• 터널과지하공간
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• 제22권5호
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• pp.354-364
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• 2012

본 연구에서는 석회암 지반에서 광산개발이나 토목공사를 수행할 때 데이터베이스로 활용될 수 있는 암석의 기초 물성들을 파악하기 위하여, 제천지역 석회암을 대상으로 수많은 실내 역학시험을 실시하여 암석의 단위중량, 흡수율, 간극률, 탄성파 속도, 쇼어경도, 일축압축강도, 인장강도, 영률, 포와송비, 점착력, 내부마찰각 등의 각종 물리적 성질을 조사하였다. 연구 지역에 분포하는 회색석회암과 이질석회암의 역학적 특성을 비교 검토하였으며, 이질석회암은 회색석회암에 비하여 단위중량은 작고 간극률과 흡수율은 크게 나타나 각종 역학적 특성은 상대적으로 작게 평가되었다. 또한 Mohr-Coulomb 파괴기준과 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하여 제천 석회암의 파괴조건을 해석하였으며, 여러 가지 물성간의 단순회귀분석과 다중회귀분석을 통해 물성 상호간의 관련성을 알아보았다.

• 터널과지하공간
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• 제25권3호
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• pp.231-243
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• 2015

본 연구에서는 최근 재개발되고 있는 정선지역의 철광산에서 현장 초기지압 시험과 수많은 암석 실내시험을 실시하였다. 본 광산의 측압계수는 심도가 깊어질수록 작아지는 경향을 보였으며 평균값은 1.10으로 나타났다. 본 광산에 주로 분포하는 네 가지 암종인 백운암, 규장암, 화강암, 철광석에 대한 실내시험을 통해 암석의 단위중량, 공극률, 흡수율, 탄성파속도, 일축압축강도, 영률, 포와송비, 인장강도, 쇼어경도, 내부마찰각, 점착력 등의 각종 역학적 특성을 조사하였다. 실내시험 결과의 통계분석을 통해 암종별 물성을 비교하였고 물성 상호간의 관련성을 검토하였는데, 철광석보다는 규장암이나 화강암의 강도특성이 더 컸으며 암석 물성 간의 일반적인 상관관계와는 반대되는 현상도 발견되었다. 또한 Mohr-Coulomb 파괴조건과 Hoek-Brown 파괴조건을 적용하여 네 가지 암석의 파괴조건을 해석하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권1호
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• pp.49-68
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• 2023

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.

• Geomechanics and Engineering
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• 제18권3호
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• pp.225-234
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• 2019

A numerical stepwise approach for cavity expansion problem in strain-softening rock or soil mass is investigated, which is compatible with Mohr-Coulomb and generalized Hoek-Brown failure criteria. Based on finite difference method, plastic region is divided into a finite number of concentric rings whose thicknesses are determined internally to satisfy the equilibrium and compatibility equations, the material parameters of the rock or soil mass are assumed to be the same in each ring. For the strain-softening behavior, the strength parameters are assumed to be a linear function of deviatoric plastic strain (${\gamma}p^*$) for each ring. Increments of stress and strain for each ring are calculated with the finite difference method. Assumptions of large-strain for soil mass and small-strain for rock mass are adopted, respectively. A new numerical stepwise approach for limited pressure and plastic radius are obtained. Comparisons are conducted to validate the correctness of the proposed approach with Vesic's solution (1972). The results show that the perfectly elasto-plastic model may underestimate the displacement and stresses in cavity expansion than strain-softening coefficient considered. The results of limit expansion pressure based on the generalised H-B failure criterion are less than those obtained based on the M-C failure criterion.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권1호
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• pp.59-69
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• 2018

This study focused on the mechanical and hydraulic characteristics of underwater tunnels based on Mohr-Coulomb (M-C), Hoek-Brown (H-B) and generalized H-B failure criteria. An improved approach for calculating stress, displacement and plastic radius of the circular tunnel considering hydraulic-mechanical coupling was developed. The innovation of this study was that the radius-incremental-approach was reconstructed (i.e., the whole plastic zone is divided into a finite number of concentric annuli by radius), stress and displacement of each annulus were determined in terms of numerical method and Terzaghi's effective stress principle. The validation of the proposed approach was conducted by comparing with the results in Brown and Bray (1982) and Park and Kim (2006). In addition, the Rp-pin curve (plastic radius-internal supporting pressure curve) was obtained using the numerical iterative method, and the plastic radius of the deep-buried tunnel could be obtained by interpolation method in terms of the known value of internal supporting pressure pin. Combining with the theories in Carranza and Fairhurst (2000), the improved technique for assessing the reliability of the tunnel support was proposed.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권11호
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• pp.51-60
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• 2014

