본 연구에서는 Mohr-Coulomb 선형 모델 및 Duncan-Chang 비선형 모델을 사용하여 개착하부 통신구 터널에 대한 수치해석을 수행하였다. 해석결과, Mohr-Coulomb 모델이 Duncan-Chang 모델보다 큰 변위(통신구 터널에서 $10{\sim}14%$, 주변 지반에서 32%)를 산출하였다. 이는 터널부 토피의 영향으로 지반변위해석은 반드시 두 모델 결과의 종합평가가 필요하다. 지반응력은 Mohr-Coulomb 모델이 Duncan-Chang 모델보다 $5{\sim}10%$ 큰 값을 산출하였다.
A direct application of the WKB quantization to the three-dimensional Coulomb potential does not yield the exact eigenenergies. The three-dimensional Coulomb potential is converted to a Morse potential by using the point canonical transformation. Then the WKB quantization is applied to the Morse potential to find a relationship between the eigenenergies of the Coulomb and those of the Morse potentials. From the relationship the exact eigenenergis of the Coulomb potential are determined. The same method is found to be also valid for the three-dimensional harmonic oscillator potential. And the Langer modified WKB quantization is algebraically derived.
Friction causes self-excited vibration, stick-slip vibration and any other friction-induced phenomena. That kinds of vibrations cause chatter and squeal. In order to predict such vibrations accurately, employing an accurate friction model is very important because a dynamic behavior of a system with friction is dominantly governed by a friction model. A Coulomb friction model is the most widely known model. Coulomb friction model is useful model to obtain analytical solutions of the system with friction and the model gives relatively good simulation result. However, defining a friction force at a stick state in simulation is hard because of the characteristic itself and a Coulomb friction model is discontinuous function between a static and a dynamic friction coefficient. Therefore, applying the Coulomb friction model to a simulation is not appropriate. In order to resolve these problems, an approximated Coulomb friction model was developed using simple and continuous function. However, an approximated Coulomb friction model cannot realize stick. Therefore, an approximated Coulomb friction model cannot describe friction phenomena accurately. In order to analyze a friction phenomenon accurately, a friction model for a simulation was proposed in this paper. A proposed friction model realizes stick and gives reasonably good results compared to results obtained by the simulation employing an approximated Coulomb friction model. Accuracy of a proposed friction model was verified by comparing experimental results.
Combining the analytical transfer matrix method with supersymmetry algebra, a new quantization condition is suggested. To demonstrate the efficiency of the new quantization condition, the eigenenergies of the Coulomb potential are analytically derived. The scattering-led phase shifts are also determined and they are the same for all Coulomb potential states. It is found that the new quantization condition is mathematically simple and exact.
본 연구에서는 제주도 현무암에 대한 삼축압축시험을 실시하고 암석의 Mohr-Coulomb파괴규준과 Hoek-Brown파괴규준을 적용하여 강도정수를 산정하였다. 그리고 각각의 파괴규준에 의해 산정된 강도정수를 비교검토하여 각각의 파괴규준에 대한 특성을 고찰하였다. 암석의 Mohr-Coulomb파괴규준을 적용한 결과 표선리 현무암의 경우 점착력은 5.35 MPa, 내부마찰각은 $50.25^{\circ}$이고, 조면암질 현무암의 경우 점착력은 16.99 MPa, 내부마찰각은 $60.66^{\circ}$이며, 스코리아의 경우 점착력은 2.33 MPa, 내부마찰각은 $37.05^{\circ}$이다. 암석의 Hoek-Brown의 파괴규준에 대한 회귀분석결과를 토대로 암석의 점착력과 내부마찰각을 선정할 수 있다. 표선리 현무암의 경우 점착력은 4.77 MPa, 내부마찰각은 $52.47^{\circ}$이고, 조면암질 현무암의 경우 점착력은 14.69 MPa, 내부마찰각은 $60.70^{\circ}$이며, 스코리아의 경우 점착력은 2.22 MPa, 내부마찰각은 $47.60^{\circ}$이다. 이상의 결과를 토대로 Mohr-Coulomb의 파괴포락선과 Hoek-Brown의 파괴규준으로부터 추정된 파괴포락선을 비교한 결과 Hoek-Brown의 파괴규준은 Mohr-Coulomb의 파괴규준보다 점착력은 대체로 낮게 평가되는 반면, 내부마찰각은 크게 평가되고 있다.
