• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제7권3호
• /
• pp.31-41
• /
• 2006

화강암 시료에서 절리면 시편의 크기효과를 연구하기 위해 6가지 크기의 인공절리 시편을 제작하여 직접전단시험을 수행하였다. 각기 다른 수직응력 0.29~2.65MPa과 절리면의 거칠기 파라미터에 대하여 최대전단응력, 잔류전단응력, 전단강성 및 팽창각이 이 연구를 위해 평가되었다. 거칠기 파라미터중 절리거�s계수(JRC)와 절리면의 압축강도(JCS)는 시편의 크기가 증가할수록 감소하였다. 시편의 절리면적이 $12.25cm^2$에서 $361cm^2$으로 증가할 경우 최대전단응력은 약 56~67%, 잔류전단응력은 18~44%까지 감소하였다. 또한 팽창각은 수직응력이 0.29 MPa일 때 $27^{\circ}$, 2.65 MPa일 때 $6^{\circ}$의 변화를 보였다. JRC 크기효과를 고려한 전단강도 관계식이 Barton의 경험식과 비교되었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제40권3호
• /
• pp.101-108
• /
• 2024

터널 공사중 발생 가능한 쐐기블록(Key block)을 막장관찰 중 인지하여 전방으로 형성되는 쐐기블록을 예상하고, 안전율을 확인할 수 있는 시스템을 개발하였다. 막장관찰시, 레이저 스캐너를 이용하여 암반면의 3차원 점군을 수집하고, 이를 근거로 굴착면을 형상화한 후, 암반 절리면을 도출한다. 절리면은 주향과 경사각을 가지고 있으므로, 절리면들의 조합을 통해 형성되는 쐐기블록을 반복 계산을 통해 도출하고, 각 쐐기블록의 안전율을 계산한다. 모형실험을 통해 시스템의 절리면 특성 산출의 정확성을 확인하였고, 절리면 정보를 입력하여 계산되는 기존 상용 소프트웨어의 결과값과 비교하여 개발 프로그램이 오차 1%이내로 계산 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

• 지질공학
• /
• 제11권1호
• /
• pp.1-11
• /
• 2001

우리나라 지질의 특성은 토층의 두께가 얇아서 보통 10m이상만 굴착해도 암반층이 나타나므로 대규모 지하굴착 공사시 암반층에서의 토압분포 산정방법이 절실하게 요구되고 있는 실정이다. 그러나, 암반층 암압산정시 기존의 경험식인 Terzaghi-Peck, Tschebotarioff식 등을 그대로 적용하는 것은 암반층의 점착력을 대부분 무시하게 되므로 실제 강도를 과소 평가하게 된다. 따라서 암반에서의 절리경사각, 절리면 전단강도, 지반 상재하중등을 고려한 쐐기형 블럭(Wedge Block)의 수평활동력을 산정하는것이 실제 암반층 토류구조물에 작용하는 암압과 근접할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 뒷채움 흙이 점착력을 갖는 흙인 경우 쐐기형상으로 파괴가 일어난다고 가정하여 Coulomb 토압이론을 확장하여 힘의 평형 조건을 이용해 Prakash-Saran(1963)이론과 절리면의 전단강도 결정공식 $\tau$=c+$\sigma$tan $\Phi$를 적용해서 암반층에 작용하는 암압을 산정하였다. 산정된 이론식을 이용하여 절리면 충전물의 상태 변화에 따른 절리면 전단 강도와 절리경사각을 바꿔가면서 해석해 본 결과, 암반층은 자체의 점착력과 내부마찰각이 크므로 절리방향과 경사각이 굴착면을 향해 어떻게 정해지느냐에 따라서 토압이 작용하기도 하고 작용하지 않을 수도 있다. 본 연구에서 산정된 이론식은 향후 절리면 전단강도 산정시 필요한 강도정수, 절리면의 방위와 상태, 과잉측압, 동적하중, 지진을 비롯한 많은 지반정수(Parameter)들을 보다 엄밀히 산정하고, 특히 암반층에 작용하는 지하수위 효과등을 고려하여, 실제 현장에서 계측된 많은 자료와의 분석을 통해 그 적용성이 검토되어야 할 것으로 판단된다.

