A three dimensional rock joint element was developed considering fracture mechanics and subcritical crack growth to simulate non-linear behavior and the progressive failure of rock joints. Using this 3-D joint element, joint shear tests of rock discontinuities were simulated by a numerical method. The asperities on the joint surface began to fail at stress levels lower than the rock fracture toughness and continued progressively due to subcritical crack growth. As a result of progressive failing in each and every asperity, the joint showed non-linear stress-time behavior including stress hardening/softening and the reaching of a residual stress.
암반은 여러 가지 지질학적 요인들에 의해 형성된 수많은 절리면들을 경계로 하는 다양한 크기와 형상의 암석블럭들이 맞물려 평행상태를 이루고 있는 불연속체이다. 불연속 암반의 거동은 암석블럭을 이루는 무결암의 역학적 특성뿐만 아니라 암석블럭의 경계를 이루는 절리면들의 공간적 분포특성과 역학적 특성에도 큰 영향을 받는다. 불연속 암반의 거동해석을 목적으로 개발되고 있는 최근의 수치해석 기법들도 대부분 절리면의 영향을 효과적으로 해석에 반영시킬 수 있는 방법을 찾는데 집중하고 있다.(중략)
This study investigates the existing models for estimating the shear strength of rock joints, presents related problems, and introduces a newly proposed model to overcome the problems. The results of many experimental tests show that the shear strength of a rock joint depends on many complex factors, including asperity angle, compressive strength, applied normal stress, friction angle, asperity cohesive strength, and progressive damage of asperities. However, the existing models do not account for these factors enough. To overcome these problems, Son (2020) developed a new model to estimate the shear strength of rock joints and confirmed its reliability by comparing with experimental results and existing models. In this paper, the developed model was used to investigate the various factors that affect the joint shear strength, and the results were compared and analyzed. Through this study, the factors that affect the shear strength of the rock joint could be identified in more detail.
This note presents the calculation of nominal area for rock core specimen under direct shear testing condition. The initial nominal area was assumed as ellipsoid, and the equations for calculating the nominal area are derived. The normalized shear displacement and normalized nominal area have an identical relationship regardless of the ellipsoid shape. New testing constants and the generalized method were suggested to calculate the decrease of the nominal area. The method was applied to calculate the direct shear testing data and the changes of result were discussed.
Both the roughness measurement tests and the multi-stage shear tests were carried out on the 110 rock joint samples in order to investigate the influences of rock type, joint roughness and normal stress on the shear behaviour of rock joints. Test samples were composed of quartz porphyry, dacite, granite and gneiss, which were classified into three detailed groups according to their JRC values. Roughness parameters of rock joints were analyzed by roughness measurement tests, and shear characteristics were also investigated by multi-stage shear tests. Both peak shear strength and shear stiffness were increased as both joint roughness and normal stress were increased, whereas dilation angles showed lower values at the lower roughness and higher normal stress conditions. Besides, shear characteristics obtained from all tests of four different rock types with different rock strengths showed irrelevant details, therefore the influences of both joint roughness and normal stress on shear behaviors were found to be more considerable than the strength of intact rock. The results obtained from both multi-stage shear tests and direct shear tests were finally compared, where the dilation angles obtained from multi-stage shear tests were found to be valid only for the first normal stress conditions.
Rock joint surface roughness is one of the most important parameters in shear behavior analysis of rock joint surface. Until now, estimation of joint surface roughness has been conducted by various statistical methods with two-dimensional analysis. In this study, standard roughness profile suggested by Barton and Choubey (1977) was expanded into a 3D surface and its surface roughness was analyzed by surface angularity parameter. And the validity of quantification based on surface angularity was secured through comparison with $Z_2$ and Ai parameter. Also the surface angularity parameter was compared with shear strength by joint shear test using the replicated specimen.
Proceedings of the Speleological Society Conference
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1996.09a
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pp.77-78
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1996
카르스트는 특이한 수문학적 용식지형이며, 암석의 높은 용식성으로 인해 발달된 암석의 공극(1차적 삼투)과 암석의 구조적 변형인 절리면, 균열면, 단층면, 층리면 등(2차적 삼투)의 확장으로 인하여 발생되어진 경관을 총칭한 것이다. 암석의 용식성만으로 카르스트가 형성된다는 것을 설명하기는 쉽지 않다. 왜냐하면 암석의 구조적인 특성이 중요한 인자이기 때문이다.(중략)
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.11
no.3
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pp.303-314
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2009
Image analyses for sheared joint specimens are performed to study asperity degradation characteristics with respect to the roughness mobilization of rock joints. Four different types of joint specimens, which are made of high-strength gypsum materials, are prepared by replicating the three-dimensional roughness of rock joints. About twenty jointed rock shear tests are performed at various normal stress levels. The characteristic and scale of asperity degradation on the sheared joint specimens are analyzed using the digital image analysis technique. The results show that the asperity degradation characteristic mainly depends on the normal stress level and can be defined by asperity failure and wear. The asperity degradation develops significantly around the peak shear displacement and the average amount of degraded asperities remains constant with further displacement because of new degradation of small scale asperities. The shear strength results using high-strength gypsum materials can not fully represent physical properties of each mineral particles of asperities on the natural rock joint surface. However the results of this quantitative estimation for the relationship between the peak shear displacement and the asperity degradation suggest that the characterization of asperity degradation provides an important insight into mechanical characteristics and shear models of rock joints.
본 연구에서는 최근 5년간 국내 각 지역에서 채취한 802개의 절리면 시료에 대하여 전단시험을 실시하여 얻은 결과를 이용하여, 절리면의 여러 공학적 성질들을 조사, 연구하였다. 절리면 전단시험에서 얻어진 최대마찰각 및 잔류마찰각을 지체구조별, 암종별로 분류하고 통계적으로 구하였으며, Barton의 전단강도식의 입력변수인 JRC, JCS를 측정하고 Barton식의 적용성에 대해서도 검토하였다. 그 결과 설계의 기초자료로 활용할 수 있는 지역별, 주요 암종별 최대마찰각, 잔류마찰각을 제시하였다. 또한, JRC, JCS, 수직응력에 따른 마찰각과 전단강성 및 팽창각의 변화를 분석하였다. 마지막으로, Barton의 식에서 구한 이론적 전단강도와 이 실험에서 얻어진 전단강도를 비교한 결과, Barton의 경험식은 높은 상관도로 암석 절리면 전단강도를 예측할 수 있음을 확인하였다.
Grouting materials in rock is grouted as vein type along the fault surface by the other way for soil and allow a change of characteristics in rock faults as a result of that. Therefore the deformation characteristics of rock faults after grouting differ as a direction and characteristic of grouted fault and stress condition of field rock. Thereby it must be analyzed the effect for deformation of rock according to characteristics of rock faults and characteristics of grouting materials to accurately evaluate the reinforced effect by grouting. But grouting method used in field until present depends on experience of workers, and inspection for those effects are evaluated by measurement of elastic wave velocity, permeability tests and etc. in field. In this study, it was investigated that the effects for shear characteristics of maximum shear strength, residual shear strength and etc. by comparison and analysis of test results which were worked by direct shear tests of rock faults with changing a type of grouting materials and the grouting depth(t) for average width(a) of fault surface roughness when OPC(Ordinary Portland Cement) and Micro cement was grouted in fault surface of field rock to evaluate characteristicsof the shear deformation for rock fault surface of dam by grouting.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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