• Geomechanics and Engineering
• /
• 제12권3호
• /
• pp.347-360
• /
• 2017

The problem of cylindrical cavity expansion incorporating deformation dependent of intermediate principal stress in rock or soil mass is investigated in the paper. Assumptions that the initial axial total strain is a non-zero constant and the axial plastic strain is not zero are defined to obtain the numerical solution of strain which incorporates deformation-dependent intermediate principal stress. The numerical solution of plastic strains are achieved by the 3-D plastic potential functions based on the M-C and generalized H-B failure criteria, respectively. The intermediate principal stress is derived with the Hook's law and plastic strains. Solution of limited expansion pressure, stress and strain during cylindrical cavity expanding are given and the corresponding calculation approaches are also presented, which the axial stress and strain are incorporated. Validation of the proposed approach is conducted by the published results.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제5권5호
• /
• pp.419-445
• /
• 2013

This paper presents an experimental study on the influence of principal stress direction and magnitude of intermediate principal stress on the undrained stress-strain-strength behaviors of Bangkok Clay. The results of torsional shear hollow cylinder and advanced triaxial tests with various principal stress directions and magnitudes of intermediate principal stress on undisturbed Bangkok Clay specimens are presented. The analysis of testing results include: (i) stress-strain and pore pressure behaviors, (ii) stiffness characteristics, and (iii) strength characteristics. The results assert clear evidences of anisotropic characteristics of Bangkok Clay at pre-failure and failure conditions. The magnitude of intermediate principal stress for plane-strain condition is also investigated. Both failure surface and plastic potential in deviatoric plane of Bangkok Clay are demonstrated to be isotropic and of circular shape which implies an associated flow rule. It is also observed that the shape of failure surface in deviatoric plane changes its size, while retaining its circular shape, with the change in direction of major principal stress. Concerning the behavior of Bangkok Clay found from this study, the discussions on the effects of employed constitutive modeling approach on the resulting numerical analysis are made.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제14권2호
• /
• pp.195-202
• /
• 2018

Many laboratory experiments on crack propagation under uniaxial loading and biaxial loading have been conducted in the past using transparent materials such as resin, polymethyl methacrylate (PMMA), etc. However, propagation behaviors of three-dimensional (3D) cracks in rock or rock-like materials under tri-axial loading are often considerably different. In this study, a series of true tri-axial loading tests on the rock-like material with two semi-ellipse pre-existing cracks were performed in laboratory to investigate the acoustic emission (AE) characteristics and propagation characteristics of 3D crack groups influenced by intermediate principal stress. Compared with previous experiments under uniaxial loading and biaxial loading, the tests under true tri-axial loading showed that shear cracks, anti-wing cracks and secondary cracks were the main failure mechanisms, and the initiation and propagation of tensile cracks were limited. Shear cracks propagated in the direction parallel to pre-existing crack plane. With the increase of intermediate principal stress, the critical stress of crack initiation increased gradually, and secondary shear cracks may no longer coalesce in the rock bridge. Crack aperture decreased with the increase of intermediate principal stress, and the failure is dominated by shear fracturing. There are two stages of fracture development: stable propagation stage and unstable failure stage. The AE events occurred in a zone parallel to pre-existing crack plane, and the AE zone increased gradually with the increase of intermediate principal stress, eventually forming obvious shear rupture planes. This shows that shear cracks initiated and propagated in the pre-existing crack direction, forming a shear rupture plane inside the specimens. The paths of fracturing inside the specimens were observed using the Computerized Tomography (CT) scanning and reconstruction.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권5호
• /
• pp.383-391
• /
• 2013

