3차원 입자결합모델을 이용한 디스크 커터의 암석절삭에 관한 연구

이승중(Seung-Joong Lee),최성웅(Sung-Oong Choi) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.1

선형절삭시험(Linear Cutting Machine)은 TBM(Tunnel Boring Machine)에서의 디스크 커터 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험 중의 하나로서, 실대형 암석시료를 대상으로 실제의 커터 하중을 예측할 수 있는 장점을 갖고 있지만, 시료의 채취 및 운반이 용이하지 않고, 1회 시험에 많은 비용이 소요되는 단점을 갖고 있다. 최근 선형절삭시험이 갖는 이러한 경제적ㆍ시간적 제약점들을 극복할 수 있는 현실성 있는 수치모델의 개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 3차원 입자결합모델을 이용하여 디스크 커터의 절삭에 의한 부산 응회암의 파쇄양상과 최적 커터간격을 도출하였다. 본 해석에서 분석된 비에너지는 14.3 MJ/㎥ 일 때 최소값을 나타냈다. 이때의 최적의 s/p 비는 약 16 으로 분석되었으며, 부산응회암의 선형절삭시험 및 유한요소법에 의한 수치해석 연구결과와 유사한 경향을 나타냈다. The LCM (Linear Cutting Machine) test is one of the most powerful and reliable methods for designing the disc cutter and for predicting the TBM (Tunnel Boring Machine) performance. It has an advantage to predict the actual load on disc cutter from the laboratory test on the real-size large rock samples, however, it also has a disadvantage to transport and/or prepare the large rock samples and to need an extra cost for experiment. In order to overcome this problem, lots of numerical studies have been performed. In this study, the PFC3D (Particle Flow Code in 3 Dimension) has been adopted for numerical analysis on optimum cutter spacing and failure aspects of Busan Tuff. The optimum cutting condition with s/p ratio of 16 and minimum specific energy of 14 MJ/㎡ was derived from numerical analyses. The cutter spacing for Busan Tuff had the good agreements with those of LCM test and numerical analysis by finite element method.

단일절리를 포함한 암석 시험편에서 디스크 커터의 압입에 의한 파괴 메커니즘의 수치해석적 연구

이승중(Seung-Joong Lee),최성웅(Sung O. Choi) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.5

절리면 거칠기와 수리특성의 상관성에 관한 수치해석적 연구

이승중(Seung-Joong Lee),김병렬(Byung-Ryeol Kim),최성웅(Sung-Oong Choi) 한국암반공학회 2014 터널과지하공간 Vol.24 No.2

절리면의 수리특성에 영향을 미치는 요소는 절리면의 거칠기, 절리면의 틈새, 충진물 등이 있다. 본 연구에서는 절리면의 거칠기에 따른 수리특성을 분석하고자 Barton and Choubey(1977)가 제안한 표준 프로파일을 이용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 인공 프로파일을 생성시켰다. 표준 프로파일과 인공 프로파일을 조합하여 유동채널 모델을 제작하였으며, 최소 간극의 변화와 유동채널의 형상에 따른 수리특성을 수치해석적으로 분석하였다. 두 프로파일이 이루는 최소 간극지점을 통과한 이후 유동면적이 증가하는 지점에서 최대 유동률을 나타냈으며, 최소 간극이 증가할수록 최대 유동률은 감소하였다. 또한 유동채널의 형상과 유동채널내의 최소 간극지점의 위치가 모델마다 상이하기 때문에 단위면적당 최대 유동률은 모델마다 다른 값을 나타내고 있었다. 유동채널 내의 역학적 간극과 수리적 간극은 1.07 ~ 3.00 배 정도의 차이를 나타내고 있으며, 본 수리해석에서 분석된 Ai 값과 역학적 간극은 em = 0.519Ai의 관계를 나타내고, 수리적 간극은 eh = 0.6182Ai<SUP>0.239</SUP>의 관계를 나타는것으로 분석되었다. Roughness, aperture and filling material of rock joint are widely considered to affect the hydraulic characteristics of joint. Among these factors, in this study, the joint roughness was examined with artificial joint profiles generated by Monte Carlo simulating on the original profiles suggested by Barton and Choubey(1977). Original profiles and revised profiles were combined to establish flow channel models, in which the hydraulic characteristics were analyzed numerically on the basis of minimum aperture changes and flow channel shapes. Maximum flow rate was identified at the growing point of flow area after passing through minimum aperture generated by the two profiles, and it was resulted that maximum flow rate is inversely proportional to minimum aperture. Maximum flow rate per unit area showed different values because flow channel shapes and minimum aperture locations are different in each model. In flow channel, mechanical aperture showed approximately 1.07 ~ 3.00 times larger than hydraulic aperture. In this study, mechanical and hydraulic aperture were concluded to be closely related to Ai value, and their relations can be denoted by em = 0.519Ai and eh = 0.6182Ai<SUP>0.239</SUP>, respectively.

