• 터널과지하공간
• /
• 제21권2호
• /
• pp.93-102
• /
• 2011

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.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제17권2호
• /
• pp.13-20
• /
• 2001

외부하중의 작용방향에 의한 암반의 강도 및 변형이 달라지는 것을 강도 이방성, 또는 변형이방성이라 정의되어 진다. 강도 또는 변형 이방성은 층리진 퇴적압, 박층모양의 변성암, 균일하게 절리가 나있는 암석에서 흔히 볼 수 있다. 이러한 강도이방성에 대한 경험적 및 이론적 관점에서의 파괴 규준은 Jaeger(1960), McLamore와 Gray(1967), Donath(1972), Nova(1980), Hoek과 Brown(1980), Ramamurthy(1985)등 많은 학자들에 의해서 연구되어져 왔다. 본 논문에서는 셰일에 대한 삼축 압축시험을 통하여 층리각도에 따른 강도 이방성을 확인하고, 점착력, 내부 마찰각 및 재료상수의 물성치를 회귀분석을 통하여 구하였다. 또한, 수정된 Hoek과 Brown, Ramamurthy 등의 식을 통해 기존의 파괴규준식 및 수정된 식이 강도이방성적 특성을 나타내는 이 지역 셰일에 대한 적용가능성을 논하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제31권6호
• /
• pp.480-493
• /
• 2021

일반화된 Hoek-Brown(GHB) 파괴기준식은 GSI 값을 이용하여 현장 암반조건이 반영된 강도정수 값을 효과적으로 결정할 수 있기 때문에 암반공학 분야에서 표준 파괴기준식의 하나로 인식되고 있다. 그러나 GHB 파괴기준식의 비선형적 형태는 이 식의 수학적 취급을 어렵게 하고 이 식의 적용 범위를 제약하는 요인이 되고 있다. GHB 파괴기준식의 이러한 단점을 극복하기 위한 노력의 하나로 Taylor 다항함수 근사원리를 적용하여 파괴 최대주응력에 대응하는 최소주응력을 근사적으로 계산할 수 있는 명시적, 해석적 수식을 유도하였다. 근사식으로 구한 최소주응력과 수치해석적으로 계산한 정해를 비교하여 이 연구에서 유도한 최소주응력 근사식의 정확성을 검증하였다. 연구결과의 응용사례를 제시하기 위해 근사 최소주응력 계산식을 활용하여 GHB 암반에 굴착된 원형터널 주변에 예상되는 소성영역의 등가 마찰각과 등가 점착력을 계산하였다. 소성영역의 등가 Mohr-Coulomb 강도정수를 정밀하기 산정하기 위해서는 mi, GSI, 초기지압의 크기를 동시에 고려하는 것이 중요한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제9권3호
• /
• pp.263-273
• /
• 2007

일반적으로 고심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동의 굴착에 따른 유도응력으로 인하여 공동 경계면에서 스폴링(spatting)이나 슬래빙(slabbing)과 같은 취성파괴가 발생할 수 있다. Hoek-Brown과 Mohr-Coulomb 파괴기준과 같은 전통적인 파괴기준을 적용한 결과 취성파괴현상과 파괴심도 등을 예측할 수 없는 것으로 나타나 취성파괴를 예측하기 위한 여러 모델이 제안되었으며, 그 중 CWFS 모델이 적합한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 모형실험에서 얻어진 원형공동주변의 취성파괴현상을 모델링하기위하여 CWFS 모델을 적용하였으며, 입력자료의 산정을 위해 암석의 손상정도와 손상에 따른 물성의 변화를 측정하는 손상제어시험을 수행하였다. CWFS 모델에 의해 예측된 파괴양상을 전통적인 파괴기준에 의한 해석결과 및 모형실험결과와 비교하여 취성파괴모델링의 적용성을 평가하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제9권7호
• /
• pp.45-51
• /
• 2008