• 지질공학
• /
• 제12권4호
• /
• pp.421-437
• /
• 2002

절리면에서의 이방성 및 전단거동을 정량적으로 파악하기 위한 목적으로 암석 절리면에 석고 몰드를 제작한 후 시멘트 몰타르를 이용하여 복제된 절리모델에 직접전단시험을 실시하였다. 시험 전 암석 시험편의 절리면에 대하여 기계식 단면측정기를 이용하여 절리면의 거칠기를 측정하고 이에 대한 결과를 수치화하였다. 수치화를 통하여 제시된 좌표값을 통하여 거칠기의 통계적 변수와 프랙탈 차원을 구하였다. 대부분의 절리모형에서, 낮은 수직응력 수준에서 전단변위에 따른 전단응력의 값이 지속되거나 상승하였다. 이는 자연상태의 절리면에 대하여 형성된 전리모형의 경우 단일 거칠기 특성에 의존되지 않음을 나타낸다 거칠기에 대한 여러 통계적 변수에 의해 제시된 단면의 특성과 전단강도와의 관계는 일정하지 않으며, 대부분 낮은 상관관계를 가지고 있음이 확인되었다. JRC를 이용한 Barton의 경험식과 실제 실험에서 주어진 값을 비교한 결과 Barton의 경험식은 거칠기에 대한 이방성의 영향을 고려하기 어려우며, 절리면에 대한 특성을 파악함에 있어서 적절하지 않은 것으고 판단된다. 프랙탈 차원의 경우 동일한 단면에 대하여 이방성을 고려할 수 있었으며, 이를 이용한 경험식을 사용한 결과 시험결과와 유사한 이방성을 인지할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제3권3호
• /
• pp.15-29
• /
• 2001

NMT 공법의 올바른 적용을 위해선 암반속 절리면 거동분석이 선행되어야함을 인식하고 절리면의 전단특성 및 구성모델을 검토하였다. 특히, Barton-Bandis 모델로 대변되는 비선형 절리 모델의 정확한 이해와 모델을 구성하고 있는 제반 물성치의 합리적인 산출을 위하여 암반의 불연속체 거동을 지배하는 중요인자인 절리면 거칠기(JRC), 절리면 압축강도(JCS) 및 잔류마찰각(${\phi}_r$)에 대한 매개변수 분석을 수행하여 합리적인 입력값 산정이 가능하도록 하였다. 또한 Barton-Bandis 모델과 Mohr-Coulomb 모델과의 비교분석을 통하여 불연속체 거동 특성파악을 위한 구성모델을 검토하고자 하였다. 본 연구 결과 JRC 및 ${\phi}_r$의 영향이 JCS에 비해 상대적으로 큰 것으로 평가되었으며, 터널안정 해석시에 낮은 JRC 값을 채택하는 것이 반드시 불안전측을 고려하는 것은 아님을 알 수 있었으며, ${\phi}_r$은 암반의 거동에 큰 영향을 주는 매우 중요한 요소이므로 ${\phi}_r$값에 대한 합리적인 산정이 필요한 것을 알 수 있었다. 아울러 전단시 절리면의 팽창효과가 암반의 거동에 중요한 역할을 하는 경우, 전단변형 진행에 따라 절리면의 거동을 효과적으로 구현할 수 있는 Barton-Bandis 모델이 Mohr-Coulomb 모델에 비해 더욱 적절함을 알 수 있었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제22권2호
• /
• pp.106-119
• /
• 2012

암석 절리면의 거칠기는 대부분 2차원 프로파일의 기하학적 특징에 초점을 맞추어 기술되어 왔다. 그러나 거칠기를 합리적으로 평가하기 위해서는 수직 및 전단하중하에서 실제 접촉 상태에 놓여 발현되는 유효 거칠기 특성을 적절히 반영할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 편마암 인장 절리의 복제 시험편에 직접전단시험을 수행하고 전단 방향에 따른 강도 및 거칠기 특성을 고찰하였다. 이 과정에서 절리면의 3차원 형상을 삼각형 요소의 집합으로 재구성하고, 각 요소의 거칠기를 전단 방향에 따른 활성, 비활성 미세거�s각을 이용하여 정의하였다. 수치적 알고리즘을 이용하여 최대전단강도 발현 시 접촉면의 위치와 면적을 예측한 결과, 접촉면의 분포는 미세 거�s각의 분포와 밀접한 관계를 보였으며, 활성거�s각을 갖는 요소만이 전단 거동에 주도적인 역할을 수행하였다. 따라서 활성거�s각의 분포 특성을 모사할 수 있는 확률밀도함수를 제시하고, 이 과정에서 얻어지는 활성거칠 기계수 $C_r$을 암석 절리면의 새로운 거칠기 정량화 계수로 제안하였다. 각 시험편에 대한 전단방향에 따른 $C_r$과 실험 결과를 비교한 결과, $C_r$이 절리면의 거칠기를 정량화하고 전단 강도를 예측하는 데 있어 매우 유용한 파라미터임을 확인하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권5호
• /
• pp.401-412
• /
• 2013

전단거동에 의한 절리면의 거칠기 변화가 전단강도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 절리면 강도가 상이한 편마암, 화강암 및 셰일 시료를 이용하여 순차적 다단계 전단시험을 수행하였다. 시험단계별로 절리면 프로파일의 고도를 측정하여 거칠기 계수를 산정하고 미세 거칠기 빈도 변화를 조사하였다. 거칠기 감쇠에 대한 최적의 거칠기 계수를 산정하여 반복된 전단거동에 의한 순차적 거칠기 감쇠특성을 고찰하였다. 전단강도식을 산정하여 점착력과 마찰각의 차별적 변화양상을 도출하였으며, 표면 거칠기의 마모, 파쇄 및 재형성에 의한 미세 거칠기 빈도변화를 조사하여 강도계수 변화의 원인적 요인을 분석하였다. 또한, 미세 거칠기 변화양상이 전단강도에 미치는 영향을 절리면 강도를 고려하여 분석하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제16권2호
• /
• pp.166-178
• /
• 2006

