The use of digital imaging and laser scanning technologies in rock engineering

John Kemeny,Jamie Monte,Jeff Handy,Samba Thiam 한국암반공학회 2003 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.- No.-

Fracture Characteristics of Rocks under Shear Loading

John Kemeny,고태영,전석원 대한토목학회 2014 KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING Vol.18 No.3

Fracture problems in rock structures quite commonly involve shear loadings including in-plane shearing (mode II) or out-of-planeshearing (mode III). Even though a rock mass may be subjected to simple tension or shear loading, due to the complexity of thegeometry and the random orientation of cracks in rocks, the crack growth occurs in mode II or mode III manner. In this study, thefracture toughness and strength of Coconino sandstone under in-plane and out-of-plane shear were determined experimentally. Ashort beam compression test was employed for in-plane shear loading and a circumferentially notched cylindrical specimen wasemployed for out-of-plane shear loading. In addition, the mode II fracture toughness and strength were determined at differentloading rates to examine the effect of loading rate. As a result, the in-plane (mode II) shear strength was approximately 2 times higherthan out-of-plane (mode III) shear strength. The mode II fracture toughness was approximately 1.78 times higher than the mode IIIfracture toughness. As the loading rate increases, the mode II fracture toughness and the shear strength also increase.

The Importance of Rock Fracture Mechanics: Examples in Civil, Mining and Geological Engineering

John Kemeny 한국암반공학회 2011 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.2011 No.9

Optical Networks in Austalia

Peter C. Kemeny 한국통신학회 1997 OPTOELECTRONICS & COMMUNICATIONS CONFERENCE Vol.2 No.1

컴팩트 시험편을 이용한 암석의 모드 I 파괴인성 측정 및 시험편의 크기와 재하속도가 파괴인성에 미치는 영향

고태영,J.Kemeny,문현구 한국자원공학회 2008 한국자원공학회지 Vol.45 No.3

The fracture toughness is a quantitative expression of a material resistance to failure and it is an important parameter in fracture mechanics. The fracture toughness can be used in many rock mechanics applications such as blasting, hydraulic fracturing, and excavation. In this study the mode I fracture toughness of Coconino sandstone is determined using the Compact Tension (CT) type specimens. A new stress intensity factor formula for the CT specimen is developed using the finite element program, FRANC2D/L. The effects of the specimen size and the loading rate on the fracture toughness are also investigated. Three specimen sizes are used for the size effect and four loading rates are employed for the loading rate effect. The experimental results show that the fracture toughness increases with increasing specimen size. Also, the fracture toughness increases with increasing loading rate.

이중 비틀림 시험을 이용한 암석의 임계하 균열성장 지수결정

고태영,J. Kemeny,문현구 한국자원공학회 2008 한국자원공학회지 Vol.45 No.6

Subcritical crack growth is an environmental-assisted crack growth. It takes place over long periods of time and its crack velocity is very slow. The characteristics of subcritical crack growth are evaluated by determining the subcritical crack growth parameters. The subcritical crack growth parameters A and n can be estimated from the experimental relation between the crack velocity and the stress intensity factor. In this research, the subcritical crack growth parameters for Coconino sandstone are determined using a double torsion test. The subcritical crack growth parameter n is determined to be 33 with standard deviation of 11, and A was determined to be 1.15×10-4 to 1.45 m/s. The parameter n values seem reasonable compared with other literature, but the parameter A values are widely scattered. Thus the double torsion test may not be suitable for determining the parameter A. The fracture toughness is also determined to be 0.686 MPa√m and this value is compared with the value from the chevron bend specimen.

암석파괴역학에 의한 3차원 절리면의 진행성 파괴 모델

김치환(Kim Cheehwan),John Kemeny 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.2

암석파괴역학과 파괴인성(rock fracture toughness) 이하의 응력확대계수(stress intensity factor)에서 균열이 성장하는 현상을 이용하여 암석 절리면의 비선형 강도특성과, 시간의 경과에 따라 파괴가 진행되는 특성을 고려 한 수치해석용 3차원 절리면 요소를 개발하였다. 이 절리면 요소를 사용하여 암석 절리면 전단시험을 수치해석으로 모사한 결과, 전단응력이 증가하고 시간이 경과함에 따라 절리면 사이에 연결된 절리면 내 접점(asperity in joint)에서 암석의 파괴인성보다 응력확대계수가 작음에도 불구하고 균열이 발생하였고 시간이 경과하면서 균열이 성장, 절리면 내 접점이 파괴되었다. 이와 같이 각각의 절리면 내 접점의 파괴에 따라 절리면의 강도는 감소하고, 절리면의 전단응력은 응력경화와 응력연화 후 잔류응력에 도달하는 비선형거동을 보이면서 시간의 경과에 따라 점진적으로 파괴되었다. A three dimensional rock joint element was developed considering fracture mechanics and subcritical crack growth to simulate non-linear behavior and the progressive failure of rock joints. Using this 3-D joint element, joint shear tests of rock discontinuities were simulated by a numerical method. The asperities on the joint surface began to fail at stress levels lower than the rock fracture toughness and continued progressively due to subcritical crack growth. As a result of progressive failing in each and every asperity, the joint showed non-linear stress-time behavior including stress hardening/softening and the reaching of a residual stress.

