• Geomechanics and Engineering
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• 제22권6호
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• pp.529-540
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• 2020

Water inrush is a major hazard for mining and excavation in deep coal seams or rock masses. It can be attributed to the coalescence of rock fractures in rock mass due to the interaction of fractures, hydraulic flow and stress field. One of the key technical challenges is to understand the course and mechanism of fluid flows in rock joint networks and fracture propagation and hence to take measures to prevent the formation of water inrush channels caused by possible rock fracturing. Several case observations of fluid flowing in rock joint networks and coupled fracture propagation in underground coal roadways are shown in this paper. A number of numerical simulations were done using the recently developed flow coupling function in FRACOD which simulates explicitly the fracture initiation and propagation process. The study has demonstrated that the shortest path between the inlet and outlet in joint networks will become a larger fluid flow channel and those fractures nearest to the water source and the working faces become the main channel of water inrush. The fractures deeper into the rib are mostly caused by shearing, and slipping fractures coalesce with the joint, which connects the water source and eventually forming a water inrush channel.

• 터널과지하공간
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• 제12권3호
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• pp.220-228
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• 2002

절리암반에서의 열유동을 수치해석적으로 분석하였다. 1차원 모델 해석을 통하여 한 조의 절리군이 열전도에 미치는 영향을 비교 분석하고, 이론해와 비교하였다. 절리 내에 물이 전혀 없는 경우, 절리는 열 차단제의 역할을 하며 정상상태에서도 온도의 불연속이 관찰되었다. 따라서 암반 내 존재하는 절리가 완전 건조상태인 경우에는 개별적인 절리의 열차단 효과를 일일이 고려하여야 정확한 결과를 얻을 수 있다 그러나 절리 내에 물이 부분적으로 혹은 완전히 포화된 경우에는 열차단 효과가 현저히 줄어들어 온도 분포에 미치는 영향이 현저히 감소하였다. 따라서 절리 암반을 통한 열전도는 암반을 무결암의 열적 성질과 불연속면의 열적 성질을 포함한 열적 이방성 연속체로 가정함으로써 가능하다 할 수 있다. 절리의 포화 정도가 증가할수록 절리가 열유동에 미치는 영향이 감소하므로 암반의 열전달 특성은 등방에 가까워지며, 따라서 복잡한 모델을 이용한 해석보다는 현지 암반의 열물성을 정확히 측정하는 것이 더욱 중요함을 알 수 있었다.

• 자원환경지질
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• 제53권3호
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• pp.271-285
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• 2020

본 연구는 절리의 기하학적 속성이 절리성 암반의 변형 특성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 삼차원 불연속절리망(DFN; discrete fracture network) 시스템에 대한 개별요소법 기반의 응력-변형 해석과 관련된 수치실험을 수행하였다. 1~2 개의 확정적 방향성을 갖는 절리군을 사용하여 절리의 빈도와 길이분포를 달리하며 추계론적으로 생성한 총 12개의 1000㎥ 정육면체 DFN 블록에 대하여 삼차원 직교좌표계의 축 방향에 따른 변형계수가 산정되었다. 또한, 일부 DFN 블록은 삼차원상에서 매 30° 간격의 선주향 및 선경사 방향을 축차응력 방향으로 설정하고 변형계수를 산정하였다. 절리의 길이가 증가할수록 DFN 블록의 변형계수는 더욱 저감되는 것으로 평가되었다. 절리의 빈도 증가는 절리의 길이가 짧아서 상대적으로 암교 효과가 큰 경우 DFN 블록의 변형계수 저감에 유의미한 영향을 미치지 못 할 가능성도 있지만 절리길이가 길수록 절리빈도의 증가가 DFN의 이방적 변형계수에 지대한 영향을 미치는 것으로 평가되었다. 절리의 길이와 빈도 변화에 따른 이방적 변형계수의 변화는 DFN에 분포하는 절리군의 개수 및 방향성에 크게 좌우된다. DFN 블록의 변형 특성은 삼차원상의 방향에 따라 다르게 발현되는 것으로 평가되었다. 마지막으로 본 연구는 절리의 기하학적 속성이 고려된 응력-변형 해석을 위한 수치해석 절차를 제시하였으며 현장규모의 실무 적용을 위한 방법론에 대하여 토의하였다.

