• Geomechanics and Engineering
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• 제8권4호
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• pp.541-557
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• 2015

This research aims to analyze the fracture coalescence characteristics of brittle sandstone specimen ($80{\times}160{\times}30mm$ in size) containing various flaws (a single fissure, double squares and combined flaws). Using a rock mechanics servo-controlled testing system, the strength and deformation behaviours of sandstone specimen containing various flaws are experimentally investigated. The results show that the crack initiation stress, uniaxial compressive strength and peak axial strain of specimen containing a single fissure are all higher than those containing double squares, while which are higher than those containing combined flaws. For sandstone specimen containing combined flaws, the uniaxial compressive strength of sandstone increase as fissure angle (${\alpha}$) increases from $30^{\circ}$ to $90^{\circ}$, which indicates that the specimens with steeper fissure angles can support higher axial capacity for ${\alpha}$ greater than $30^{\circ}$. In the entire deformation process of flawed sandstone specimen, crack evolution process is discussed detailed using photographic monitoring technique. For the specimen containing a single fissure, tensile wing cracks are first initiated at the upper and under tips of fissure, and anti-tensile cracks and far-field cracks are also observed in the deformation process; moreover anti-tensile cracks usually accompanies with tensile wing cracks. For the specimen containing double squares, tensile cracks are usually initiated from the top and bottom edge of two squares along the direction of axial stress, and in the process of final unstable failure, more vertical splitting failures are observed in the ligament region. When a single fissure and double squares are formed together into combined flaws, the crack coalescence between the fissure tips and double squares plays a significant role for ultimate failure of the specimen containing combined flaws.

• 지질공학
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• 제31권3호
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• pp.239-255
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• 2021

Kinematic analyses of magmatic intrusions and faults can provide useful information on stress conditions and chronological relationships between dike emplacement and brittle deformation events. We studied structures in rocks exposed on a coastal platform in Geoje Island off the southern Korean Peninsula because of its well-developed dikes and faults. The geology of the study area includes the Cretaceous Seongpo-ri Formation, which is composed mostly of shale, sandstone, and hornfels intruded by magmatic dikes. Most of the dikes are developed along pre-existing structural features (faults and fractures), indicating that their emplacements were structurally controlled. Because dikes commonly open along the direction of the minimum principal stress, the direction of this stress can be obtained from dike geometry and orientation through the matching of piercing points on either side of a dike. In addition, the deformed dikes can give information regarding later deformation. On the basis of the kinematic analyses, we identified five deformation events in the study area, which are kinematically related to changes of the regional maximum principal stress. Results indicate that the structures in the study area have been controlled predominantly by episodes of reactivation of the NNE-trending Yangsan strike-slip fault, located to the northeast of the study area, under different stress regimes. In a wider tectonic context, the brittle deformation of the rocks of Geoje Island was probably induced by interactions among the Philippine Sea, Pacific, and Eurasian plates, including changes in subduction parameters with respect to the latter two plates over time.

• Computers and Concrete
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• 제21권4호
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• pp.399-406
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• 2018

The present study focuses on the performance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) lining in tunnel situated in sandstone rock when subjected to internal blast loading. The blast analysis of the lined tunnel is carried out using the three-dimensional (3-D) nonlinear finite element (FE) method. The stress-strain response of the sandstone rock is simulated using a crushable plasticity model which can simulate the brittle behavior of rock and that of BFRC lining is analyzed using a damaged plasticity model for concrete capturing damage response. The strain rate dependent material properties of BFRC are collected from the literature and that of rock are taken from the authors' previous work using split Hopkinson pressure bar (SHPB). The constitutive model performance is validated through the FE simulation of SHPB test and the comparison of simulation results with the experimental data. Further, blast loading in the tunnel is simulated for 10 kg and 50 kg Trinitrotoluene (TNT) charge weights using the equivalent pressure-time curves obtained through hydrocode simulations. The analysis results are studied for the stress and displacement response of rock and tunnel lining. Blast performance of BFRC lining is compared with that of plain concrete (PC) and steel fiber reinforced concrete (SFRC) lining materials. It is observed that the BFRC lining exhibits almost 65% lesser displacement as compared to PC and 30% lesser displacement as compared to SFRC tunnel linings.

