반응표면법을 활용한 암석의 취성파괴 모델링 변수 분석

천대성,박찬,박의섭,한영희 대한지질공학회 2016 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2016 No.1

암석의 취성파괴는 최대강도이후 작은 변형률이 발생하는 동안 급격히 지지력이 감소하는 형태의 파괴를 일컬으며, 암반구조물에서는 조각상 또는 판상의 스폴링이나 슬래빙 또는 암반돌출과 같은 형태로 발생한다. 취성파괴 모델링을 위한 여러 제안 모델 중 하나인 CWFS 모델에서는 손상한계변형률과 이때의 점착력, 마찰각 등이 중요한 변수이며, 이들은 손상제어시험으로부터 얻을 수 있다(천대성 외, 2007). 그러나 손상제어시험으로부터 구해지는 손상한계변형률은 제안된 CWFS 모델이론과 달리 동일한 값이 얻어지며, 종종 시험장치의 사양이나 높은 취성특성에 의해 의미있는 시험결과를 얻지 못하는 경우가 있다. 이에 본 연구에서는 기 수행되었던 일련의 손상제어시험결과와 실험계획법의 하나인 반응표면법을 활용하여 취성파괴 모델링 변수에 대한 분석을 수행하였다(김기도와 김희택, 2007). 취성파괴 모델링 변수에 영향을 주는 인자로 일축압축강도, 탄성계수, 마찰각, 점착력 등으로 설정하여 이들의 영향도를 평가한 결과 일축압축강도, 일축압축강도와 마찰각의 교호작용이 중요한 영향인자로 나타났다. 일축압축강도수준을 고려하여 일축압축시험을 수치적으로 모사하고, 취성파괴의 모사정도를 모사수준으로 선정하였다. 반응표면법에서의 반응치로 모사수준과 표준화된 일축압축강도를 선정하였다. 이후 반응표면모형을 구축, 잔차진단, 모형축소, 호감도함수 선정 및 활용 등을 통해 취성파괴 모델링을 위한 최적조건을 선정하고 이에 대한 확인 작업을 수행하였다. 확인 작업은 암석시편에 대한 손상제어시험 결과와 취성파괴가 발생한 현장의 해석결과를 활용하여 수행되었다. 일련의 연구로부터 취성파괴 모델링을 위한 적절한 손상한계변형률은 0.1-0.5%, 점착력과 마찰력의 손상한계변형률의 차이는 0- 0.17%로 각각 나타났다.

Determination of failure initiation stress and failure grade using Acoustic emission

천대성,신중호,전석원,박현익,박연준,박찬 한국자원공학회 2008 Geosystem engineering Vol.11 No.1

The excavation of rock structures in hard rock involves three safety issues: structural failure such as wedge-type failures, brittle failures such as slabbing and spalling, and a combination of these two. Especially at highly stressed levels, the failure process of rock structures are mainly affected and eventually dominated by stress-induced fractures growing preferentially parallel to the excavation boundary. This brittle failure is usually occurred within very small displacement or strain, and thus it is not easy to determine the precursor and initiation stress level of failure in displacement detection method. To overcome this problem, some researchers have tried to adopt the acoustic emission (AE) detection. This study carried out physical model experiments and determined brittle failure initiation stress and failure grade, which are the two important characteristics of brittle failure. Failure initiation stress and failure grade are determined using AE detection as well as visual observation. And the locations of failure were detected in real time by the AE source location. This study showed that AE detection method could be usefully applied to determine the brittle failure initiation. The excavation of rock structures in hard rock involves three safety issues: structural failure such as wedge-type failures, brittle failures such as slabbing and spalling, and a combination of these two. Especially at highly stressed levels, the failure process of rock structures are mainly affected and eventually dominated by stress-induced fractures growing preferentially parallel to the excavation boundary. This brittle failure is usually occurred within very small displacement or strain, and thus it is not easy to determine the precursor and initiation stress level of failure in displacement detection method. To overcome this problem, some researchers have tried to adopt the acoustic emission (AE) detection. This study carried out physical model experiments and determined brittle failure initiation stress and failure grade, which are the two important characteristics of brittle failure. Failure initiation stress and failure grade are determined using AE detection as well as visual observation. And the locations of failure were detected in real time by the AE source location. This study showed that AE detection method could be usefully applied to determine the brittle failure initiation.

