• Geomechanics and Engineering
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• 제14권1호
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• pp.29-42
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• 2018

This paper presents the results of an empirical study in which square rock-like blocks containing two parallel pre-existing rough non-persistent joints were subjected to uniaxial compression load. The main purpose of this study was to investigate uniaxial compressive strength and deformation modulus of jointed specimens. Response Surface Method (RSM) was utilized to design experiments and investigate the effect of four joint parameters, namely joint roughness coefficient (JRC), bridge length (L), bridge angle (${\gamma}$), and joint inclination (${\theta}$). The interaction of these parameters on the uniaxial compressive strength (UCS) and deformation modulus of the blocks was investigated as well. The results indicated that an increase in joint roughness coefficient, bridge length and bridge angle increased compressive strength and deformation modulus. Moreover, increasing joint inclination decreased the two mechanical properties. The concept of 'interlocking cracks' which are mixed mode (shear-tensile cracks) was introduced. This type of cracks can happen in higher level of JRC. Initiation and propagation of this type of cracks reduces mechanical properties of sample before reaching its peak strength. The results of the Response Surface Methodology showed that the mutual interaction of the joint parameters had a significant influence on the compressive strength and deformation modulus.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.31-41
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• 2006

화강암 시료에서 절리면 시편의 크기효과를 연구하기 위해 6가지 크기의 인공절리 시편을 제작하여 직접전단시험을 수행하였다. 각기 다른 수직응력 0.29~2.65MPa과 절리면의 거칠기 파라미터에 대하여 최대전단응력, 잔류전단응력, 전단강성 및 팽창각이 이 연구를 위해 평가되었다. 거칠기 파라미터중 절리거�s계수(JRC)와 절리면의 압축강도(JCS)는 시편의 크기가 증가할수록 감소하였다. 시편의 절리면적이 $12.25cm^2$에서 $361cm^2$으로 증가할 경우 최대전단응력은 약 56~67%, 잔류전단응력은 18~44%까지 감소하였다. 또한 팽창각은 수직응력이 0.29 MPa일 때 $27^{\circ}$, 2.65 MPa일 때 $6^{\circ}$의 변화를 보였다. JRC 크기효과를 고려한 전단강도 관계식이 Barton의 경험식과 비교되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권1호
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• pp.39-50
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• 2020

In order to understand the shear mechanical properties of the interface between clay and structure and better serve the practical engineering projects, it is critical to conduct shear tests on the clay-structure interface. In this work, the direct shear test of clay-concrete slab with different joint roughness coefficient (JRC) of the interface and different normal stress is performed in the laboratory. Our experimental results show that (1) shear strength of the interface between clay and structure is greatly affected by the change of normal stress under the same condition of JRC and shear stress of the interface gradually increases with increasing normal stress; (2) there is a critical value JRC_cr in the roughness coefficient of the interface; (3) the relationship between shear strength and normal stress can be described by the Mohr Coulomb failure criterion, and the cohesion and friction angle of the interface under different roughness conditions can be calculated accordingly. We find that there also exists a critical value JRC_cr for cohesion and the cohesion of the interface increases first and then decreases as JRC increases. Moreover, the friction angle of the interface fluctuates with the change of JRC and it is always smaller than the internal friction angle of clay used in this experiment; (4) the failure type of the interface of the clay-concrete slab is type I sliding failure and does not change with varying JRC when the normal stress is small enough. When the normal stress increases to a certain extent, the failure type of the interface will gradually change from shear failure to type II sliding failure with the increment of JRC.

• 터널과지하공간
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• 제21권6호
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• pp.494-507
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• 2011

암석의 절리면 거칠기 평가에 있어서 최적의 거칠기 파라미터를 선택하는 것은 중요한 문제이다. 선행연구에서 절리면 거칠기의 평가는 여러 가지 통계적 방법에 의해 2차원적으로 이루어져왔다. 본 연구에서는 Barton과 Choubey(1977)가 제안한 표준 프로파일(JRC)을 3차원 표면으로 확장하고, 표면평균기울기를 적용하여 절리면 거칠기를 정량화 하였다. 그리고 $Z_2$, Ai파라미터와 비교하여 표면평균기울기를 이용한 거칠기 정량화의 타당성을 검증하였으며, 복제시료를 이용한 절리면 전단시험을 통하여 전단강도와 표면평균기울기의 관계를 분석하였다.

