• 화약ㆍ발파
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• 제42권3호
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• pp.49-57
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• 2024

선행이완발파는 본 굴착 전에 대상 암반에 균열을 유도하는 발파이고, 선행이완발파의 일종으로 터널내 기계굴착을 위해 막장을 사전 취약화하는 프리프랙쳐링발파가 개발되었다. 본 연구는 일반 발파 설계의 절반의 장약을 이용하여 프리프랙쳐링발파의 효과를 검증하고자 하였다. 가평에 위치한 채석장에서 시험 시공한 결과, 일반 발파에 비해 소음이 공당 장약량 감소로 인해 2.7 dB 줄어들었고 정밀진동제어발파 수준으로 진동이 제어되었다. 암반 취약화는 표면 및 코어 관찰에서 유도된 균열을 통해 확인되었으며, 저항선 증가에 따라 발파에 의한 취약화 효과가 감소함을 관찰하였다. 시험 시공에서 일반 발파의 진동이 프리프랙쳐링발파보다 작게 측정되었으나, 장약량, 저항선, 자유면 등의 발파 설계 요인보다 절리와 같은 지반 조건이 진동 저감에 더 큰 영향을 미쳤기 때문으로 분석되었다.

• 터널과지하공간
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• 제34권5호
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• pp.421-432
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• 2024

선행이완발파의 일종인 프리프랙쳐링발파는 기계식 굴착에 선행하여 발파로 암반을 취약화하는 공법이다. 본 연구에서 프리프랙쳐링발파의 BIDZ (Blast-Induced Damaged Zone) 제어 효과를 검증하기 위해 실증 현장에서 채취한 코어의 암반 물성을 측정하고 물성 변화를 통해 BIDZ를 평가하였다. 발파와 기계식 굴착을 병행하는 복합 굴착에 의한 EDZ (Excavation Damaged Zone)에서 일반적으로 기계식 굴착에 의한 영향 보다 발파에 의한 영향이 주요하기 때문에 BIDZ 제어는 곧 EDZ 제어로 이어진다. 포아송비, 탄성파 속력, 공극률, 밀도, 인장강도, 수리전도도, 열전도도에 대하여 일반 발파 대비 프리프랙쳐링 발파가 BIDZ를 더 작게 발생시켰다. 그러나 영률과 일축압축강도에서는 BIDZ 저감 효과를 확인할 수 없었다. 발파 인장 균열 범위에 관한 이론식을 적용해 실내시험의 결과와 비교하여 BIDZ가 합리적인 수준에서 예측되었으나 지반 조건이나 장약량에 대한 가정으로 인해 BIDZ 범위 예측에 한계도 확인했다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권3호
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• pp.321-333
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• 2023

Rock masses often contain natural fractures of varying sizes, and the size of the natural fractures may affect the propagation of hydraulic fractures. We conduct a series of triaxial hydraulic fracturing tests to investigate the effect of the pre-existing fracture size a on hydraulic fracture propagation. Experimental results show that the pre-existing fracture size impacts hydraulic fracture propagation. As the pre-existing fracture size increases, the hydraulic fracture propagates towards the pre-existing fracture tips, evidenced by the decreased distance between the final hydraulic fracture and the pre-existing fracture tips. Furthermore, the attracting effect of pre-existing fracture tips increases when the distance between the wellbore and the pre-existing fracture is short (L/D=2 or 4 in this study). With increased distance between the wellbore and the pre-existing fracture (L/D=6 in this study), the hydraulic fracture propagates to the middle of the pre-existing fracture rather than the tips, as the attracting effect of the pre-existing fracture diminishes.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2003년도 Proceedings of the international symposium on the fusion technology
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• pp.244-251
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• 2003

A two-dimensional BEM code, $FRACOD^{2D}$, was applied to simulate fracture initiation and propagation processes in a rock pillar during an in situ heater test of a rock pillar planned at the $\"{A}sp\"{o}$ Underground Rock laboratory of SKB, in Southern Sweden. To take the advantage of conventional BEM for simulating fracturing processes, but without efforts for domain integral transformation, a hybrid approach is developed to simulate the fracturing processes in rock pillar under coupled thermo-mechanical loading. The code FRACOD was used for simulating the fracture initiation and propagation processes with its boundary tractions reflecting the effects of the initial and redistributed thermomechanical stresses in the domain of interest at multiple excavation and heating steps were produced by a special algorithm of stress inversion, based on resultant thermo-mechanical stress fields at each excavation and heat loading step by a FEM code without considering fracturing processes. This hybrid approach can take the advantages of both types of numerical methods and avoids their shortcomings for fracturing process simulation and domain effects, respectively. In this paper, we present the hybrid approach for the stress, displacements, and fracturing processes at sequential excavation and heating steps of the in situ heater test as a predictive modelling, the formulation of the fracturing models and the predictive results. Two sections of borehole depth, 0.5 m and 1.5 m below the tunnel floor are considered. The pillar area is modelled with the FRACOD and the stress field produced by excavation and heating is transferred with corresponding boundary stresses. From the modelling results, the degree of fracturing and damage are evaluated for 120 days of heating. Dominated shear fracturing in the vicinity of the central pillar was observed from the models at both sections, but spalled area appears to be limited. Based on the modelling results, a sensitivity study for the effect of pre-existing fractures in the vicinity of the holes is also conducted, and the initiation and evolution of EDZ around the deposition holes are investigated using this particular numerical technique.