석회석 광산 지역의 지반침하 원인 규명을 위한 현장조사와 지반 안정성 분석 사례

이승중(Seung-Joong Lee),김병렬(Byung-Ryeol Kim),최성웅(Sung-Oong Choi),오석훈(Seok-Hoon Oh) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.4

국내 석회석 노천광산에 대한 Kuz-Ram 모델의 적용성에 관한 연구

이승중(Seung-Joong Lee),김병렬(Byung-Ryeol Kim),최성웅(Sung-Oong Choi),진연호(Yeon-Ho Jin),정민수(Min-Su Jung),민형동(Hyung-Dong Min) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.1

노천광산에서 발파파쇄석의 입도예측에 널리 활용되고 있는 Kuz-Ram 모델의 국내 석회석 노천광산에 대한 적용성을 분석하기 위해, 강원도 동해지역 석회석 노천광산을 대상으로 총 21회의 현장 시험을 수행하였다. 현장시험결과와 Kuz-Ram 모델 예측의 비교 분석 결과, 평균 파쇄입도에서는 최대 56.45%, 균등계수에서는 최대 37.52%의 오차가 나타나는 등, 암석계수와 균등계수에 대한 다양한 보정요소를 제시함에도 불구하고 Kuz-Ram 모델의 예측값에는 상당한 수준의 오차가 발견되었다. 또한 동일한 벤치에서 유사한 발파패턴으로 시험발파를 수행했음에도 각기 다른 보정요소를 적용해야 하는 문제점도 도출되었다. 따라서 국내 노천광산의 발파패턴 및 암반조건과는 다른 경험값을 바탕으로 개발된 Kuz-Ram 모델의 국내 적용성 확대를 위해서는 반드시 해당 광산의 현장조건에 맞도록 수정, 보완되어야 할 것이다. Considering the applicability of Kuz-Ram model, which has been used extensively for predicting rock fragmentation size distribution by blasting, to domestic open-pit limestone mine, a total of 21 blasting tests have been executed at an open-pit limestone mine in eastern Gangwon of South Korea. A comparative analysis of field measured value and Kuz-Ram predicted value showed that there are a considerable amount of error in the predicted values regardless of application of various correction parameters for rock factor and uniformity factor; up to 56.45% in mean fragmentation size and 37.52% in uniformity index. Also the problem of applying different correction parameters has been derived even though a similar blasting pattern has been adopted for a same blasting bench. The authors therefore suggest that Kuz-Ram model needs to be modified for a proper application to domestic open-pit limestone mine.

입체사진측량기법을 이용한 지하 광산의 발파 여굴 분석에 관한 연구

이승중(Seung-Joong Lee),최성웅(Sung-Oong Choi),이수득(Sudeuk Lee),전석원(Seokwon Jeon),진연호(Yeon-Ho Jin),정민수(Min-Su Jung) 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.5

본 연구에서는 지하광산에서의 굴착면에 대한 입체사진측량기법의 적용성을 검토하기 위하여, LIDAR 시스템에 의한 결과와 비교 검토를 수행하였으며, 이를 위해 현장에서 실시된 총 4회의 시험발파로부터 여굴분석을 실시하였다. 분석 결과, 두 가지 측량기법으로 해석된 발파 굴착단면의 부피와 면적은 각각 0.81% 및 1.05% 의 근소한 값 차이를 보였으며 이를 통해 입체사진측량기법의 지하광산에 대한 현장 적용성을 확인할 수 있었다. 총 4회의 시험발파로부터 분석된 여굴량은 각각 29.84 ㎥, 22.45 ㎥, 14.54 ㎥ 및 5.46 ㎥으로서, 1차 시험발파에서 가장 큰 여굴이 발생하였으나 점차 시험발파가 진행되면서 그 양이 줄어듦을 확인할 수 있었다. 이와 같이 본 연구에서 적용한 입체사진측량기법은 굴착단면을 매우 효과적으로 묘사할 수 있으며, 여기서 얻어진 정량적 데이터들은 굴착단면의 부피, 단면적 및 여굴 분석 등에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. This study describes the results of blasting overbreak analysis using the stereo photogrammetry method in an underground mine. For comparing its quantitative measurements, LIDAR system was applied to the test site and blasting overbreak was analyzed for 4 test blasting operations. The difference in values obtained from the two methods showed only 0.81% in volume and 1.05% in area, respectively, therefore authors verify the field applicability of stereo photogrammetry method on underground mine. The volumes of overbreak measured from 4 test blastings were 29.84 ㎥, 22.45 ㎥, 14.54 ㎥ and 5.46 ㎥, respectively, in photogrammetry analysis on excavation surface, and it was shown that the volume of overbreak decreases with blasting sequence. From these measurements, it is concluded that the stereo photogrammetry method can describe the underground excavation surface effectively and the its quantitative data can be used for analysis of volume, area and overbreak of excavation zone.