암반구조물의 대형, 대단면화에 따라 자유면에 노출된 암반블록의 거동특성 평가가 더욱 중요해지고 있으며, 최근 들어 지진이나 발파, 고속철도의 운행에 의한 진동 등으로 야기되는 동적하중의 발생빈도가 증가하는 추세이므로 동적 하중조건 하에서 암반 절리의 거동특성 파악을 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 거친 절리면의 동적 마찰거동 특성 파악을 위해 인공 인장절리시료를 제작하고 3차원 표면거칠기 측정을 통해 인장절리면의 거칠기 특성을 분석하였으며, 다양한 조건에서 진동대 시험을 수행하였다. 절리면이 맞물린 조건에서 경사시험을 통해 구한 한계 경사각과 진동하중 하에서의 임계가속도로부터 역산한 정적 마찰각을 비교한 결과 동하중 하에서 정적 마찰각이 평균 $2.7^{\circ}$ 정도 낮게 산정되는 경향을 보였다. 엇물린 상태에서 진동하중에 의해 미끄러지는 암석블록의 가속도 및 변위 계측결과를 블록거동 프로그램에 의한 결과와 비교하여 동적 마찰각을 산정하였는데 동적 마찰각 역시 한계 경사각에 비해 평균 $1.8^{\circ}$ 감소하는 결과를 얻었다. 미끄러짐 변위패턴을 4가지로 분류하였으며 이는 절리면의 1차 거칠기와 관련있는 것으로 나타났다. 절리면이 맞물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 정적 마찰각은 2차 거칠기를 표현하는 파라미터인 평균 거 각과 상관성을 가지는 것으로 보이나, 엇물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 동적 마찰각은 거칠기 파라미터와 특별한 상관성을 파악할 수 없었다. 진동대 시험에 의한 동적, 정적 마찰각은 직접전단시험에 의한 마찰각 결과보다 작게 산정되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제11권3호
• /
• pp.303-314
• /
• 2009

암석 절리면의 거칠기의 발현에 따른 돌출부의 손상 특성을 연구하기 위해 전단시험 한 절리면 시편에 대한 이미지 분석을 수행하였다. 동일한 절리면에 대한 반복적인 시험에는 복제 시편을 사용한 모델시험이 가장 적합하였으므로 암석절리면으로부터 각기 다른 4종류의 3차원 거칠기를 복제하고, 고강도 석고를 사용한 시편을 제작하였다. 연직응력 수준을 변화시키며 총 20여회의 전단시험을 실시하였으며, 전단된 시편의 디지털 사진의 이미지 분석을 통하여 손상된 거칠기의 국지적 양상과 규모를 분석하였다. 분석 결과 거칠기의 손상 특성은 연직응력의 수준에 크게 의존하며, 돌출부의 파괴와 마모로 규정할 수 있는 것으로 나타났다. 돌출부 손상은 첨두 전단변위에서 가장 많이 발생하며, 변위가 증가하면 작은 돌출부들이 새롭게 손상되어 평균적인 돌출부의 손상 규모는 일정한 것으로 나타났다. 고강도 석고를 사용한 전단시험 결과에 자연 암석절리의 돌출부를 구성하는 광물입자의 물리적 특성이 완전하게 반영될 수는 없다. 그러나 첨두 전단변위와 돌출부 손상과의 상관관계에 대한 정량적 연구 결과는 돌출부 손상 특성의 파악이 암석 절리면 역학적 특성과 전단모델의 연구에 매우 중요한 수단이 될 수 있음을 보여준다.

• 터널과지하공간
• /
• 제13권3호
• /
• pp.169-179
• /
• 2003

암석의 절리면 전단강도의 이방성을 연구하기 위하여 인공절리면을 형성한 시편에 대한 실험을 실시하고 그 결과를 분석하였다. 즉 낮은 수직응력 상태에서 전단 방향에 따른 전단강도, 전단강성 및 마찰각을 구하기 위한 실험을 실시하였다 그 결과 낮은 수직응력하에서 전단 강도 및 강성은 전단 방향에 따라 이방성을 보이며, 특히 수직응력 2.45 MPa미만에서 뚜렷하였다. 그리고 수직응력이 증가할수록 절리면의 이방성 효과는 감소하였다. 따라서 낮은 수직응력 하에서 전단강도 및 강성값을 보다 정확히 구하기 위해서 Barton의 식에 전단방향을 고려한 보정함수 F(a)를 반영하여 새로이 수정식을 제안한다.