• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2001년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.97-104
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• 2001

The magnitude and the orientation of in-situ stresses contribute to ground displacement and stresses in the field of underground space. This paper investigates in-situ stresses at various depth on the basis of 392 data which were determined by over-coring and hydro-fracturing test methods in the Korea peninsula. The result shows that in-situ stress distribution are more or less non-uniform through the Granite and Gneiss sub-area, and that the K-value in the Volcanic sub-area are below 1 at the deep depth. Also, the result of three dimensional numerical analyses of tunnel shows that the direction and magnitude of displacement around tunnel are much effected by the stress difference between the maximum and the minimum horizontal stress.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권5호
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• pp.493-503
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• 2022

Cavity expansion is a classical problem in the field of solid mechanics with a wide range of applications in geotechnical and petroleum engineering. A drained solution is developed for cylindrical cavity expansion in anisotropic soils under biaxial in-situ stresses using a K0-based anisotropic modified Cam-clay model (K0-AMCC). The problem is formulated by solving differential equations using an auxiliary variable, which provides analytical expressions for the volume and four stress components of the soil around the cylindrical cavity. The solution is validated by comparisons with existing well-developed solutions. The results show that the present solution well captures the cavity expansion responses in anisotropic soils under biaxial in-situ stresses, and removes limiting assumptions that the cylindrical cavity expands under uniform in-situ stress in isotropic soils. The elastic-plastic boundary of the expanding cylindrical cavity in K0-consolidated anisotropic soils under biaxial in-situ stresses is a circle rather than an ellipse in isotropic soils, and the mathematical proof is provided in detail.

• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.65-74
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• 2002

지중응력의 측정은 터널 및 지하구조물의 변위와 응력분포를 예측하는데 중요하다. 본 연구에서는 남부 한반도 지역의 지중응력 분포를 음력해방법과 수압파쇄법으로 측정된 새로운 380개의 자료를 통하여 재평가와 이를 고려한 삼차원 터널해석을 실시하였다. 지중응력분포의 결과에 의하면 변성암과 화강암지역의 수평응력분포는 퇴적암과 화산암의 분포에 비하여 불규칙한 경향을 보이고 있다. 화산암 지역에서는 수직응력에 대한 수평음력의 비(측압계수, K)는 150m 깊이 이상 심도에서 1보다 작다. 또한, 국내에서는 처음으로 측정된 지중응력에 대한 삼차원 방향과 크기를 동시에 그림으로 나타내었다. 삼차원 터널 해석에 의하면, 터널 주변의 변위에 대한 방향과 크기는 최대수평음력과 최소수평응력의 차이에 의하여 주로 영향을 받고 있다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권2호
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• pp.203-209
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• 2018

Reliable estimation of compressive as well as tensile in-situ stresses is critical in the design and analysis of underground structures and openings in rocks. Kaiser effect technique, which uses acoustic emission from rock specimens under cyclic load, is well established for the estimation of in-situ compressive stresses. This paper investigates the Kaiser effect on marble specimens under cyclic uniaxial compressive as well as cyclic uniaxial tensile conditions. The tensile behavior was studied by means of Brazilian tests. Each specimen was tested by applying the load in four loading cycles having magnitudes of 40%, 60%, 80% and 100% of the peak stress. The experimental results confirm the presence of Kaiser effect in marble specimens under both compressive and tensile loading conditions. Kaiser effect was found to be more dominant in the first two loading cycles and started disappearing as the applied stress approached the peak stress, where felicity effect became dominant instead. This behavior was observed to be consistent under both compressive and tensile loading conditions and can be applied for the estimation of in-situ rock stresses as a function of peak rock stress. At a micromechanical level, Kaiser effect is evident when the pre-existing stress is smaller than the crack damage stress and ambiguous when pre-existing stress exceeds the crack damage stress. Upon reaching the crack damage stress, the cracks begin to propagate and coalesce in an unstable manner. Hence acoustic emission observations through Kaiser effect analysis can help to estimate the crack damage stresses reliably thereby improving the efficiency of design parameters.