1960년대 후반 이래로 수행된 여러 진삼축압축시험 결과에 의하면 암석의 파괴강도는 중간주응력의 크기에 상당한 영향을 받는 것으로 나타나고 있다. 이러한 실험적 결과를 바탕으로 지금까지 중간주응력이 파괴에 미치는 영향을 고려할 수 있는 다양한 3차원 파괴조건식들이 제안되고 있다. 그러나 문헌에 보고된 대부분의 3차원 파괴기준식들은 암석의 진삼축압축 강도를 현상학적으로 재현하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 관련된 강도정수들의 역학적 의미가 명확하지 않다. 이 연구에서는 암석강도의 중간주응력 의존성이 암석 내에 포함된 연약면들의 공간적 분포특성과 관련성이 있다는 가능성을 확인하기 위해 평면이방성 암석모델을 대상으로 수치 진삼축압축시험을 수행하였다. 미소구조텐서 개념을 활용하여 이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식을 개발하였으며 이를 강도기준식으로 활용하고 임계면법을 적용하여 평면이방성 암석의 파괴강도 및 파괴면 방향의 중간주응력 의존성을 분석하였다. 분석결과는 암석에 포함된 미시적 연약면들의 주응력 방향에 대한 방향성이 암석강도의 중간주응력 의존성과 밀접한 관련성이 있음을 암시해준다.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제7권3호
• /
• pp.317-333
• /
• 2014

The study of the mechanical behavior of rockfill materials under three-dimensional loading conditions is a current research focus area. This paper presents a microscale numerical study of rockfill deformation and strength characteristics using the Combined Finite-Discrete Element Method (FDEM). Two features unique to this study are the consideration of irregular particle shapes and particle crushability. A polydisperse assembly of irregular polyhedra was prepared to reproduce the mechanical behavior of rockfill materials subjected to axial compression at a constant mean stress for a range of intermediate principal stress ratios in the interval [0, 1]. The simulation results, including the stress-strain characteristics, relationship between principal strains, and principal deviator strains are discussed. The stress-dilatancy behavior is described using a linear dilatancy equation with its material constants varying with the intermediate principal stress ratio. The failure surface in the principal stress space and its traces in the deviatoric and meridian plane are also presented. The modified Lade-Duncan criterion most closely describes the stress points at failure.

• 한국지구과학회지
• /
• 제25권1호
• /
• pp.22-31
• /
• 2004

Laboratory experiments were conducted in order to find effects of the intermediate principal stress of ${\sigma}_{2}$ on rock fractures and faults. Polyaxial tests were carried out under the most generalized compressive stress conditions, in which different magnitudes of the least and intermediate principal stresses ${\sigma}_{3}$ and ${\sigma}_{2}$ were maintained constant, and the maximum stress ${\sigma}_{1}$, was increased to failure. Two crystalline rocks (Westerly granite and KTB amphibolite) exhibited similar mechanical behavior, much of which is neglected in conventional triaxial compression tests in which ${\sigma}_{2}$ = ${\sigma}_{3}$. Compressive rock failure took the form of a main shear fracture, or fault, steeply dipping in ${\sigma}_{3}$ direction with its strike aligned with ${\sigma}_{2}$ direction. Rock strength rose significantly with the magnitude of ${\sigma}_{2}$, suggesting that the commonly used Mohr-type failure criteria, which ignore the ${\sigma}_{2}$ effect, predict only the lower limit of rock strength for a given ${\sigma}_{3}$ level. The true triaxial failure criterion for each of the crystalline rocks can be expressed as the octahedral shear stress at failure as a function of the mean normal stress acting on the fault plane. It is found that the onset of dilatancy increases considerably for higher ${\sigma}_{2}$. Thus, ${\sigma}_{2}$ extends the elastic range for a given ${\sigma}_{3}$ and, hence, retards the onset of the failure process. SEM inspection of the micromechanics leading to specimen failure showed a multitude of stress-induced microcracks localized on both sides of the through-going fault. Microcracks gradually align themselves with the ${\sigma}_{1}$-${\sigma}_{2}$ plane as the magnitude of ${\sigma}_{2}$ is raised.

