절리텐서의 성분 및 일차불변량이 2-D DFN 시스템의 블록수리전도 특성에 미치 는 영향

엄정기 대한자원환경지질학회 2019 자원환경지질 Vol.52 No.1

In this study, the effects of fracture tensor component and first invariant on block hydraulic behaviors are evaluated in the 2-D DFN(discrete fracture network) systems. A series of regression analysis is performed between connected fracture tensor components and block hydraulic conductivities estimated at every 30° hydraulic gradient directions for a total of 36 DFN systems having various joint density and size distribution. The directional block hydraulic conductivity seems to have strong relation with the fracture tensor component estimated in direction perpendicular to it. It is found that an equivalent continuum approach could be acceptable for the 2-D DFN systems under condition that the first invariant of fracture tensor is more than 2.0~2.5. The first invariant of fracture tensor seems highly correlated with average block hydraulic conductivity and can be used to evaluate hydraulic characteristics of the 2-D DFN systems. Also, a possibility of upscaling using the first invariant of fracture tensor for the DFN system is addressed through this study.

Fracture Tensor의 원리 및 지질공학적 적용성 고찰

엄정기,한지수,이다혜,조태진 대한지질공학회 2017 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2017 No.1

A random Cantor set as a measure of the statistical homogeneity of fractured rock masses

엄정기,노영환,최요순 한국자원공학회 2015 Geosystem engineering Vol.18 No.2

This study addresses the applicability of the exponent of a power-law scaling model, as an index of the statistical homogeneity of fractured rock masses. We systematically examine the capability of a random Cantor set, Dc, to quantify the combined effect of fracture density and size distribution on fracture networks. Total 129 two-dimensional fracture configurations were generated, based on different combinations of fracture size distribution and fracture density. The Dc for each generated fracture network system was calculated using the random Cantor dust method. We found that the standard deviation of trace length has no effect on the calculated Dc, and the estimated Dc increases with the total density and/or mean trace length. To explore the field applicability of this study, we investigated the statistical homogeneity of a fractured rock mass of the Upper Devonian Grosmont Formation in Alberta, Canada. The results clearly show that the methodologies given in this study are capable of determining the statistical homogeneity of fractured rock masses.

Rock Slope Stability Investigations Conducted on the Road Cut in Samrangjin-Miryang Area

엄정기,강태승,황진연,Um Jeong-Gi,Kang Taeseung,Hwang Jin Yeon The Korean Society of Economic and Environmental G 2005 자원환경지질 Vol.38 No.3

본 연구는 도로 절취사면에 대한 사면안정 연구로서 삼량진과 밀양을 연결하는 1022호 지방도 중 천태산 부근에 위치한 약 4km의 연속적인 절취사면에서 수행되었다. 연구지역은 유문암질 회류응회암, 강하응회암, 유문암 및 안산암 등의 백악기 화산암류로 구성되어 있으며, 거의 전 구간에 걸쳐 $70^{\circ}$이상의 사면각으로 형성된 절취암반은 높은 빈도의 불연속면을 포함하고 있다. 암반사면의 불안정 요인으로 작용하는 불연속면의 기하학적 분포특성을 파악하기 위하여 8개 지점에서 선형조사선 조사를 실시하였으며, 조사 자료에 대하여 운동학적 해석 및 블록이론해석을 적용하여 대상 도로절취사면의 안정성을 검토하였다. 각각의 선형조사선에서 조사된 개별 불연속면에 대한 중력 재하의 평면 파괴, 쐐기 파괴, 및 전도 파괴 등에 대한 최대안전사면각을 산정한 결과, 평면파괴에 대한 최대안전사면각은 대부분의 개별 불연속면에서 $65^{\circ}$이상으로 나타났으며, 쐐기파괴에 대한 최대안전사면각은 $45^{\circ}$이상으로 산정되었다. 또한, 전도파괴에 대해서는 대부분의 개별 불연속면에서 $80^{\circ}$이상으로 산정되었다. 블록이론을 적용한 결과 SL4, SL5, SL6 및 SL8 지점에 존재하는 잠재적 키블록(Type II)을 확인하였다. 블록이론에 의해 구분된 잠재적 키블록에 대하여 한계평형해석을 수행한 결과 중력재하에서는 1보다 큰 안전율이 확보되었으나 집중호우 시 나타날 수 있는 간극수압과 같은 외적 사면 불안정 요인에 따라 안전율이 크게 저하될 수 있음을 도출하였다. 또한, 한계평형해석 시 적용되는 Mohr-Coulomb 및 Barton 등의 전단강도 기준식에 따른 안전율의 변화를 제시하였다. This study addresses the preliminary results of rock slope stability analyses including hazard assessments for slope failure conducted on the selected sections of rural road cut slope which are about 4 km long. The study area is located in the Mt. Chuntae northeast of Busan and mainly composed of Cretaceous rhyolitic ash-flow tuff', fallout tuff, rhyolitc and andesite. The volcanic rock mass in the area has a number of discontinuities that produce a potentially unstable slope, as the present cut slope is more than 70 degrees in most of the slope sections. Discontinuity geometry data were collected at selected 8 scanline sections and analyzed to estimate important discontinuity geometry parameters to perform rock slope kinematic and block theory analyses. Kinematic analysis for plane sliding has resulted in maximum safe slope angles greater than $65^{\circ}$ for most of the discontinuities. For most of the wedges, maximum safe cut slope angles greater than $45^{\circ}$ were obtained. Maximum safe slope angles greater than 80" were obtained fur most of the discontinuities in the toppling case. The block theory analysis resulted in the identification of potential key blocks (type II) in the SL4, SL5, SL6 and SL8 sections. The chance of sliding taking place through a type ll block under a combined gravitational and external loading is quite high in the investigated area. The results support in-field observations of a potentially unstable slope that could become hazardous under external forces. The results obtained through limit equilibrium slope stability analyses show how a stable slope can become an unstable slope as the water pressure acting on joints increases and how a stable slope under Barton's shear strength criterion can fail as the worst case scenario of using Mohr-Coulomb criterion.

