• Geomechanics and Engineering
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• 제20권5호
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• pp.421-432
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• 2020

Cutting of rocks is very common encountered in tunneling and mining during underground excavations. A deep understanding of rock-tool interaction can promote industrial applications significantly. In this paper, a distinct element method based approach, PFC^3D, is adopted to simulate the rock cutting under different operation conditions (cutting velocity, depth of cut and rake angle) and with various tool geometries (tip angle, tip wear and tip shape). Simulation results showed that the cutting force and accumulated number of cracks increase with increasing cutting velocity, cut depth, tip angle and pick abrasion. The number of cracks and cutting force decrease with increasing negative rake angle and increase with increasing positive rake angle. The numerical approach can offer a better insight into the rock-tool interaction during the rock cutting process. The proposed numerical method can be used to assess the rock cuttability, to estimate the cutting performance, and to design the cutter head.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권3호
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• pp.811-822
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• 2018

Chip size distribution can be used to evaluate the cutting efficiency and to characterize the cutting behavior of rock during cutting and fragmentation process. In this study, a series of linear cutting tests was performed to investigate the effect of cutting conditions (specifically cut spacing and penetration depth) on the production and size distribution of rock chips. Linyi sandstone from China was used in the linear cutting tests. After each run of linear cutting machine test, the rock chips were collected and their size distribution was analyzed using a sieving test and image processing. Image processing can rapidly and cost-effectively provide useful information of size distribution. Rosin-Rammer distribution pamameters, the coarseness index and the coefficients of uniformity and curvature were determined by image processing for different cutting conditions. The size of the rock chips was greatest at the optimum cut spacing, and the size distribution parameters were highly correlated with cutter forces and specific energy.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권5호
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• pp.533-551
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• 2015

암석은 인공적인 재료(금속, 유리)에 비해 불균질하고 이방성을 가지고 있기 때문에 워터젯 절삭시 매우 복잡하게 파쇄되는 특성을 가진다. 워터젯 절삭시 암석특성에 따라 절삭성능이 결정되므로 물성에 대한 영향을 파악하는 것은 매우 중요하다. 워터젯 절삭효율에 영향을 미치는 물성은 선행문헌의 실험조건(수압, 연마재 투입량, 이격거리 등) 및 암종에 따라 다양하게 제시되고 있다. 본 연구에서는 워터젯 시스템을 이용한 암석절삭에 있어서 물성영향에 대해 문헌연구를 실시하고 중요 물성을 분석하였다. 선행문헌 연구를 통해 암석의 공극율, 일축압축강도, 경도가 워터젯 암석 절삭에 있어서 중요한 물성으로 도출되었다. 분석결과는 향후 워터젯 절삭 기술을 이용한 터널공사시, 암반특성에 따른 굴착효율을 예측하기 위한 기초지식을 제공할 수 있을 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.615-621
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• 2015

In this paper diamond wire cutting method has been proposed to cut the rock in the tunnel face. Diamond wire saw method could cut the rock from tunnel face with very minor vibration and noise. In this study rock cutting process has been simulated with FEM method by using LS-DYNA explicit non-linear finite element code. Normal load act as an prime factor when cutting the rock surface. For observing the effect of normal load on bead, several experiments has been conducted by varying normal loads on the bead. From each experiment, cutting rate has been calculated to compare the cutting rate with different load conditions. By increasing the normal load on bead, cutting rate increases drastically.

• Geomechanics and Engineering
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• 제13권6호
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• pp.977-995
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• 2017

It is well accepted that rock failure mechanism influence the cutting efficiency and determination of optimum cutting parameters. In this paper, an attempt was made to research the factors that affect the failure mechanism based on discrete element method (DEM). The influences of cutting depth, hydrostatic pressure, cutting velocity, back rake angle and joint set on failure mechanism in rock-cutting are researched by PFC2D. The results show that: the ductile failure occurs at shallow cutting depths, the brittle failure occurs as the depth of cut increases beyond a threshold value. The mean cutting forces have a linear related to the cutting depth if the cutting action is dominated by the ductile mode, however, the mean cutting forces are deviate from the linear relationship while the cutting action is dominated by the brittle mode. The failure mechanism changes from brittle mode with larger chips under atmospheric conditions, to ductile mode with crushed chips under hydrostatic conditions. As the cutting velocity increases, a grow number of micro-cracks are initiated around the cutter and the volume of the chipped fragmentation is decreasing correspondingly. The crack initiates and propagates parallel to the free surface with a smaller rake angle, but with the rake angle increases, the direction of crack initiation and propagation is changed to towards the intact rock. The existence of joint set have significant influence on crack initiation and propagation, it makes the crack prone to propagate along the joint.

