가로, 세로, 높이가 각각 5cm인 콘크리트 블록 1800여 개를 가지고서 3방향 절리를 가진 암반상태를 구현하였고 터널 전방에 전기전도도가 콘크리트 블록보다 상대적으로 높은 물질을 이용하여 연약지반을 구현하였다. 모델링을 통한 실험결과는 해석결과와 거의 일치함을 보여주었다.