강도이방성 암석의 파괴규준에 관한 연구를 위해 대구지역에 널리 분포되어 있는 beddding-plane을 지닌 즉, 고유 이방성 암석인 셰일(shale)을 대상으로 삼축압축시험을 수행하였다. 시험과정에 있어 구속압력은 5, 10, 20, 30, 40MPa으로 단계적으로 증가시켜 시험을 수행하였으며, 시료의 파괴를 위한 전단속도는 대상시료가 5~15분안에 파괴가 일어나도록, 0.1%/min을 적용하였다. beddding-plane을 포함한 고유 이방성 암석에 대한 시험결과는 최대주응력축과 beddding-plane사이의 각도에 따라 전형적인 shoulder-type으로 나타났으며, 구속압력이 증가할수록 이방성 효과가 줄어드는 경향을 나타내었다. 불연속면의 각도에 따른 암석의 강도 변화는 무결암 상태와 유사한 조건인 ${\beta}=0^{\circ}$와 $90^{\circ}$에서 최대의 압축강도를 보였고, 최소의 강도를 갖는 ${\beta}$ 값은 대략 $30^{\circ}$ 정도로 나타났다. 또한 Hoek & Brown 파괴규준은 암석의 강도이방성을 나타내는데 모든 ${\beta}$ 값의 범위에서 실측치와 잘 부합되는 결과를 주었으나 Jaeger의 파괴규준은 ${\beta}=15^{\circ}{\sim}45^{\circ}$ 범위에서만 실측치에 접근하는 경향을 보였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제14권4호
• /
• pp.295-303
• /
• 2004

연약층과 견고한 암반층이 습곡형태로 혼재된 지질조건의 지하 심부 채굴 현장을 대상으로, 심부 급경사 연약층의 단계적 굴착 진행에 따른 갱도 및 주변 암반의 거동 양상을 전산해석과 현장계측을 통하여 비교 분석하였다. 전산해석에서는 Hoek ＆ Brown의 경험적 파괴기준 및 변형률연화모델을 적용한 탄소성 해석 기법을 이용하였다. 현장계측에서는 유압캡슐, 지중변위계, 내공변위계를 갱도 및 주변 암반에 설치하여 응력과 변위를 계측하였다. 경험적 파괴조건 및 변형률연화모델을 이용한 탄소성 해석은, 현장 지질조건 및 채굴과정의 복잡함에도 불구하고 현장계측결과와 유사한 양상을 보여주어 타당성을 검증할 수 있었다. 이러한 전산해석 및 현장계측의 비교를 통해 지하 굴착 갱도의 변형 거동 과정을 예측하고 이후의 굴착 및 지보보강 설계의 지침을 제공할 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
• /
• 제9권3호
• /
• pp.221-229
• /
• 1999

수치모델링을 통한 암반구조물 설계 및 안정성 평가에서 가장중요한 것은 현지암반의 파괴조건계수, 압축강도, 탄성계수 등이다. 본 연구에서는 기 연구된 문헌들과 150 set의 삼축압축자료들을 비교분석함으로써 입력자료의 적용성을 제안하였다. Hoek-Brown이 제시한 신선암의 암종별 파괴조건계수와 삼축실험자료의 분석에 의한 파괴조건계수 사이에는 많은 차이가 있었다. 그러나, 압축강도의 변환식들은 RMR에 따라 모두 유사한 거동을 보여 주었다. 한편, 탄성계수의 변환식들은 식의 선택에 따라 많은 차이가 나는 것으로 분석되었으나, Nicholson 등의 제안식이 각 사례들과 대비하여 더 현실적인 것으로 분석 되었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제27권1호
• /
• pp.39-49
• /
• 2017