• 지질공학
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• 제2권1호
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• pp.1-18
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• 1992

불연속면을 갖는 암체는 거의 대부분 조도를 가지고, 이 조도는 전단강도에 영향을 크게 미치므로 불연속면을 갖는 화강암류(15개), 편마암류(7개), 안산암류(1개) 등을 연구대상으로 하여 전단마찰각(${\Phi}_p$), 조도의 한계응력(${\sigma}_r$) 및 전단파괴강도(${\tau}$_o)를 도출하여 불연속면에 있어서의 전단강도($\tau$)를 규명한 것이다. 1. 조도는 단계전단력에 따라 마찰각은 ${\Phi}_i=38.03^{\circ}$에서 $33.21^{\circ}$로 감소하고 있다. 즉 초기때가 가장 높고, 말기때가 가장 낮다. 2. 조도각(i)의 한계는 $45^{\circ}$ 이내 (시험치:$43^{\circ}$)에 분포하고, 절리조도계수(JRC)는 14를 넘지않으며, $JRC=-4.63{\;}Ln{\sigma}n+5.63$을 경계로한 분포 범위에 있다. 3. 조도한계응력 ${\sigma}_T$는 0.1-3.65Mpa일때 전단파괴강도 ${\tau}_o$는 0.01-0.46Mpa가 되고, 이들 불연속면의 전단강도 $\tau$는 3.65-39.11Mpa로 되어 있어서 만일 이 이상의 하중이 가해 졌을때 그 암체는 붕괴 및 활동이 일어날 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제20권2호
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• pp.82-91
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• 2010

그라우팅 공법은 지하 내 구조물을 건설 시 유입되는 지하수를 억제하거나 암반의 강도를 증대시킬 목적으로 널리 이용되는 암반 개량공의 일종이다. 암반 내 불연속면을 따라 유동하는 그라우트의 유동 특성을 파악하는 것은 이러한 그라우팅 설계 및 그 효과를 예측하는데 필수적이다. 기존의 그라우트 유동 연구에서 그라우트 유동을 층류 유동으로 가정해 왔으나, 마이크로 스케일의 간극을 가지는 좁은 절리 틈새 내에서의유체 유동은 절리 거칠기의 영향을 받아 유동의 속도 단면이 거칠기 부분에서 변하기 때문에 일반적인 층류유동으로 모사하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 거칠기를 가지는 절리 내의 그라우트 유동에 절리 거칠기와 간극이 미치는 영향을 수치해석을 이용하여 조사하였다. 수치해석을 위해 전산유체유동해석 코드인 FLUENT 코드를 이용하였으며 FLUENT 코드에서 제공하는 Herschel-Bulkely 모델과 VOF(volume of fluid) 모델을 적용하여 물과 공기로 채워진 좁은 절리 틈새 내의 그라우트 유동을 모사하였다. 모사된 결과를 그라우트 유동을 위해 제시된 분석해와 기존의 실험실 그라우트 주입 실험 결과와 비교하여 FLUENT 코드의 적합성을 검증하였다. JRC와 간극 변화에 따라 일정 그라우트 주입량 유지에 필요한 주입압을 계산함으로써 마이크로 스케일의 절리 틈새 내 그라우트 유동시 채널 벽면의 거칠기 및 채널 간극의 영향을 정량화하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제8권3호
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• pp.391-414
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• 2015