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.574-593
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• 2023

본 연구에서는 절리면 암석 시료에 대한 직접 전단시험을 수행하기 위해 새로 고안된 Compact CNS shear box의 성능과 적용 가능성에 대해 조사하였다. 정적 CNS 절리면 직접 전단시험은 인공적으로 거칠기를 생성한 절리 암석을 대상으로 실시하였으며 절리면 거칠기 계수 및 초기 수직응력 조건을 변화시키면서 수행하였다. 또한, DIC 분석을 통해 변위 데이터 검증 및 파괴 패턴을 관찰하였고 실험으로부터 도출된 전단 특성들을 기존에 연구되었던 전단 거동 예측 모델들과 비교분석하였다. 그 결과 기존의 특정 경험적 전단 거동 예측 모델과 높은 상관관계를 나타내는 것을 확인하였으며 전단 거동 특성이 파괴 패턴과 관련이 있을 가능성에 대해 고찰하였다. 결론적으로, 절리면 전단 특성에 대한 데이터를 제공하는데 있어서 CNS 전단 박스의 적용 가능성과 효과를 입증하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1994년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.149-157
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• 1994

In this study two dimensional visco-plastic finite element model capable of handling the multi-step excavation was developed for investigating the effect of excavation support sequences on the behavior of underground openings in the jointed rock mass. First, the finite element model which is capable of handling the multi-step excavation is developed and verified. And then the model is combined with visco-plastic joint model. Ubiquitous joint pattern was considered in the model and joint properties in cach set were assumed to be indentical. Passive, full-grouted rockbolts were cosidered in the numerical model. The visco-plastic deformations of joints and rockbolts were assumed to be governed by Mohr-Conlomb and von Mises yield criteria, respectively. With the ability of removing elements, the model can simulate the multi-step excavation-suppport sequences. The reliability and applicability of the model to the stability analysis for the underground excavation in pratice was checked by simulating the behavior of underground crude oil storage caverns under construction.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제11권3호
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• pp.123-138
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• 1995

절리암반내에서 이루어지는 주입재의 유동을 분석하기 위하여 서의 주입재 유동에 대한 전산실험을 수행하였다. 암반내 유체유 주입재의 전단강도와 점성도변화 특성을 반영하였다. 다양한 문제 극분포 발생장치 및 절리망 형성장치와의 연계성을 확보하였다. 주입재와 절리면과의 마찰에 의한 수두손실을 계산하기 위하였으며 주입재의 고화에 따른 유동멈춤현상을 반영하기 위하여다. Binghamian grout(이후 Bingham 주입재)와 Newtonian grout(이후 Nweton 주입재)의 유동특성에 관한 자료를 구하기 위하여 실험실 시험결과를 수식화하였다. 단일절리면에서의 주입재 유동특성에 대한 전산실험을 수행한 결과 평판모델에서는 발견할 수 없는 주입재의 채널유동을 확인할 수 있었다. 전단강도 및 점성도의 변화가 주입재 유동에 미치는 영향을 파악하여 주입관리와 주입재 선정을 위한 기본방안을 제시할 수 있었다. 또한 지하수의 유동이 주입재 유동에 미치는 영향을 분석하여 주입지역에 작용하는 수리구배와 주입압과의 관계를 도출하였다. 마지막으로 터널주변에서의 주입재 유동을 관찰하여 주입작업에 대한 이해를 증진시키고자 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권4호
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• pp.349-360
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• 2003