다양한 암반구조물의 안전도를 정량적으로 표현하는 지수로 안전율이 흔히 사용된다. 그러므로 동일한 응력조건에서 산정된 안전율이라 할지라도 안전율의 정의에 따라 안전율 계산 값의 차이가 있을 수 있으므로 적용하는 안전율의 정의와 특성을 이해하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 Mohr-Coulomb 파괴조건식과 Hoek-Brown 파괴조건식을 활용하여 최대전단응력, 최대전단강도, 응력불변량, 최대주응력을 기반으로 하는 4종의 국부안전율을 정의하였다. 이어서 5가지 응력경로에 따른 각 안전율의 변화특성을 고찰하였다. 암반구조물 해석시 전통적으로 많이 이용되고 있는 전단강도 기반의 국부안전율은 최대주응력 및 응력불변량 기반의 안전율에 비해 높은 안전율 값을 계산함을 보였다. 이러한 결과는 보수적 암반공학적 설계가 필요한 경우 전단강도 기반의 국부안전율보다 최대전단응력이나 응력불변량 기반의 국부안전율 도입이 필요하다는 것을 말해준다. 또한 응력경로에 따라 파괴 시 최대주응력 값도 큰 차이가 있을 수 있음을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제19권4호
• /
• pp.167-178
• /
• 2003

발파설계가 터널 굴착 시 암반손상 및 여굴에 미치는 영향을 분석하고 암반손상 및 여굴이 터널 안정성에 미치는 영향을 분석함으로서 발파설계가 터널 지보설계에 미치는 영향을 연구하였다. 도로터널의 일반적인 발파패턴에 대해 동적발파 수치해석을 시행하고 연속체 손상역학(continuum damage mechanics)의 손상변수(damage variable)를 이용하여 여굴과 암반손상 정도를 분석함으로서 터널 굴착면 주위의 암반손상 정도와 영역을 구분하였다. 또한 발파하중 같은 동적하중이 암반내를 전파할 때 변화하는 암반의 동적파괴기준에 대한 연구를 수행하였다. 발파 암반손상 영향을 터널 안정성 해석에 반영하기 위하여 손상된 암반강성과 파괴기준을 적용하였다. 손상된 암반강성은 손상역학의 강도감소 모델을 이용하여 감소시켰다. 손상된 암반의 파괴기준은 암반강성과 지질강도지수의 관계식에서 도출한 손상된 지질강도지수(GSI$GSI_d$)를 적용함으로서 산출한 수정 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하였다. 암반손상을 고려하여 터널안정성을 해석한 결과, 암반손상을 고려하지 않는 경우와 비교하여 소성영역 범위가 확대되고 변위량이 증가하였다. 이는 발파암반손상을 고려하지 않고 터널설계를 하는 경우 단기적 혹은 장기적으로 터널안정성이 위협받을 수 있음을 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제24권11호
• /
• pp.111-120
• /
• 2008

포항지역 일원에 분포하는 이암을 대상으로 암석의 파괴강도에 대한 유도이방성을 분석하기 위하여 인공절리면을 갖는 이방성 암석에 대한 일축 및 삼축압축시험을 수행하였다. 시험결과, 일축압축강도와 삼축압축강도의 최소치는 인공절리면의 각도 ${\beta}=30^{\circ}$에서 나타났으며, 이방성 유형은 어깨형태(shoulder type)를 보였다. 또한 일축압축시험에서의 이방율을 산정한 결과, $R_c=9.0$으로 나타나 매우 높은 이방성에 속한 반면, 삼축압축시험에서 이방율은 $1.29{\sim}1.98$ 정도의 낮은 이방성으로 나타났다. Ramamurthy(1985) 파괴규준식에 n 지수를 도입하여 일축압축시험결과를 분석한 결과 ${\beta}=0^{\circ}{\sim}30^{\circ}$에서는 n=1인 곡선과 ${\beta}=30^{\circ}{\sim}90^{\circ}$에서는 n=3인 곡선이 가장 적절한 값을 예측하는 것으로 나타났다. 또한 삼축압축시험결과를 Ramamurthy 파괴규준식을 적용하여 분석하기 위해 매개변수 산정에 관한 Ramamurthy 제안식에 일축압축강도에서의 이방율을 도입하여 제안식을 일부 수정하였다. 이를 이용하여 매개변수를 재산정하고 Ramamurthy 파괴규준식에 적용한 결과 전반적으로 실험치와 잘 일치되는 것으로 나타났다. 또한, Jaeger(1960), McLamore & Gray(1967) 및 Hoek & Brown(1980)의 파괴규준을 적용하여 이암의 파괴강도에 대한 이방성을 살펴보았다.