In this paper, stabilities of a plane slide rock slope under different hydraulic distributions were studied based on the nonlinear Barton-Bandis (B-B) failure criterion. The influence of various parameters on the stability of rock slopes was analyzed. Parametric analysis indicated that studying the factor of safety (FS) of planar slide rock slopes using the B-B failure criterion is both simple and effective and that the effects of the basic friction angle of the joint (${\varphi}_b$), the joint roughness coefficient (JRC), and the joint compressive strength (JCS) on the FS of a planar slide rock slope are significant. Qualitatively, the influence of the JCS on the FS of a slope is small, whereas the influences of the ${\varphi}_b$ and the JRC are significant. The FS of the rock slope decreases as the water in a tension crack becomes deeper. This trend is more significant when the flow outlet is blocked, a situation that is particularly prevalent in regions with permafrost or seasonal frozen soil. Finally, the work is extended to study the reliability of the slope against plane failure according to the uncertainty from physical and mechanics parameters.

• 자원환경지질
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• 제42권4호
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• pp.357-366
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• 2009

풍화작용은 암석의 물리적 및 화학적 특성을 변화시킬 뿐만 아니라 공학적 특성에도 영향을 미친다. 대개 풍화는 암석의 밀도 및 강도, 내부마찰각과 점착력 등을 감소시키며 이로 인해 암석으로 구성된 사면의 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 풍화등급에 따른 암반 사면의 안정성을 분석하여 풍화가 사면의 안정성에 미치는 영향을 분석해 보았다. 이를 위하여 암반사면의 안정성에 가장 주요한 영향을 미치는 불연속면 시료를 풍화등급별로 채취하여 공학적인 특성의 변화를 분석하였다. 이러한 결과를 활용하여 신선한 암반으로 구성된 사면과 풍화된 암반으로 구성된 사면의 안전율을 산정하였다. 신선한 암반의 경우 안전율이 1.25로 안전한 것으로 분석되었으며 풍화된 암반의 경우 안전율이 1.0으로 계산되었다. 그러나 이렇게 산정된 안전율은 값의 분산이 심한 불연속면 거칠기 계수(JRC)와 잔류마찰각에 따라 심하게 변동되고 있어 안전율로 사면의 안정성을 정확하게 파악하기 힘든 실정이다. 따라서 본 연구에서는 불연속면 거칠기 계수(JRC)와 잔류마찰각이 일정한 범위 내에 분포한다는 점에 착안하여 확률변수로 고려하였으며 확률론적 해석을 수행하였다. 확률론적 해석 결과 신선한 암반에서의 파괴확률은 25.6%로 계산되어 매우 불안정한 것으로 파악되었으며 풍화된 암반의 경우는 45.9%의 파괴확률이 획득되었다. 현장으로부터 획득된 자료들의 분산으로 인해 결정론적 해석기법은 사면의 안정성을 평가하는 데 부적절한 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제11권2호
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• pp.109-119
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• 2001

우리나라의 양수발전소는 지금까지 단일공동을 굴착하였다. 그러나 양양 양수발전소는 두 개의 대공동 즉, 발전소와 주 변전소로 구성된다. 이 경우 공동 구조물의 안정성, 특히 두 공동사이에 형성되는 암주를 영구적으로 안전하게 유지할 수 있도록 보장되어야 한다. 본 연구에서는 개별요소법을 이용하여 두 공동과 암주의 구조적 안정성을 평가하였으며, 구성모델로 Barton-Bandis의 절리모델을 이용하였다. 현지 암반의 초기응력, 자연절리면의 거칠기계수, 불연속면의 공간적 분포 특성과 같은 중요한 요인들은 현지 조사를 통하여 구하였다. 이외에 두가지 경우 즉, 무보강과 보강의 경우 지보시스템의 최적화를 분석하였으며, 또한 보강효과를 검토하였다. 연구결과 보강의 경우 수평변위와 절리의 전단변위가 감소되었으며 암주내 이완영역 역시 감소됨을 확인하였다. 두 공동사이에 있는 약 36 m 두께의 암주에 적절한 보강조치를 취하여 안정성을 확보할 수 있었다.