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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
8권 2호
초록
본 연구에서는 화강암의 3차원 거동을 예측 분석할 수 있는 구성방정식을 마이크로플레인 모델을 이용하여 Westerly 화강암과 Bonnet 화강암의 시험데이터와 최적을 이루도록 개발하였다. 개발된 마이크로플레인 모델은 화강암의 일축압축 및 삼축압축 거동을 잘 예측하였다. 그리고 개발된 화강암의 마이크로플레인 모델을 유한요소법에 적용하여 암반 굴착시의 발파 모사를 통해 화강암의 비선형 거동을 효과적으로 해석하였다. 발파 응력파의 감쇠계수, 파쇄 영역 그리고 여굴을 방지할 수 있는 화약 장전조건 등이 연구되었다. 마이크로플레인 모델에서는 암석의 비선형 거동 및 균열발생으로 인한 에너지 감소가 잘 반영되었으며 발파 응력파의 감쇠계수는 선형탄성모델보다 크게 계산되었다. 또한 마이크로플레인 모델에서는 발파 응력파 진행에 따른 최대 주변형율을 이용하여 파쇄 영역을 직접적으로 계산할 수 있었다.
Abstract
A kinematically constrained microplane constitutive model is developed for intact granite. The model is verified by fitting the experimented data of Westerly granite and Bonnet granite. Using the model with the standard finite element method, the behavior of the intact granite subjected blasting impact is studied. What is studied includes the attenuation of the blasting waves, the size of the fractured zone and the effect of the charge condition to avoid overbreak of the rock mass. The model developed captures the energy loss due to the inelastic behavior and the microcracking of granite during blasting very well. The attenuation of the blasting waves calculated based on the model is much more than that based on the linear-elastic constitutive law. The size of damaged (or fractured) zone is calculated directly from the principal strain as blasting impact is spreading, not like in the case with the linear elasticity model.
초록
안정된 암반에 터널을 굴착하는 경우 아칭효과에 의해 막장주변에 응력재배치가 발생하고 터널 막장 전방에 연약대가 존재하는 경우 응력재배치가 충분히 이루어지지 않아 막장과 연약대 사이의 응력집중으로 인해 변위가 발생하게 된다. 만일 막장에 근접하여 측점에서 종방향, 횡방향, 연직방향의 3차원 절대좌표가 측정되는 경우 막장전방의 지반거동이 반영된 3차원 절대변위가 산정되고, 이러한 3차원 절대변위의 분석을 통해 막장전방의 지반조건을 예측할 수 있게 된다. 본 연구에서는 4개 현장에서 측정된 3차원 변위비의 경향선과 천단침하의 영향선/경향선 분석을 실시하여 연약대 위치를 추정하였고, 3차원 절대변위의 분석에 의해 추정된 연약대 위치를 동일한 구간에서의 TSP탐사로 추정된 연약대 위치와 비교함으로써 3차원 절대변위 해석기법의 현장 적용성을 검증하였다.
Abstract
Arching effect occurs around the unsupported excavation surface near to tunnel face when a tunnel is excavated in a stable rock mass. If a weak fracture zone exists in front of tunnel face, a displacement occurs between tunnel face and weak fracture zone due to stress concentration. If three-dimensional absolute coordinates (longitudinal, transverse, vertical direction) is measured at tunnel face by geodetic method, the ground change in front of the tunnel face can be predicted by analysing three-dimensional absolute displacement. The purpose of this study is to verify the analysis method of three-dimensional absolute displacement by comparing the trend of displacement ratio at crown and sidewall of tunnel and the influence line/trend line of crown settlement compared with TSP results in the same section.
초록
불연속면 또는 연약대로 인해 야기되는 암반의 구조적 이방성과 비균질성은 터널의 변형 거동에 큰 영향을 미친다. 아무리 우수한 지반조사가 이루어진다 하더라도, 지역적 불확실성은 여전히 남아 있으므로 복잡한 지반 조건에서의 터널 굴착은 매우 어려운 작업이다. 이러한 불확실한 환경에서 터널 막장 전방의 지반 상태를 정확히 예측하는 것은 안전하고 경제적인 터널 건설에 필요불가결하다 할 수 있다. 따라서 본 논문은 3차원 수치해석을 통하여 암반의 이방성 및 비균질성의 영향을 평가하였다. 즉 터널 굴착으로 인해 야기되는 지반 거동을 분석하고 이에 대한 연약대의 폭과 강성 그리고 방향성의 영향을 정량적으로 평가하였다.
Abstract
The structural anisotropy and heterogeneity of rock mass, caused by discontinuities and weak zones, have a great influence on the deformation behavior of a tunnel. A tunnel construction in these complex ground conditions is very difficult. No matter how excellent a geological investigation is, local uncertainties of rock mass conditions still remain. Under these uncertain circumstances, an accurate forecast of the ground conditions ahead of the advancing tunnel face is indispensable to a safe and economic tunnel construction. This paper presents the effect of anisotropy and heterogeneity of the rock masses to be excavated by numerical analysis. The influences of distance from weak zone, the size or dimension, the different stiffness and the orientation of weak zones are analysed by 3-D finite element analysis. By analysing these numerical results, the tunnel behavior due to excavation can be well understood and the prediction of rock mass condition ahead of the tunnel face can be possible.