한계상태설계법의 하나인 하중저항계수설계법의 이용이 북미를 중심으로 점차 확산되고 있는 가운데, 국내에서도 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 국내에서는 자료가 충분히 확보되지 못하여 기초구조물의 설계에 AASHTO에서 제안한 저항계수를 설계에 이용하고 있다. AASHTO에서 제안하고 있는 저항계수는 북미에 보편적으로 존재하는 암반조건을 이용하여 결정된 저항계수로서, 국내지반에 적합한 저항계수를 독자적으로 개발할 필요가 있다. 또한, 기존의 신뢰성 분석 기법에서는 하중저항계수를 결정할 때, 저항의 최소값을 0으로 가정하는 일반적인 대수정규 분포를 이용하기 때문에, 이로부터 산정한 파괴확률은 비현실적이라고 알려져 있다. 따라서, 이를 개선하기 위하여 저항계수를 산정할 때 저항의 하한값이 0이 아닌, 현실적으로 의미가 있는 하한지지력을 이용하는 방법이 최근에 고안되었다. 따라서, 본 연구에서는 국내에서 수행된 현장타설말뚝 13본에 대한 재하시험자료를 면밀히 분석하여 저항계수를 산정한 다음, 현실성 있는 하한지지력을 산정하여 저항계수 값을 보정하였다. 그 결과, 목표신뢰도지수가 3.0일때, 기존의 신뢰성 분석 기법으로부터 산정된 주면저항계수와 선단저항계수는 각각 0.13-0.32, 0.19-0.29 이었으며, 하한지지력을 보정하여 구한 주면저항계수와 선단저항계수는 Carter & Kulhawy 공식의 경우 각각 8%와 13% 증가하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제22권6호
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• pp.553-564
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• 2020

In this study, a simple numerical approach for a circular tunnel opening in strain-softening surrounding rock is proposed considering out-of-plane stress and seepage force based on Biot's effective stress principle. The plastic region of strain-softening surrounding rock was divided into a finite number of concentric rings, of which the thickness was determined by the internal equilibrium equation. The increments of stress and strain for each ring, starting from the elastic-plastic interface, were obtained by successively incorporating the effect of out-of-plane stress and Biot's effective stress principle. The initial value of the outmost ring was determined using equilibrium and compatibility equations. Based on the Mohr-Coulomb (M-C) and generalized Hoek-Brown (H-B) failure criteria, the stress-increment approach for solving stress, displacement, and plastic radius was improved by considering the effects of Biot's effective stress principle and the nonlinear degradation of strength and deformation parameters in plastic zone incorporating out-of-plane stress. The correctness of the proposed approach is validated by numerical simulation.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권1호
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• pp.53-62
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• 2014

기존 국내 병설터널의 이격거리는 지반조건에 따라 터널직경(D)의 2~5D 정도를 확보하는 것이 일반화되어 왔으나, 최근 들어 대규모 절취에 따른 환경훼손 및 용지매입의 제약, 선형의 연속성 유지 등의 문제를 수반하게 되면서 터널 중심간격이 1D 이하인 근접 병설터널의 현장 적용성이 확대되고 있다. 특히, 터널 필라폭이 감소할 경우 필라(Pillar)의 안전성이 터널의 거동에 영향을 미치게 되므로, 이에 대한 다양한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 그러나 현재까지의 연구는 주로 필라의 거동특성이나 설계 영향 인자들에 대한 분석에 국한되었으며, 실무에 적용 가능하고 정량적인 데이터는 제시하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 현장 시공조건을 최대한 반영할 수 있는 안정성 평가기법 및 설계 지표를 제시하기 위해 현장조건으로 터널 간 근접도가 가장 높은 갱구부 구간의 지형 및 지층특성을 반영하고, 암반 및 완전풍화 상태의 다층지반조건 상태를 모사하였으며, 지반 강도별 필라폭 변화에 따른 수치 해석적 분석을 통해 필라의 안전성이 터널 전체 안정성에 미치는 영향 정도를 평가하였다. 또한, 지표침하비 및 간섭체적비, 평균강도/응력비 등에 대한 종합적 분석 결과와 Hoek & Brown(1980) 파괴기준을 토대로 실무에 적용이 가능한 근접 병설터널 필라의 안전율 평가식과 지반 강도별 최소 필라폭을 제시하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제24권4호
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• pp.307-321
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• 2021

In an earlier publication (Serrano et al. 2014), the theoretical basis for evaluating the shear strength in rock joints was presented and used to derive an equation that governs the relationship between tangential and normal stresses on the joint during slippage between the joint faces. In this paper, the theoretical equation is applied to two non-linear failure criteria by using non-associated flow laws, including the modified Hoek and Brown and modified Mohr-Coulomb equations. The theoretical model considers the geometric dilatancy, the instantaneous friction angle, and a parameter that considers joint surface roughness as dependent variables. This model uses a similar equation structure to the empirical law that was proposed by Barton in 1973. However, a good correlation with the empirical values and, therefore, Barton's equation is necessary to incorporate a non-associated flow law that governs breakage processes in rock masses and becomes more significant in highly fractured media, which can be induced in a rock joint. A linear law of dilatancy is used to assess the importance of the non-associated flow to obtain very close values for different roughness states, so the best results are obtained for null material dilatancy, which considers significant changes that correspond to soft rock masses or altered zones of weakness.