• 터널과지하공간
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• 제17권1호
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• pp.26-31
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• 2007

우리나라에는 현재 고리, 월성, 영광 등 11기의 원자력 발전소가 운영되면서 전체 전력생산량의 40% 이상을 담당하고 있으며, 2006년까지는 12기가 추가 건설되어 총 23기의 원자력 발전소가 운영되어 국내 총 전력생산량의 절반 이상을 담당하게 될 예정이다. 하지만 이러한 원자력 발전은 필연적으로 인체에 유해한 각종 방사성 폐기물을 생산하게 되므로 이에 대한 처분기술은 대단히 높은 안전율을 고려하여 확보되어야 한다. 한국 원자력연구소의 기초연구에 의하면 국내 실정상 지하 암반내 심층처분이 가장 유리한 시스템인 것으로 보고되고 있으며, 그 중에서도 심도 500 m 이상의 고심도 지하 암반내에 터널을 뚫고 터널 바닥면에 처분공을 일렬로 굴착하여 이 처분공 내에 canister로 밀봉된 방사성폐기물을 유기하는 KBS-3 처분 시스템을 제안하고 있다. 본 연구에서는 KBS-3 처분 시스템을 고려할 경우, 필연적으로 야기되는 고심도 지하에서의 초기응력성분이 처분 시스템에 미치는 영향을 분석하기 위해 수치해석을 실시하였으며 이와 함께 제반 설계정수 중에서 초기응력값이 어떠한 비중을 차지하는지를 살펴보았다.

• 터널과지하공간
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• 제4권1호
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• pp.55-62
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• 1994

The hydraulic fracturing in a field site was performed for the measurement of in-situ stresses. For the estimation of the effect of a preexisting inclined fracture, the test on a preexisting fracture zone was also conducted. From the measurements at three shallow depths, the ratios of max. to min. horizontal stress showed the range of 1.19-1.56 and the K values showed the range of 2.62-3.86. In case of a preexisting fracture with the inclination of 15 degrees, the stresses calculated as upper bound values by considering it. It seemed from this that the inclination less than 15 degrees had small effect on the stress calculation.

• 터널과지하공간
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• 제18권5호
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• pp.343-354
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• 2008

시추공을 이용한 초기응력 측정을 위한 새로운 방법을 제안하였다. 이 새로운 개념의 측정법은 기본적으로 응력 해방과 파쇄 기술을 결합한 방법이다. 액화질소와 같은 극저온 액체를 이용하여 시추공 주변의 인장 열응력을 유도하여 시추공 주변의 응력을 해방시킬 수 있다. 종국에는 시추공 주변의 인장 강도가 암반의 인장 강도에 초기 지압으로 존재하는 압축 응력의 합을 초과할 때 시추공벽에 균열을 발생시킨다. 이와 같은 개념을 인장 응력으로부터 초기 응력 수준을 평가하는데 적용하기 위한 이론적 분석을 수행하였다. 또한, 제안한 방법의 유효성을 검토하기 위해 FLAC3D를 이용한 열-역학 상호작용 연속체 해석을 수행하였다. 사전 이론적 검토 및 수치해석으로부터 저온 열균열 발생 현상을 이용한 초기 응력 측정법이 시추공벽에서의 인장 균열 형성을 감시하고 시추공벽에서의 균열 개시 시점의 온도를 기록함으로써 초기 응력을 정밀하게 측정할 수 있음을 확인하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제14권5호
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• pp.219-234
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• 1998

초기수평 응력상태를 모사하여 응력이 변형계수에 미치는 영향을 검토 하기 위하여 암석 시료에 대하여 공내재하 변형 실내시험을 했다. 실험은 수평 응력의 크기, 응력비, 측정지점을 변화 시켜서 변형계수를 측정하였다. 측정결과 응력의 크기가 증가함에 따라 변형계수가 증가하며 최대 최소응력비가 커짐에 따라 변형계수는 최소응력 방향에서는 증가하고, 최대응력 방향에서는 감소하는 경향을 보였다. 이는 측정 위치에서 접선음력의 크기 변화에 따른 것으로 초기응력의 크기, 방향 및 내압의 크기에 따라 응력이 압축, 인장 또는 압축-인장상태로 바뀌기 때문이다. 따라서 변형 계수 측정시 이들의 영향을 분석한 후 결과치를 해석하여야 한다. 이와 같은 해석은 공내재하 변형 측정 결과 뿐만 아니라 내압이 있는 가스 저장 또는 압축터널 설계 및 터널 계측 결과 해석에도 적용 되어야 한다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제8권6호
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• pp.783-799
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• 2015

In this study, effect of horizontal in situ stress on failure mechanism around underground openings excavated in isotropic, elastic rock zones is investigated. For estimating the plastic zone occurrence, an induced stress influence area approach (Bray Equations) was modified to define critical stress ratio according to the Mohr-Coulomb failure criterion. Results obtained from modified calculations were compared with results of some other analytical solutions for plastic zone thickness estimation and the numerical modelling (finite difference method software, FLAC2D) study. Plastic zone and its geometry around tunnels were analyzed for different in situ stress conditions. The modified equations gave similar results with those obtained from the other approaches. However, safer results were calculated using the modified equations for high in situ stress conditions and excessive ratio of horizontal to vertical in situ stresses. As the outcome of this study, the modified equations are suggested to use for estimating the plastic zone occurrence and its thickness around the tunnels with circular cross-section.