• 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.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제8권2호
• /
• pp.99-107
• /
• 1988

과압밀점토(過壓密粘土)에 대한 일련의 입방형삼축시험(立方型三軸試驗)이 실시되었다. 삼축시험(三軸試驗)은 세 주응력(主應力)을 서로 독립적으로 제어시킬 수 있는 입방체형삼축시험기(立方體型三軸試驗機)를 사용하여 실시되었다. 점토공시체(粘土供試體)로는 현장(現場)에서 직접 채취된 자연시료(自然試料)를 삼축(三軸) chamber 내(內)에서 과압밀비(過壓密比)가 5가 되게 만든 입방체형공시체(立方體型供試體)가 사용되었으며 본연구결과(本硏究結果), 중간주응력(中間主應力)은 과압밀점토(過壓密粘土)의 응력변형률(應力變形率), 비배수강도(非排水强度), 유효강도(有效强度), 유효내부마찰각(有效內部摩擦角) 및 간극압(間隙壓)에 큰 영향을 미치고 있음이 구명(究明)되었다. 중간주응력(中間主應力)이 최소주응력(最小主應力)과 같지 않은 경우의 과압밀점토파괴강도(過壓密粘土破壞强度)는 Mohr-Coulomb 파괴규준(破壞規準)에 의하여 과소평가(過小評價)되나 Lade규준(規準)에 의하여는 대단히 양호하게 산정된다. 또한 과압밀점토(過壓密粘土)의 비배수강도(非排水强度)는 Tresca규준(規準)에 일치하지 않는다.

• 한국지반공학회지:지반
• /
• 제9권4호
• /
• pp.83-92
• /
• 1993

세 주응력을 서로 독립적으로 조절할 수 있는 입방체형삼축시험기를 이용하여 모래에 대한 일련의 배수삼축시험이 실시되었다. 실험결과 모래의 응력 -변형률거동과 강도는 중간주응력의 크기에 따라 각기 다른 특성을 보이는 것으로 나타났다. 우선 최소주응력이 일정한 상태에서 중간 주응력이 증가함에 따라 파괴시의 축변형률 e1은 감소하는 경향이 있으며 체적팽창현상은 증가 하는 것으로 나타나고 있다. 그리고 내부마찰각은 축차응력비 b가 증가함에 따라 증가하다 b가 1 부근에 접근하면서 약간 감소하는 경향을 보이고 있다. 한편 Mohrfoulomb규준은 모래의 파괴 강도를 과소산정하는 경향을 보이고 있으나 Lade의 파괴규준은 시험치와 좋은 일치를 보이고 있다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권3호
• /
• pp.219-227
• /
• 2013

Mohr-Coulomb 파괴조건식은 암반구조물의 설계에 활발히 이용되고 있지만 암석의 비선형 강도특성과 중간주응력이 강도에 미치는 영향을 고려할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 Hoek-Brown 파괴조건식이 제안되었으며 최근 중간주응력의 영향을 고려할 수 있는 여러 3-D 파괴조건식들이 제안되고 있다. 그러나 아직까지도 많은 암반공학적 설계과정에서 Mohr-Coulomb 파괴조건식을 이용하여 암반의 파괴 가능성이 평가되고 있고 대부분의 현장 기술자들도 내부마찰각과 점착력으로 암반의 강도특성을 이해하는데 익숙하다. 그러므로 Mohr-Coulomb 파괴조건식에 비해 개선된 비선형 혹은 3-D 파괴조건식의 접선마찰각 및 접선점착력이 구해지면 기존의 Mohr-Coulomb 파괴조건식을 활용하는 틀 안에서 개선된 파괴조건식들의 장점을 이용하는 것이 가능하다. 본 연구에서는 접선마찰각과 접선점착력을 응력불변량으로 표시하는 방법을 제시하고 이를 일반화된 Hoek-Brown 파괴조건식과 Hoek-Brown 파괴조건식을 3-D로 확장시킨 HB-WW 파괴조건식에 적용하였다. 또한 파괴조건식의 중간주응력 의존성을 3차원 주응력 공간에서 기하학적으로 해석하는 새로운 접근법을 제안하였다. 제안된 방법의 실행 사례를 통해 HB-WW 파괴함수의 접선마찰각과 접선점착력은 2-D 파괴함수의 경우와 달리 중간주응력의 크기에 상당한 영향을 받음을 보였다.