본 연구에서는 절리를 포함한 터널주변 암반의 안전성 강화 및 지하수 유입 억제공으로 사용되는 침투그라우팅에 대한 모형화 기법을 제시하고 관련 매개변수 해석을 실시하였다. Bingham 모형을 적용한 시멘트 그라우팅재는 정상류 흐름으로 가정하여 해석의 편의를 도모하였으며 UDEC을 이용한 해석결과, 절리의 두께 및 주입압이 침투그라우팅에 의한 확산범위를 결정짓는 주요 변수임을 확인하였다. 침투그라우팅 모형을 근간으로 할렬그라우팅 해석을 위한 수치모형을 제안하였으며 암반의 인장강도와 점착력이 할렬의 주요변수임을 입증하였다. 한편, 주입후 지반보강효과를 정량적으로 검토하기 위하여 직교 이방성 물성을 계산할 수 있는 알고리즘을 제시하였으며 이 결과 주입후 약 3~4배 정도의 강성도 증진효과를 확인하였다. 향후 본 연구결과는 그라우팅재 주입에 의한 투수계수 저감효과 혹은 지하수 억제공법 등의 설계기법에 적용될 수 있으며 관련 실험도 수행될 예정이다.

• 터널과지하공간
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• 제8권3호
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• pp.200-208
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• 1998

외부로부터 정적 혹은 동적 하중을 받는 암반절리의 거동특성을 규명하기 위해서 교란상태 개념(Disturbed State Concept, DSC)을 이용한 구성방정식 이론과 이 이론을 수치해석에 적용하기 위한 응력-변형률 관계식을 소개한다. 본 연구에서 제안한 DSC 이론은 변형준인 암반절 리가 상대적으로 손상되지 않은 상태(Relative Intact; RI)와 완전 파괴된 상태(Fully Adjusted; FA)의 혼합으로 표현될 수 있다는 가정에 기초를 두고 있다. 여기서 사용된 두가지 상태, 즉 RI 상태와 FA 상태는 암반절리의 파괴정도를 나타내는 지표가 된다. 이러한 가정을 기초로 임의의 하중을 받는 절리는 초기 RI 상태에서 점진적으로 재료 내부의 미세구조 조정기능을 거치면서 최종적으로 파괴가 발생하는 FA 상태로 진행한다. 본 연구에서는 RI 상태, FA상태 그리고 재료의 파괴정도를 나타내는 교란도 함수(D)를 해석적으로 정의하여 암반절리의 역학적 거동특성을 표현하기 위한 응용화를 시도하였다. DSC모델은 암반절리의 경화 및 연화특성을 표현할 수 있으며, 절리의 크기 및 표면의 거침도 등을 고려할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제29권1호
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• pp.12-29
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• 2019

최근의 이산화탄소 심지층 처분, 인공지열저류층 형성 및 발전, 원유회수증진 사업 등에는 고압의 유체를 주입하는 과정이 수반되고 이들 사업의 안전하고 성공적인 수행을 위해서는 대상 부지 절리 암반의 투수 특성 및 주입압에 의한 역학적 변형에 기인한 변화를 정확하게 평가하는 것이 중요하다. 본 고에서는 절리 암반 수리-역학 특성 파악을 위한 해석적 및 실험적 평가 방법에 대해 검토하였다. 먼저 유체 주입 전 절리 암반 초기 투과 특성 및 수리-역학 특성 평가에 고려해야 할 기술요소를 분석하고 현장 시추공 실험을 통해 이들 수리-역학 특성을 직접 측정하기 위한 최근의 SIMFIP 실험장치의 특징 및 활용방안에 대해서도 검토하였다.

• 터널과지하공간
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• 제2권1호
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• pp.152-163
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• 1992

The study of rock mass behaviour through a numerical analysis is important for the design, construction and maintenance of large rock caverns. The objectives of the numerical analysis are to design reasonably and construct safely the underground structures, to maintain them soundly after construction and to extend them securely for a desired period of time. Methods of numerical analyses included in this case study are the finite element method, the boundary element method, and the distinct element method. The numerical models are purely elastic, elastoplastic, visco-elastic, visco-plastic, easto-visco-plastic and jointed-discontinuous materials. The results of this case study indicate that the rock mass behaviour could be predicted exactly through continuous comparisons of the numerical results with the in-situ measurements.