암석의 파괴조건식으로 Mohr-Coulomb 및 Hoek-Brown 함수가 널리 이용되고 있으나 이들 함수는 중간주 응력을 고려할 수 없다는 단점이 있다. 최근의 연구결과에 의하면 암석의 파괴강도는 중간주응력의 크기에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 주요 암반구조물의 안전설계를 위해서는 중간주응력이 고려된 3차원 암석파괴조건식이 도입될 필요성이 있다. 이 연구에서는 주응력좌표계의 자오면에서 선형으로 나타나며 또한 Mohr-Coulomb 파괴곡면의 모서리에 부드럽게 접하는 3차원 파괴함수인 Jiang & Pietruszczak(1988) 함수가 암석의 진삼축압축강도 예측에 활용될 수 있는 가능성에 대하여 논의하였다. Jiang & Pietruszczak 함수를 이용하여 실제 진삼축압축시험 결과를 모사함으로써 이 함수의 성능을 평가하였다.
본 연구에서는 국내 지반굴착에 의한 지반거동 수치해석 평가 시 주로 사용되고 있는 Mohr-Coulomb 모델의 한계점을 분석하고, 실제 지반굴착 거동에 잘 부합되는 Hyperbolic 모델과 수치해석 결과를 비교하였다. 최근 국내에서 Mohr-Coulomb 모델 사용 시 지반굴착면이 실제보다 과다하게 융기되는 현상을 제어하기 위해서 특별한 경계조건을 임의대로 부과해서 해결하는 경향이 있다. 이러한 결과는 굴착면의 융기량의 크기만 제어할 뿐 지반거동이 실제와 왜곡되어 나타나는 문제점을 내포하고 있다. 본 연구에서 Hyperbolic 모델(Hardening Soil model)을 사용한 결과와 Mohr-Coulomb 모델을 사용한 결과를 비교하여, Hyperbolic 모델이 굴착 지반 융기량 및 실제 지반의 응력-변형거동에 더 잘 부합됨을 확인하였다. 지반굴착에 관한 수치해석 분석 시 Hyperbolic 모델을 사용하는 것이 실제 지반거동에 부합되는 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
소규모 역단층성 변위에 의한 단층주변부의 Coulomb stress의 변화를 모델 분석하였다. 본 연구에서 사용된 단층의 기하학적 형태와 응력자료는 경주시에 위치한 제4기 단층인 읍천단층의 조건을 적용하였다. Coulomb stress 모델링에서 단층면을 따라 역단층성 소규모 변위(10cm)를 가정할 경우 단층의 가장자리 주변(주향방향 양끝과 경사방향)에서 Coulomb stress의 변화가 상대적으로 높게(>2 bar) 나타났고 단층의 상하부에서 감소하는 경향을 보였다. 단층의 수직적인 단면에서는 단층의 직하부와 단층 주향의 수직방향에 "T" 자 형태의 낮은 음의 값을 보였다. 본 연구 결과는 주 단층의 역단층성 변위에 의해 나타나는 여진의 전파경로 양상을 보여준다.
The three-dimensional failure criterion is essential for maintaining wellbore stability and sand production problem. The convenient factor for a stable wellbore is mud weight and borehole orientation, i.e., mud window design and selection of borehole trajectory. This study proposes a new three-dimensional failure criterion with linear relation of three in-situ principal stresses. The number of failure criteria executed to understand the phenomenon of rock failure under in-situ stresses is the Mohr-Coulomb criterion, Hoek-Brown criterion, Mogi-Coulomb criterion, and many more. A new failure criterion is the extended Mohr-Coulomb failure criterion with the influence of intermediate principal stress (σ2). The influence of intermediate principal stress is considered as a weighting of (σ2) on the mean effective stress. The triaxial compression test data for eleven rock types are taken from the literature for calibration of material constant and validation of failure prediction. The predictions on rock samples using new criteria are the best fit with the triaxial compression test data points. Here, Drucker-Prager and the Mogi-Coulomb criterion are also implemented to predict the failure for eleven different rock types. It has been observed that the Drucker-Prager criterion gave over prediction of rock failure. On the contrary, the Mogi-Coulomb criterion gave an equally good prediction of rock failure as our proposed new 3D failure criterion. Based on the yield surface of a new 3D linear criterion it gave the safest prediction for the failure of the rock. A new linear failure criterion is recommended for the unique solution as a linear relation of the principal stresses rather than the dual solution by the Mogi-Coulomb criterion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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