동결-융해 풍화에 의한 원주지역 쥬라기 화강암의 지질공학적 특성변화

엄정기,우익,박혁진,Um, Jeong-Gi,Woo, Ik,Park, Hyuck-Jin 대한자원환경지질학회 2009 자원환경지질 Vol.42 No.3

An experimental study of the accelerated weathering was performed to investigate the variations of physicomechanical properties of deteriorated rocks due to freeze-thaw weathering for the Jurassic granite specimens from Wonju, Gangwon-do. Each complete cycle of freeze and thaw was lasted 24 hours, comprising 2 hours saturating in vacuum chamber, 8 hours freezing at -20$\pm1^{\circ}C$ and 14 hours thawing at room temperature. Freeze-thaw cycles were implemented with measuring the index physical properties as well as geometries of microfractures. The seismic velocity was found to decrease with increasing freeze-thaw cycles. On the other hand, absorption tends to increase with freeze-thaw cycles. In the end, it was concluded that variations of the index properties of deteriorated specimen depend on its initial properties and flaws in rock. The size and density of the traces of the microfracture on slab specimen were changed continuously with increasing freeze-thaw weathering. The results obtained in this study show that the box fractal dimension($D_B$) has the strong capability of quantifying the combined effect of size and density of the microfractures. 이 연구는 강원도 원주시 일대에 분포하는 쥬라기 화강암에 대하여 동결-융해 시험을 수행하고 동결-융해 반복 횟수의 증가에 따른 암석의 물리 역학적 특성변화를 고찰하였다. 동결-융해의 한 사이클은 24시간이며 진공챔버에서 2시간동안 포화시킨 시료를 -20$\pm1^{\circ}C$로 8시간 동결하고 상온에서 14시간 동안 융해하였다. 동결-융해 시험 중에 물리적인 특성을 측정한 결과 탄성파 속도는 지속적으로 감소하였으며 흡수율은 증가히는 양상을 보였다. 시험 전 풍화등급이 높은 암석일수록 동결-융해에 따른 물성의 변화가 크며 풍화에 취약한 것으로 나타났다. 슬랩(slab) 시편에서 취득한 미세균열 트레이스의 길이 및 면적밀도는 지속적으로 증가하는 것으로 나타났다. 이는 지속적으로 감소하는 탄성파 속도의 특성과도 부합하며 암석 내부에 미세균열이 급격히 발현 확장하고 특히 광물 결정의 결합력이 약화되는 암석 풍화에 기인한 것으로 판단된다. 미세균열의 밀집도와 크기를 동시에 고려할 수 있는 박스 프랙탈 차원($D_B$)은 미세균열 트레이스의 변동성을 효과적으로 반영하며 중 장기적인 풍화 예측을 위한 새로운 풍화지수로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

경상분지 백악기 화강암 암반에 대한 역학적 REV 및 변형특성 추정사례

엄정기,류성진 대한지질공학회 2022 지질공학 Vol.32 No.1

This study employed a 3-D numerical analysis based on the distinct element method to estimate the strength and deformability of a Cretaceous biotite granitic rock mass at Gijang, Busan, Korea. A workflow was proposed to evaluate the scale effect and the representative elementary volume (REV) of mechanical properties for fractured rock masses. Directional strength and deformability parameters such as block strength, deformation modulus, shear modulus, and bulk modulus were estimated for a discrete fracture network (DFN) in a cubic block the size of the REV. The size of the mechanical REV for fractured rock masses in the study area was determined to be a 15 m cube. The mean block strength and mean deformation modulus of the DFN cube block were found to be 52.8% and 57.7% of the intact rock’s strength and Young’s modulus, respectively. A constitutive model was derived for the study area that describes the linear-elastic and orthotropic mechanical behavior of the rock mass. The model is expected to help evaluate the stability of tunnels and underground spaces through equivalent continuum analysis.