지반침하 거동특성 분석을 위한 암반의 부피팽창률에 관한 연구Ⅱ

이승중(Seung-Joong Lee),정용복(Yong-Bok Jung),최성웅(Sung O. Choi) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.6

지반침하 지역의 지표침하량은 지하 채굴적의 높이보다 작은 것으로 분석되고 있다. 이러한 원인은 암반의 부피팽창률이며 아직까지 이에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부피팽창률 산정을 위해 3차원 입체 모델을 이용하여 지표침하량과 침하영향범위를 고려한 이론식을 유도하였다. 또한 수치해석 시 부피 팽창률의 적용성 검토를 위하여 개별요소 프로그램인 UDEC(Universal Distinct Element Code)을 이용하여 측압계수의 변화에 따른 지표침하의 변화 양상과 점착력의 변화에 따른 부피팽창률의 변화 양상을 분석하였다. The volumetric expansion ratio of rock mass on the subsidence occurrence area can explain why the depth of the surface subsidence is lower than the height of an opening; it is because the empty space of the gangway is filled with the broken rock. But, until now, when the surface subsidence mechanism is studied without consideration of the volumetric expansion ratio, it is usually overlooked that the amount of subsidence occurrence can be overestimated. Therefore, in this study, the authors researched the subsidence occurrence mechanism with a new theoretical approaching method. The volumetric expansion ratio obtained from this method has been applied to the numerical simulations. The authors adopted the UDEC(Universal Distinct Element Code) for their discontinuum numerical analysis, because this program has an advantage for analyzing the behavior of rock discontinuities.

절리분포 양상에 따른 디스크커터의 절삭력에 관한 수치해석적 연구

이승중(Seung-Joong Lee),최성웅(Sung O. Choi) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.3

LCM 시험은 디스크커터의 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험으로 알려져 왔다. 하지만, 실대형 시료를 대상으로 실제의 커터 하중을 예측할 수 있는 이점이 있음에도 불구하고, 시료의 채취 및 운반이 용이하지 않고 1회 시험에 많은 비용이 소요된다는 단점을 갖고 있다. 또한 절리를 포함한 시료에 대한 시험의 경우, 시험 과정이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 시험에서 예측된 모델을 설계에 반영하기 어려운 경우가 많다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 수치해석 모델개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 입자의 유동해석을 효과적으로 묘사할 수 있는 PFC2D를 이용하여 디스크커터의 절삭운동에 의한 암석시험편의 파쇄형상 및 균열 전파양상을 분석하고자 하였다. 또한 절리를 포함한 암석시험편을 모델링하여 절리의 경사각, 절리의 경사방향 그리고 절삭면에 노출된 절리의 간격의 변화에 따른 디스크커터의 절삭력을 수치해석적으로 분석하였다. 해석결과, 절리의 경사방향이 디스크커터의 진행방향과 반대일 때, 절리의 경사각이 작을수록, 노출된 절리의 간격이 좁을수록 더 큰 절삭력이 요구됨을 알 수 있었다. 이와 같은 수치해석 결과를 토대로, 디스크커터와 절리의 분포 특성과의 상관관계를 LCM 시험 결과와 비교 분석한다면, 보다 정확한 수치모델을 개발할 수 있을 것으로 판단되며 TBM(Tunnel Boring Machine) 굴착성능 예측 및 디스크커터의 적합 설계에 합리적인 판단기준을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. The LCM test is one of the most powerful and reliable methods for designing the disc cutter and for predicting the TBM (Tunnel Boring Machine) performance. It has an advantage to predict the actual load on disc cutter from the laboratory test on the real-size large rock samples, however, it also has a disadvantage to transport and/or prepare the large rock samples and to need an extra cost for experiment. Moreover it is not easy to execute the test for jointed rock mass, and sometimes the design model estimated from the test can not be applied to the real design of disc cutter. In order to break this critical point, lots of numerical studies have been performed. PFC2D can simulate crack propagation and rock fragmentation effectively, because it is useful in particle flow analysis. Consequently, in this study, the PFC2D has been adopted for numerical analysis on cutting power of disc cutter according to the different angle of joint, the different direction of joint, and the different space of joint with jointed rock mass models. From the numerical analyses, it was concluded that the bigger cutting power of disc cutter was needed for reverse cutting direction to joint rather than for forward direction, and the cutting power of disc cutter was increased with decreasing the dip angle of joint and decreasing the space of joints in reverse cutting direction. The more precise numerical model for disc cutter can be developed from comparison between the numerical results and LCM test results, and the resonable guideline is expected for prediction of TBM performance and disc cutter.