• 터널과지하공간
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• 제21권6호
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• pp.508-517
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• 2011

선형절삭시험은 실제 TBM에 장착되는 디스크커터를 사용하여 암석을 절삭하는 시험으로 디스크 커터의 암석절삭성능을 평가할 수 있는 가장 정확하고 신뢰도가 높은 시험 중 하나이다. 시험을 통해 디스크커터에 작용하는 작용력과 암석 절삭 부피 등을 정량적으로 측정할 수 있으며 선형절삭시험 결과는 TBM 커터헤드의 설계에 필요한 핵심인자(수직력, 회전력, 최적절삭간격 등)를 결정하는데 직접적으로 활용될 수 있다. 국내에서도 LCM시험시스템이 구축되어 국내 대표 암종에 대한 선형절삭시험이 수행된 바 있으나 국내에서 수행된 일련의 선형절삭시험은 등방성 암석에 초점을 맞추어 수행되었다. 하지만 이방성 암반을 굴착하는 TBM 커터헤드의 설계 시에는 암석의 절삭효율과 디스크 커터의 절삭성능에 미치는 대상 이방성암반의 영향을 고려하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이방성 암석의 편리각이 TBM의 절삭성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 두 개의 다른 편리각을 가지는 아산편마암을 대상으로 압입깊이와 커터간격을 변화시켜가며 다양한 절삭조건하에서 선형절삭시험을 수행하였다. 시험결과는 암석의 이방성은 디스크커터에 의한 암석의 절삭효율 및 절삭성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며 특히 이방성 각도에 따른 암석의 강도 변화는 TBM의 절삭성능을 예측하는데 있어 고려되어야 할 중요인자임을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.415-427
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• 2021

본 기술보고는 개발 중인 암반 커팅 스플리팅 공법을 간략히 소개하였다. 이 공법은 암반 커팅 공정 후 블럭을 스플리팅하여 암반을 굴착하는 공법이다. 암반면의 커팅 지오메트리를 설계한 후 치즐을 압입하여 암석블록을 제거하는 방식이다. 이 때 적절하게 커팅블록이 설계되어야 원활한 암석블록 하단부에 인장균열이 원활히 전파된다. 인장균열 성장에 필요한 파괴인성 모드1을 이용하여 암석블럭의 스플리팅에 필요한 압입력을 추산하는 분석해를 고안하였다. 굴착기의 유압브레이커의 타격력을 분석하였고, 암석블록 설계 지오메트리에 따라 시공가능한 굴착기 등급을 분석하였다.

• 터널과지하공간
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• 제4권2호
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• pp.92-101
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• 1994

Water jet has been employed in extraacton of minerals for many years but the applications of low pressure jent s ar emodfined to some fields. With increasing strength of equipment it is possible to consider the use of high speed water jets for cutting hard rock. The high speed water jet technology is applied to various engineering fiels such as precessing rocks, quarrying rocks, mechanical fracturing as wel as rock excavation under the sea. For slot cutting in rocks with high speed water jets it is necessary to establish the empirical formula for estiamation of the cutting depth. The cutting depth is influenced by cutting parameters such as driving pressure, traverse speed, standoff distance, and shape and diameter of nozzel. Tests were carried out with a variety of cutting parameters on three types of granite. Nozzle pressures ranged from 1,200 to 2,800 bar, traverse speeds from 0.45 to 10.38 cm/min, standoff distances from 4.5 to 13.5 mm, and three types of nozzle diameter were used.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2000년도 토목섬유 특별세미나
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• pp.81-92
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• 2000

Green Slope(F.F.R : Fabric Form Reinforcement Method) is one of an environmental slope protection method at steep cutting sites. This method is that soil and rock at the steep slope is fixed using the environmental Fabric Form, Nail, Rock Bolt and Rock Anchor, And then, the surfaces covered with grasses or weeds. This method will be satisfied both safe slope protection and natural environment appearance. Green Slope is a useful method of the construction sites of steep cutting slopes.

• 터널과지하공간
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• 제30권6호
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• pp.591-602
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• 2020

기존의 전통적인 암석절삭방식의 한계점을 극복하고자 다양한 신개념의 암석절삭메커니즘이 연구되고 있으며, 그 중 언더커팅은 최근 연구가 수행되고 있는 기술이다. 본 논문에서는 언더커팅에 대한 기초연구로서 구동형 언더커팅에 의한 암석절삭메커니즘과 절삭에 관여하는 중요핵심변수들에 대하여 소개하였다. 구동형 언더커팅에 의한 절삭성능을 평가하기 위한 시험시스템을 구축하고 이를 활용하여 주요 핵심변수들을 변화시켜가며 구동형 언더커팅 디스크를 활용한 절삭시험을 수행하였다. 구동형 언더커팅 절삭시험으로부터 획득되는 3방향 커터작용력의 특성을 분석하였으며, ADC의 주요 절삭변수인 선형 이동속도, 법선압입깊이, 편심의 증가에 따라 3방향 커터작용력의 평균값과 최댓값은 모두 선형적으로 증가하는 결과를 나타내었다.