경상분지 백악기 화강암 암반에 대한 삼차원 수리전도텐서 추정사례

엄정기,이다혜 대한지질공학회 2022 지질공학 Vol.32 No.1

A workflow is presented to estimate the size of a representative elementary volume and 3-D hydraulic conductivity tensor based on fluid flow analysis for a discrete fracture network (DFN). A case study is considered for a Cretaceous granitic rock mass at Gijang in Busan, Korea. The intensity and size of joints were calibrated using the first invariant of the fracture tensor for the 2-D DFN of the study area. Effective hydraulic apertures were obtained by analyzing the results of field packer tests. The representative elementary volume of the 2-D DFN was determined to be 20 m square by investigating the variations in the directional hydraulic conductivity for blocks of different sizes. The directional hydraulic conductivities calculated from the 2-D DFN exhibited strong anisotropy related to the hydraulic behavior of the study area. The 3-D hydraulic conductivity tensor for the fractured rock mass of the study area was estimated from the directional block conductivities of the 2-D DFN blocks generated for various directions in 3-D. The orientations of the principal components of the 3-D hydraulic conductivity tensor were found to be identical to those of delineated joint sets in the study area. 본 연구는 부산 기장지역에 분포하는 백악기 흑운모 화강암에 대한 사례연구를 통하여 DFN(discrete fracture network) 유동해석 기반의 REV(representative elementary volume) 크기 및 삼차원 수리전도 텐서 추정을 위한 워크플로우를 제시하였다. 연구지역을 대표하는 이차원 DFN에 대하여 절리텐서의 일차불변량을 이용하여 절리의 빈도 및 길이가 보정되었다. 현장수압시험을 수행하여 선형의 등가유로관으로 취급된 현장의 절리에 대한 유효수리간극이 추정되었다. 연구지역의 이차원 DFN 블록에 대한 REV의 크기는 블록 크기에 따른 지향적 블록수리전도도의 변화를 분석하여 20 m × 20 m으로 결정하였다. 연구지역의 이차원 DFN에 대하여 산정된 지향적 블록수리전도도는 현장의 수리적 거동과 관련하여 강한 이방성을 지시한다. 다양한 방향으로의 이차원 DFN에서 산정된 지향적 블록수리전도도를 바탕으로연구지역의 절리성 암반에 대한 삼차원 수리전도텐서가 추정되었다. 삼차원 수리전도텐서의 주성분 방향은 현장에서 구분된 주 절리군의 방향과 일치한다.

절리암반내 동질구조구 구분을 위한 정량적 기준에 대한 연구

엄정기 한국암반공학회 2007 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.- No.-

고준위방사성폐기물 처분시설에 대한 암반역학 부지특성화

엄정기,현승규 대한자원환경지질학회 2022 자원환경지질 Vol.55 No.1

암반의 역학적 및 열적 특성은 고준위방사성폐기물(high-level radioactive waste; HLW) 심지층 처분시스템 내 방사성 물질의 격리 및 이동 지연 능력과 관련된 성능에 영향을 미칠 수 있다. 이 연구는 HLW 처분시설 부지의 암반역학적 및 열적 특성과 관련된 부지설명모델에 필수적인 항목을 고찰하고 스웨덴과 핀란드의 선행 부지설명모델 사례를 통한 기술적 배경을 논의하였다. 스웨덴 SKB (Swedish Nuclear and Fuel Management Company)와 핀란드 Posiva는 암반역학적 및 열적 특성 조사·평가에 필수적인 항목을 제시하고 부지의 안전성 분석과 처분시설의 건설을 위한 암반역학 부지설명모델을 도출하였다. 암반역학 부지설명모델은 처분시설 부지 내 응력 분포와 더불어 신선암, 절리, 절리성 암반에 대한 강도 및 변형특성과 대규모 변형대의 기하학적 구조, 소규모 불연속면의 연결망 구조 및 암석의 열적 특성에 대한 조사·평가 결과를 포함한다. 또한, 암반역학 부지설명모델은 입력변수에 대한 민감도 분석결과와 입력변수의 불확실성에 대한 평가 결과를 제시하여야 한다.

1D 측선에 의한 절리 자료에 대한 편향 보정 기법에 관한 연구

엄정기(Um Jeong-Gi) 한국암반공학회 2003 터널과지하공간 Vol.13 No.5