• 자원환경지질
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• 제54권6호
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• pp.615-627
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• 2021

전라남도 고흥군 백일도에 발달하는 우수향 주향이동 단층인 백일도단층은 응회질 사암과 화산력응회암의 분포를 규제하며 복잡한 단열계를 수반한다. 본 연구에서는 백일도단층 주변의 상세 단열 지도를 기반으로 원조사법 및 위상기하 분석법을 통해 단열계의 기하 및 연결성의 공간적 변화를 파악하였다. 분석 결과 단열계의 밀도와 연결성은 화산력응회암에서보다 응회질 사암에서 더욱 높게 나타난다. 응회암질 사암 내 단층의 주향에 대한 구조적 위치에 따라 단열군의 방향 분산도, 밀도, 그리고 평균 길이가 변화한다. 또한 단층 굴곡 주변에는 단층과 고각을 이루거나 휘어진 단열이 집중되어 발달한다. 상세한 단열 관찰과 분석을 통해 본 연구에서는 다음과 같은 결론을 도출하였다. (1) 응회질 사암 내 단열계의 높은 밀도는 석영, 장석과 같은 취성 광물의 높은 비율에 의해 제어된다. (2) 단열계의 연결성은 구조적 위치에 따른 단열군 방향의 다양화 및 연장성의 증가에 의해 향상된다. (3) 불규칙한 기하를 가진 단층 굴곡은 단층 주변의 응력을 집중 및 교란시켜 단층과 고각을 이루거나 휘어진 단열을 발생시킨다. 연구 결과는 단층 주변 단열계의 발달을 제어하는 여러 지질학적, 구조적 요인에 대한 이해를 증진시키는 데에 도움이 될 것으로 기대된다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제8권3호
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• pp.273-283
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• 1999

Two physical experiments are performed to verify the effectiveness of beam-particle model for simulating the progressive failure of particulate composites such as sandstone and concrete. In the numerical model, the material is schematized at the meso-level as an assembly of discrete, interacting particles which are linked through a network of brittle breaking beams. The uniaxial compressive tests of cubic and parallelepipedal specimens made of carbon steel rod assembly which are glued together by a mixture are represented. The crack patterns and load-displacement response observed in the experiments are in good agreement with the numerical results. In the application respect of beam-particle model to the particulate composites, the influence of defects, particle arrangement and boundary conditions on crack propagation is approached, and the correlation existing between the cracking evolution and the level of loads imposed on the specimen is characterized by fractal dimensions.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권2호
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• pp.195-204
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• 2018

Based on theories of rock mechanics, rock fragmentation, mechanics of elasto-plasticity, and energy dissipation etc., a method is presented for evaluating the rock fragmentation efficiency by using plastic energy dissipation ratio as an index. Using the presented method, the fragmentation efficiency of rocks with different strengths (corresponding to soft, intermediately hard and hard ones) under indentation is analyzed and compared. The theoretical and numerical simulation analyses are then combined with experimental results to systematically reveal the fragmentation mechanism of rocks under indentation of indenter. The results indicate that the fragmentation efficiency of rocks is higher when the plastic energy dissipation ratio is lower, and hence the drilling efficiency is higher. For the rocks with higher hardness and brittleness, the plastic energy dissipation ratio of the rocks at crush is lower. For rocks with lower hardness and brittleness (such as sandstone), most of the work done by the indenter to the rocks is transferred to the elastic and plastic energy of the rocks. However, most of such work is transferred to the elastic energy when the hardness and the brittleness of the rocks are higher. The plastic deformation is small and little energy is dissipated for brittle crush, and the elastic energy is mainly transferred to the kinetic energy of the rock fragment. The plastic energy ratio is proved to produce more accurate assessment on the fragmentation efficiency of rocks, and the presented method can provide a theoretical basis for the optimization of drill bit and selection of well drilling as well as for the selection of the rock fragmentation ways.

• 지질공학
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• 제31권2호
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• pp.149-163
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• 2021

특성이 서로 다른 화강암, 대리암 그리고 사암에 대하여 일축압축시험과 반복재하시험을 실시하여 암석의 손상특성을 분석하였다. 일축압축시험으로 암석들의 강도, 탄성상수 그리고 손상기준응력을 결정하였고 이를 반복재하시험의 결과와 비교하였다. 반복재하시험으로 측정된 암석들의 평균 강도는 일축압축시험으로 측정된 값보다 약간 작거나 유사였다. 특히 강도가 높고 공극률이 낮은 암석들이 공극률이 매우 큰 연약한 암석들에 비해 반복하중에 의한 피로현상에 더 민감하였다. 반복 재하-제하 과정에서 발생되는 암석의 영구변형률은 암종에 따라 약간의 차이는 있으나 암석의 손상상태를 파악할 수 있는 유용한 도구로 활용할 수 있다는 것을 확인하였다. 특히 응력-누적영구변형률 곡선은 화강암과 대리암에 대하여 균열손상응력을 추정할 수 있는 가능성을 보여주었다. 시험과정에 미소파괴음을 측정하여 암석의 손상상태를 판단할 수 있는 펠리시티 비를 계산하였다. 공극이 매우 많고 연약한 사암은 미소파괴음의 방출이 매우 미약하여서 펠리시티 비의 계산에 어려움이 있었다. 반면 공극이 적고 취성의 특성을 보이는 화강암과 대리임의 경우 반복재하단계에서 계산된 펠리시티 비를 통하여 암석의 균열손상응력을 추정할 수 있는 가능성을 보여주었다. 향후 더 많은 시료와 다양한 종류의 암석을 대상으로 추가적인 시험을 진행하여 공통적인 결과를 도출한다면 유사한 조건을 갖는 암반의 손상과 변형 거동을 파악하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제27권2호
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• pp.77-88
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• 2017