• Computers and Concrete
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• 제18권6호
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• pp.1135-1151
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• 2016

For investigating the effect of the pre-existing joints on the initiation pattern of hydraulic fractures, the numerical simulation of circular holes under internal hydraulic pressure with a different pattern of the joint distributions are conducted by using a finite element code, FRANC2D. The pattern of hydraulic fracturing initiation are scrutinized with changing the values of the joint length, joint offset angle. The hydraulic pressures with 70% of the peak value of borehole wall breakout pressure are applied at the similar models. The simulation results suggest that the opening-mode fracture initiated from the joint tip and propagated toward the borehole for critical values of ligament angle and joint offset angle. At these critical values, the crack grow length is influenced by joint ligament length. When the ligament length is less than 3 times the borehole diameter the crack growth length increases monotonically with increasing joint length. The opening-mode fracture disappears at the joint tip as the ligament length increases.

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

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제4권1호
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• pp.57-70
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• 2002

국토의 65 % 이상이 산악으로 구성된 이유로 90년대 이후 산악지형의 암반을 대상으로 한 대규모 교통터널, 에너지 비축시설 및 산업용 저장소와 같은 대형 토목구조물의 필요성이 크게 증가하고 있다. 암반내 시공되는 토목 구조물의 설계과정에서 현지 암반의 초기응력장에 대한 정량적인 자료가 주요한 핵심요소로 작용하며 이러한 초기응력장에 대한 제반 정보를 획득하기 위한 목적으로 국내에서는 정밀 지반조사 과정에서 수압파쇄법이 대표적으로 사용되고 있다, 본 논문에서는 국내 각지의 산악지형에서 얻어진 수압파쇄시험 현장 측정 자료들에 대한 해석결과를 바탕으로 국내 산악지형의 암반내 초기응력 분포 특성에 대한 분석을 수행하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권2호
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• pp.147-159
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• 2003

90년대 이후 지하 암반 구조물의 수요가 증가함에 따라 시공 전 설계 단계에서 요구되는 암반내 초기응력에 대한 정량적 정보를 얻기 위해 현장 초기 응력 측정이 광범위하게 수행되고 있다. 제안된 여러 측정법들 중 현장 적용성 면에서 큰 장점을 가진 수압파쇄법이 국내에서는 대표적으로 적용되고 있다. 본 논문에서는 평탄한 지형조건으로 이루어진 서울 중심부 편마암 지역내 저심도 구간의 11개 시추공을 대상으로 수압파쇄법에 의해 구해진 초기응력 측정자료와 수평응력의 크기, 방향성과 심도별 변화 그리고 측압계수 분포 등 과업구간 암반 내 초기응력장의 제반 분포 특성에 대해 논의하고자 한다.

• Computers and Concrete
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• 제25권2호
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• pp.145-154
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• 2020

For the influence of the propagation law of stress wave at the coal-rock interface during the pre-blasting of the top coal in top coal mining, the ANSYS-LS/DYNA fluid-solid coupling algorithm was used to numerical calculation and the life-death element method was used to simulate the propagation of explosion cracks. The equation of the crushing zone and the fracturing zone were derived. The results were calculated and showed that the crushing radius is 14.6 cm and the fracturing radius is 35.8 cm. With the increase of the angles between the borehole and the coal-rock interface, the vibration velocity of the coal particles and the rock particles at the interface decreases gradually, and the transmission coefficient of the stress wave from the coal mass into the rock mass decreases gradually. When the angle between the borehole and the coal-rock interface is 0°, the overall crushing degree is about 11% and up to the largest. With the increase of the distance from the charge to the coal-rock interface, the stress wave transmission coefficient and the crushing degree of the coal-rock are gradually decreased. At the distance of 50 cm, the crushing degree of the coal-rock reached the maximum of approximately 12.3%.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제3권1호
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• pp.51-62
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• 2001

AE와 DRA를 이용한 초기응력 측정법은 실험실 시험을 통해 초기응력을 측정하는 방법 중의 하나이다. 이 방법은 시추와 실험실 시험간에 지연시간이 발생하며 시료에 축방향 반복하중을 가하여 초기응력을 결정하기 때문에 지하 암반의 응력 상태와는 다른 결과를 얻을 수도 있다. 이 연구에서는 지연시간을 다르게 하여 지연시간이 선행응력 결정에 미치는 영향을 살펴보았다. 그리고 축방향 선행응력만을 가한 시료와 축방향 선행응력과 봉압을 모두 가한 시료에 대해 AE와 DRA를 이용하여 선행응력을 결정하여 봉압이 축방향 선행응력 결정에 미치는 영향을 살펴보았다. 지연시간이 길어질수록 오차가 약간씩 증가하는 경향이 나타났으나 지연시간이 1개월인 시료라 할지라도 AE와 DRA를 이용한 경우 각각 16%와 12%의 오차범위 내에서 선행응력을 결정할 수 있었다. 축방향 선행응력만을 가한 경우 AE를 이용하면 9%, DRA를 이용하면 4%의 오차범위 내에서 축방향 선행응력을 결정할 수 있었으나 축방향 선행응력과 봉압을 모두 가한 경우는 각각 17%와 14%의 오차범위 내에서 축방향 선행응력을 결정할 수 있었다. 터널현장에서 시추한 코어를 이용하여 초기응력을 측정한 결과 AE와 DRA는 유사한 결과를 나타내었으나 수압파쇄법에 의한 결과보다는 작은 값을 갖는 것으로 나타났다.