편향 접근 패턴을 갖는 공간 데이터에 대한 공간 색인 기법

이승중(Seung-Joong Lee),정성원(Sungwon Jung) 한국정보과학회 2004 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.31 No.1B

차량항법장치(Car Navigation System : CNS)나 지리정보시스템(Geographic Information System : GIS)에서 공간 객체를 효율적으로 다루는 색인기법에 대한 다양한 논의가 있어왔다. 기존의 방법에서는 공간 객체의 인접성(cluster)과 밀집성만을 고려해서 색인 트리를 생성하므로, 편향된 접근 빈도를 가진 공간 객체에 대해서 효과적인 탐색시간을 제공 하지 못한다. 접근 빈도를 반영한 색인 기법은 공간 데이터가 갖는 특성-2개 이상의 차원에 대한 순서 할당이 불가능에 의해서 지리적으로 인접된 객체들을 묶지 못하고, 이로 인해서 공간 객체에 대한 효율적인 색인 기법을 제공할 수 없다. 지리 데이터에 대한 위치와 접근 빈도가 주어질 때, 색인 트리는 좌표 정보뿐 아니라 공간 객체에 대한 접근 빈도도 고려해서 생성되어야 한다. 본 논문에서 제안하는 기법은 전체 영역을 세부영역으로 분할하고, 각 세부 영역에 대해서 편향색인 트리를 생성한 뒤에 트리를 병합함으로써 밀집도와 접근 빈도를 반영한, 편향된(skewed) 색인 트리를 생성하도록 한다. 편향된 색인 트리는 접근 빈도가 높은 공간객체를 상위계층(level)에 위치시킴으로써 탐색비용을 줄인다.

국내 석회석 노천광산에 대한 Kuz-Ram 모델의 적용성에 관한 연구

이승중,김병렬,최성웅,진연호,정민수,민형동,Lee, Seung-Joong,Kim, Byung-Ryeol,Choi, Sung-Oong,Jin, Yeon-Ho,Jung, Min-Su,Min, Hyung-Dong 한국암반공학회 2016 터널과지하공간 Vol.26 No.2

노천광산에서 발파파쇄석의 입도예측에 널리 활용되고 있는 Kuz-Ram 모델의 국내 석회석 노천광산에 대한 적용성을 분석하기 위해, 강원도 동해지역 석회석 노천광산을 대상으로 총 21회의 현장 시험을 수행하였다. 현장시험결과와 Kuz-Ram 모델 예측의 비교 분석 결과, 평균 파쇄입도에서는 최대 56.45%, 균등계수에서는 최대 37.52%의 오차가 나타나는 등, 암석계수와 균등계수에 대한 다양한 보정요소를 제시함에도 불구하고 Kuz-Ram 모델의 예측값에는 상당한 수준의 오차가 발견되었다. 또한 동일한 벤치에서 유사한 발파패턴으로 시험발파를 수행했음에도 각기 다른 보정요소를 적용해야 하는 문제점도 도출되었다. 따라서 국내 노천광산의 발파패턴 및 암반조건과는 다른 경험값을 바탕으로 개발된 Kuz-Ram 모델의 국내 적용성 확대를 위해서는 반드시 해당 광산의 현장조건에 맞도록 수정, 보완되어야 할 것이다. Considering the applicability of Kuz-Ram model, which has been used extensively for predicting rock fragmentation size distribution by blasting, to domestic open-pit limestone mine, a total of 21 blasting tests have been executed at an open-pit limestone mine in eastern Gangwon of South Korea. A comparative analysis of field measured value and Kuz-Ram predicted value showed that there are a considerable amount of error in the predicted values regardless of application of various correction parameters for rock factor and uniformity factor; up to 56.45% in mean fragmentation size and 37.52% in uniformity index. Also the problem of applying different correction parameters has been derived even though a similar blasting pattern has been adopted for a same blasting bench. The authors therefore suggest that Kuz-Ram model needs to be modified for a proper application to domestic open-pit limestone mine.