LIDAR와 Split-FX 소프트웨어를 이용한 암반 절리면의 자동추출과 절리의 특성 분석

김치환(Kim Cheehwan),John Kemeny 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.1

암반 내 구조물을 시공하는 경우 역학적 안정성을 평가하기 위하여 암반의 특성을 조사한다. 이 경우 암반의 특성은 주로 암반 내 절리의 특성에 의하여 좌우된다. 지금까지는 암반 내 절리의 특성을 조사하기 위하여 암반이 노출된 사면이나 노두에 접근하고 육안으로 직접 관찰하였다. 이때 급사면과 같은 곳에서 접근의 문제, 작업의 안전 문제, 많은 시간이 걸리는 문제, 조사시간에 비하여 얻은 정보량의 부족, 정보의 재현 문제, 측정 오차 문제 등의 제한이 있었다. 따라서 이와 같은 문제를 개선하기 위하여 LIDAR (light detection and ranging)로 암반을 스캔하여 얻은 포인트 클라우드(point cloud)를 Split-FX 소프트웨어로 처리한 결과 절리의 방향과 간격 및 절리면의 거칠기 등 절리의 특성을 정확하고 효율적으로 분석할 수 있었다. Site characterization for structural stability in rock masses mainly involves the collection of joint property data, and in the current practice, much of this data is collected by hand directly at exposed slopes and outcrops. There are many issues with the collection of this data in the field, including issues of safety, slope access, field time, lack of data quantity, reusability of data and human bias. It is shown that information on joint orientation, spacing and roughness in rock masses, can be automatically extracted from LIDAR (light detection and ranging) point clouds using the currently available Split-FX point cloud processing software, thereby reducing processing time, safety and human bias issues.

절리면의 응력확대계수가 파괴인성보다 작은 암반사면의 진행성 파괴

김치환(Kim Cheehwan),John Kemeny 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.2

암석파괴역학과 파괴인성 이하의 응력상태에서 균열이 발생하고 성장하는 특성을 고려하여 암반사면의 진행성 파괴를 검토하였다. 굴착이 종료된 암반사면은 응력이 거의 변하지 않은 조건이지만, 시간이 경과함에 따라 절리면 내 미소한 접점에서 파괴가 발생하고 파괴된 접점의 수효가 증가함에 따라 절리면이 파괴되고, 파괴된 절리면이 많아져 사면이 파괴되는 진행성파괴 현상을 수치해석적으로 확인하였다. 따라서 암반사면의 진행성 파괴는 파괴인성보다 낮은 응력상태에 있는 암반 절리면 내 미소한 접점에서 시간의 경과에 따라 발생한 균열이 성장하여 사면을 파괴시키는 것으로 분석되었다. Numerical analysis of the progressive failure of a rock slope was conducted using a 3-D rock joint element considering fracture mechanics and subcritical crack growth of asperities in the rock joints. Even though the stress state in the rock slope is not changing, the elapse of time causes subcritical crack growth to break asperities in the joints. The increase of broken asperities causes failure of joints in the rock slope and the increase of failed joints results in failure of a jointed rock slope. As a result, the progressive failure of a jointed rock slope due to the gradual breaking of small asperities along joints generated by subcritical crack growth occurs at a lower stress than if rock failure occurred by exceeding the static strength or fracture toughness.

짧은 보 압축 시험법을 이용한 암석의 모드 II 파괴 인성 측정

고태영,Ko, Tae Young,Kemeny, J. 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.6

전단응력에 의한 전단강도 및 모드 II 파괴인성은 이산화탄소 지중저장에서의 덮개암 및 주입층의 안정성 평가에 활용되는 중요한 인자들이다. 본 연구에서는 짧은 보 압축시험을 이용하여 코코니노 사암의 전단강도 및 모드 II 파괴인성을 측정하였다. 측정된 평균 전단강도는 23.53 MPa이며, 모드 II 파괴인성은 1.58 MPa${\surd}$m이다. 응력확대계수(stress intensity factor)는 변위외삽법(displacement extrapolation method)을 이용한 유한요소법으로 결정하였다. 또한 이축응력(biaxial stress)과 수분포화(water saturation)가 모드 II 파괴인성에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 이축응력이 증가할수록 파괴인성도 증가하였고, 완전포화된 시험편의 파괴인성은 건조상태의 파괴인성보다 대략 11.4% 감소하였다. The mode II fracture toughness and strength due to shear stress are important parameters in the stability of caprock and injection zone with application to geological sequestration of carbon dioxide. In this research, a short beam compression test has been used to determine the shear strength and the mode II fracture toughness for Coconino sandstone. The average value of the shear strength and mode II fracture toughness are estimated to be 23.53 MPa and 1.58 MPa${\surd}$m respectively. The stress intensity factor is suggested by finite element analysis using the displacement extrapolation method. The effect of biaxial stress and water saturation on the fracture toughness has also been investigated. The fracture toughness increases with confining stresses, but decreases by 11.4% in fully saturated condition.