초록
두개의 장약공에 시차를 주고 발파할 경우 파의 특징인 상호 간섭현상이 발생한다. 이러한 파의 간섭현상은 중첩을 통하여 파가 서로 증폭이 되거나 상쇄가 된다. 따라서 이러한 파의 특성을 이용하여 시험발파 시 단공발파를 통한 발파진동 데이터를 측정하여 각각의 파형을 합성한 뒤 최적지연초시를 찾고 이 합성초시를 전단면에 적용하여 그 효율성을 입증하는데 이번 실험의 목적이 있다. 기존뇌관(비전기, 전기뇌관)의 정형화된 초시(20, 25ms)가 아닌 현장암질에 적합한 전자뇌관의 최적초시를 도출하여 발파 진동을 최소화 하고 굴착효율을 높이는 발파 굴착공법의 개발을 모색하고 시험시공을 통한 현장 적용성을 평가하였다.
Abstract
When blasting by imposing the time difference between two adjacent charge holes, the mutual interference phenomenon occurs depending the feature of blast. This interference phenomenon of blast amplifies or compensates the blast-induced vibration depending on the overlapping mechanism. Thus, this experiment aims at finding out the optimum delay time by measuring the blast vibration data from the single hole blast during the blasting test and composing each blasting waveform, and at proving the its efficiency by applying the composition delay time in the entire cross section. The experiment showed that the blasting-induced vibration was reduced by endowing an optimum delay time of electronic detonator appropriate to the rock quality of construction site compared to the typical delay time (20, 25ms) of existing detonator (non-electric and electric detonator). From these results, the excavation efficiency using blasting could be enhanced..
초록
터널굴착시 NATM이 적용되기 위해서는 「굴착 후 지보공의 시공이 완료되기 전까지 막장이 자립하고 있을 것」을 전제조건으로 하고 있지만 터널막장은 항상 무보강의 상태가 계속되고 있고, 붕괴사고가 집중되고 있는 가장 취약한 부분이라고 할 수 있다. 이에 대한 대책공법 중 페이스볼트는 주로 막장전방을 향하여 수평으로 설치해 막장을 보강하는 공법으로 널리 알려져 있다. 본 연구는 페이스볼트의 설치효과를 극대화시키기 위해 일률적인 수평설치의 패턴을 변경해 보다 효율적인 설계패턴에 대해 검토하였다. 그 결과, 최외곽부의 볼트들을 터널 축방향의 윗방향으로 배치함으로써 막장 수평변위는 다소 증가하지만, 막장후방 2.5D의 천단침하는 약 18% 줄일 수 있는 것이 확인되었다.
Abstract
For application of NATM, the self-supporting until installation of the supporting system must be satisfied. However, the face of a tunnel are always unsupported and therefore it is fairly vulnerable to tunnel collapses. Face blots are well known and widely used to prevent the deformation of the tunnel face and its circumference, which are installed horizontally toward the tunnel axis generally. To maximize the supporting effect of face bolts, this study has analysed the effective design patterns of face bolts by changing their installation angles. As the conclusion, it has been found that the axial displacement of the face increases slightly by installing the outermost bolts upward from the axis but surface settlement at 2.5D behind the face decreases up to 18%.
초록
대단면 터널에서 시공되는 사전보강공법에 의한 보강영역의 보강효과를 수치해석적으로 모델링하기 위한 다양한 방법이 제시되고 있지만 실무자들은 공학적인 방법보다는 경험적인 방법과 문헌을 참고하여 설계를 수행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 상용 프로그램에서 직접적으로 적용할 수 있는 사전보강 영역의 물성치 결정에 있어서 거시적 접근법의 개념을 기반으로 미시적 접근법을 적용한 등가 물성치를 결정하는 기법을 제시하고 3차원 수치해석을 통한 실제모델 해석결과와 다른 여러 미시적 접근법들과의 비교 분석을 수행하여 타당한 보강영역 물성치 결정기법을 제시하였다. 해석 결과 구근과 강관의 병렬연결 강성이 원지반과 직렬로 연결되는 사전보강영역의 직병렬 강성 시스템과, 구근과 강관의 직렬 강성 시스템이 실해와 가장 근사한 변위를 예측하였으나 후자의 경우 그 모델링 과정이 복잡하므로 본 연구에서는 간편법으로써 직병렬 강성 시스템을 제안한다. 직병렬 강성 시스템은 천단변위에 대해 풍화암 지반에서는 약간 안전측으로, 내공변위와 지표면 변위에 대해서는 정밀모델의 결과와 거의 동일하게 거동하는 것으로 분석되었으며 풍화토와 풍화암 지반에서 동일한 변위 경향성을 나타낸다. 본 연구에서 제시된 사전보강영역의 직병렬 강성 시스템은 실제모델로 대표되는 보강지반의 거동 메카니즘을 효과적으로 나타내는 것으로 분석된다.