연구지역의 지질은 주로 역암과 사암, 협재한 셰일 및 현무암류로 구성되고, 신생대 말에서 최근기간 동안 여러 번의 취성변형작용과 다양한 응력장을 거치면서 비교적 최근까지 움직임이 확인된 암반으로서 단층작용의 영향을 많이 받아 파쇄가 심한 완만한 지형을 형성한다. 비탈면은 북북동주향의 태곡단층과 서북서 주향의 북곡단층이 교차하는 지역에 위치하며, 그 구성 암반에는 여러 규모의 수많은 단층과 단층대 및 파쇄대가 발달하고 있다. 본 연구에서는 비탈면에 대한 지질특성을 파악하고 이에 따른 대책공법을 제시하고자 한다. 연구지역 비탈면에 대한 대책공법으로 시공 중 혹은 보강이 완료된 이후에도 주변도로 및 지반에 대한 안전관리를 위하여 각 구조물별 사안에 따라 계측기를 설치하여 주기적인 계측 및 분석이 꾸준히 수행되어야 할 것으로 사료된다.

• 지질공학
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• 제18권2호
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• pp.159-166
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• 2008

지각 천부인 취성변형의 조건 하에서도 지표에서 발달하는 절리들의 방향성 분포가 지하 심부로 가면서 지하 몇 미터에서부터 불연속면의 변화를 보이는지에 대해 의문이 생긴다. 이에 대한 의문의 해결을 위해 본 연구에서는 지표지질조사를 통해 측정한 불연속면의 자료와 BIPS 및 Televiewer에 의해 측정된 불연속면의 자료들을 두 개 지역에 대해 비교 분석하였다. 호남탄전지역은 지하 심부로 가면서 지표에서 30 m와 40 m 지점에서 불연속면의 방향성이 변하며 수원지역의 경우는 20 m에서 불연속면의 방향들이 변화하였다. 이와 같은 변화가 등방성의 암석에서 변화를 관찰함이 심도별 변화를 대비 할 수 있으나 호남탄전의 경우는 퇴적암으로 측정된 암반이 세립질의 사암과 세일이 교호하는 이방성의 암반이며 스르스트단층이 통과하고 있다. 그러나 수원지역의 경우는 대개 운모편암들로 호남탄전 지역보다는 암질의 변화가 적다. 그러나 두 지역 공히 지하 20 m와 30 m 이하에서 이미 지표와는 달리 불연속면의 분포특성이 바뀜을 시사하고 있다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제24권2호
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• pp.179-191
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• 2021

In this study, the strength and failure mechanism of red sandstones with combined defects were investigated by uniaxial compression tests on red sandstones with different crack angles using two-dimensional particle flow code numerical software, and their mechanical parameters and failure process were studied and analyzed. The results showed that the mechanical characteristics such as peak strength, peak strain, and elastic modulus of the samples with prefabricated combined defects were significantly inferior than those of the intact samples. With increasing crack angle from 15° to 60°, the weakening area of cracks increased, elastic modulus, peak strength, and peak strain gradually reduced, the total number of cracks increased, and more strain energy was released. In addition, the samples underwent initial brittle failure to plastic failure stage, and the failure form was more significant, leading to peeling phenomenon. However, with increasing crack angle from 75° to 90°, the crack-hole combination shared the stress concentration at the tip of the crack-crack combination, resulted in a gradual increase in elastic modulus, peak strain and peak strength, but a decrease in the number of total cracks, the release of strain energy reduced, the plastic failure state weakened, and the spalling phenomenon slowed down. On this basis, the samples with 30° and 45° crack-crack combination were selected for further experimental investigation. Through comparative analysis between the experimental and simulation results, the failure strength and final failure mode with cracks propagation of samples were found to be relatively similar.