Abstract
Although various methods for effective modeling of pre-reinforced zones have been suggested for numerical analysis of large section tunnels, tunnel designers refer to empirical cases and literature reviews rather than engineering methods because ones who use commercial programs are unfamiliar with a macro-scale approach in general. Therefore, this paper suggests a simple micro-scale approach combined with the macro-scale approach to determine equivalent design parameters for effective numerical modeling of pre-reinforced zones in tunnel. This new approach is to determine the equivalent stiffness of pre-reinforced zones with combination of ground, bulb, and steel in series or/and parallel. For verification, 3-D numerical results from the suggested approach are compared with those of a realistic model. The comparison suggests that two cases make best approximation to a realistic solution: One is related to the series-parallel stiffness system (hereafter SPSS) in which bulb and steel are coupled in parallel and then connected to the ground in series, and the other is the series stiffness system (hereafter SSS) in which only bulb and steel are coupled in series. The SPSS is recommended for stiffness calculation of pre-reinforced zones because the SSS is inconvenient and time-consuming. The SPSS provides slightly bigger vertical displacement at tunnel crown in weathered rock than other cases and give almost identical results to a realistic model for horizontal displacement at tunnel spring line and ground surface settlement. Displacement trends on weathered rock and weathered soil are similar. The SPSS which is suggested in this paper represents the behavior mechanism of pre-reinforced area effectively.
초록
본 연구에서는 실리카 흄을 혼합한 숏크리트의 강도증진 효과를 파악하기 위해 현장실험을 실시하였고, 유럽통합규격(EFNARC)에 의거하여 품질평가를 수행하였다. 그리고 탄산화와 동결융해의 복합인자에 의한 열화시험을 수행하여 고강도 숏크리트의 장기내구성을 평가하였다 실험결과 실리카 흄을 혼입한 숏크리트의 압축강도는 45.2～55.8MPa, 휨강도는 5.01～6.66MPa로 혼입하지 않은 경우에 비해 각각 37～79%, 17～61%의 강도증진 효과가 나타났고, 실리카 흄 치환율이 7.5～10%일 때 강도증진 효과가 가장 우수한 것으로 나타났다. 또한, 실리카 흄을 치환한 숏크리트의 상대동탄성계수, 질량감소율 및 탄산화 진행율 등을 측정한 결과, 실리카 흄이 강섬유 혼입에 의한 숏크리트의 열화현상을 최소한으로 감소시켜, 숏크리트의 장기내구성을 확보하는데 효과가 있음을 알 수 있었다.
Abstract
In this study, field test was performed to investigate the strength-improvement effect of shotcrete mixed Micro-silica fume and shotcrete quality was estimated by EFNARC standard. Deterioration test combined the Freezing-thawing and Carbonation was also performed in order to investigate a long-term durability of high-strength shotcrete. As a result of test, the compressive strength of shotcrete using Micro-silica fume was 45.2～55.8MPa and flexible strength was 5.01～6.66MPa, so a promotion ratio of strength was 37～79%, 17～61% respectively. And the strength-improvement effect of strength by silica fume addition ratio of 7.5～10% for cement mass was more superior to the others. Due to relative dynamic modulus, mass decrease rate and carbonation progress of shotcrete mixed Micro-silica fume, it was especially realized that Micro-silica fume reduced deterioration caused by steel fiber and improved a long-term durability of shotcrete.
초록
카메라 방식의 3D 스캐너로부터 구한 암석 절리면의 거칠기를 만곡과 요철의 거칠기 성분으로 구분하였다. 거칠기의 구분 기준은 이전의 연구에서 도출된 것을 적용하였으며, 구분 방법으로는 디지털 필터링 기법을 사용하였다. 원래의 프로파일과 구분한 프로파일을 사용하여 금속 주형을 제작하였으며, 정밀한 가공을 위하여 WEDM(Wire-cut Electric Discharge Machining)을 사용하였다. 고강도 석고를 사용하여 시편을 복제하였고, 절리면 전단시험을 실시하였다. 낮은 연직응력 범위와 높은 연직응력 범위에서 전단시험을 실시하고, 거칠기의 규모와 연직응력에 따른 발현 특성을 분석하였다. 절리면 전단강도 예측을 위한 새로운 상관식을 제안하였으며, 이 상관식은 거칠기의 발현 특성과 거칠기 계수의 특성을 모두 효과적으로 고려할 수 있었다. 그러므로 거칠기의 구분에 의한 정량화가 절리면 전단강도 예측을 위한 효과적인 방법이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
Abstract
Rock joint roughness obtained from the camera-type 3D scanner was classified into waviness and unevenness. The classification criteria were established in the previous study; digital filtering was used to distinguish one from another. The classified and original profiles were used to produce metal moulds. For accurate machining of the moulds, the WEDM(Wire-cut Electric Discharge Machining) was adopted. Specimens were cast using high strength gypsum, and joint shear tests were performed by varying normal stress from low value to high one. Roughness mobilization characteristics depending on the asperity scale and the applied normal stress were investigated. A new equation was proposed to predict shear strength of rock joint, which can consider the characteristics of roughness mobilization and roughness parameters. The roughness quantification composed of waviness and unevenness was found to be a useful method to predict the joint shear strength.