지반구조물 안전감시용 미소파괴음 계측시스템 개발

천대성,정용복,박의섭,Cheon, D.S.,Jung, Y.B.,Park, E.S. 한국터널지하공간학회 2014 한국터널지하공간학회논문집 Vol.16 No.5

The monitoring method of geotechnical structures using acoustic emission(AE) and microseismicity(MS) is to detect the microscopic deformation and fracture behavior in the inner structures by measuring induced acoustics and vibrations. It can identify a pre-indication of failure by taking advantage of the characteristics that the amount and occurrence rates of AE and MS increase rapidly prior to large scale destruction of the target structures. The monitoring system consisting of high-quality sensors, high-speed data acquisition device and the operation program is required for the practical application of this method. Recently, the AE and MS monitoring systems have been localized. In particular, the developed operation software which can analyze and interpret the measured signals was demonstrated through a number of applications to domestic fields. This report introduces the configuration and features of developed monitoring system, then the challenges and future direction of AE monitoring in geotechnical structures are discussed. 미소파괴음과 미소진동을 이용한 지반구조물 계측은 구조물 내부의 미시적 변형이나 파괴거동을 음향과 진동으로 계측하는 방법으로, 계측대상의 대규모 파괴에 앞서 이들의 발생량과 발생빈도가 급격히 증가하는 특성을 활용하여 파괴의 사전징후를 파악할 수 있다. 이 방법의 실제 적용을 위해서는 고사양의 센서, 고속의 신호획득장치 그리고 운영프로그램으로 구성된 계측시스템이 요구된다. 근래 국내기술에 의한 현장계측용 미소파괴음과 미소진동 계측시스템이 개발되었다. 특히 계측된 신호를 분석하고 해석할 수 있는 다양한 기능의 운영프로그램을 개발하고 선진외국 제품과의 상호비교를 통해 효용성을 평가하였다. 본 보고에서는 개발된 미소파괴음 계측시스템의 구성과 특징 등에 대해 소개하고, 향후 해결과제와 나아갈 방향에 대하여 논의하였다.

취성파괴에 관한 고찰

천대성,박찬,전석원 한국암반공학회 2006 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.- No.-

유한차분법과 개별요소법을 활용한 취성파괴 특성 평가

천대성,전석원,이장백 한국자원공학회 2019 한국자원공학회지 Vol.56 No.6

The relationship between brittle failure and applied stress conditions using finite difference method and discrete element method was evaluated. The characteristics of brittle failure were classified into the initiation stress, extent and depth. FLAC3D and PFC3D were adopted as FDM and DEM, respectively. Numerical experiments were performed under triaxial stress conditions and compared with the previous experiments. The CWFS model in FDM could simulate the V-shaped failure well. The magnitude of the differential stress perpendicular to the opening axis and the extent/depth of failure were linearly proportional. Spalling could be simulated as particle separating in DEM. The crack initiation stress in DEM can be a good indicator of when failure starts in the experiment or field. PFC3D can reflect the effects of 3D stress conditions, but there were difficulties in distinguishing the depth and extent of failure. Therefore, it is necessary to select appropriate numerical methods in assessing brittle failure. 높은 현지응력이 작용할 때 발생 가능한 취성파괴에 대하여 유한차분법과 개별요소법을 이용하여 재하된응력사이와의 관계를 평가하였다. 취성파괴는 파괴개시시점, 파괴범위와 파괴심도 등으로 구분하였다. 유한차분법으로 FLAC3D, 개별요소법으로 PFC3D를 사용하였다. 삼축응력조건에서 취성파괴 수치실험을 수행하여 기존 모형실험결과와 비교하였다. 유한차분법에서 사용된 CWFS 모델이 v-형태의 취성파괴를 잘 모사할 수 있음을 알 수 있었다. 공동 축에 수직한 축차응력의 크기와 파괴범위/파괴심도가 선형 비례함을 보였다. 개별요소법의 경우 스폴링를 입자탈락으로 모사할 수 있었으며, 수치실험의 균열개시응력이 모형실험이나 현장관찰의 파괴개시시점에 대한 좋은 지시자가 될 수 있음을 확인하였다. PFC3D는 FLAC3D와 달리 3차원 응력조건의 영향을 반영할 수 있으나, 취성파괴의정도를 표현하는 파괴심도와 파괴범위를 구별하는 데 어려움이 존재하였다. 따라서 취성파괴를 예측 또는 평가하는데 있어 해석목적에 맞는 수치해석방법의 선택이 필요한 것으로 나타났다.

손상제어시험에 의한 고심도 터널의 파괴모델링

천대성,정용복,박찬,전석원 한국암반공학회 2007 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.- No.-

해외 고준위방사성폐기물 처분장 부지선정 사례 - 스위스(상)

천대성,전석원,김기석,신영진,이정환 한국지반공학회 2024 지반 : 한국지반공학회지 Vol.40 No.4

고심도 암반의 취성파괴 특성과 예측기법

천대성,Cheon, Dae-Seong 한국터널지하공간학회 2013 자연, 터널 그리고 지하공간 Vol.15 No.5

응력조건에 따른 원형터널 주변의 취성파괴특성에 관한 연구

천대성 한국암반공학회 2008 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.- No.-

암반구조물 안전관리를 위한 미소진동 파형 분석

천대성,진광민 한국자원공학회 2017 한국자원공학회지 Vol.54 No.5

Since microseismicity tends to increase rapidly before the macro-failure of rock mass structures, it can be used to detect the preliminary signs of the failure. Therefore, it is considered to be one of the measures for the safety accidents of underground mines that are occurring in Korea recently. In this paper, we introduce the ISRM suggested method for in situ microseismic monitoring and analyze the waveform characteristics measured at the domestic sites to provide basic data that can be used for the safety monitoring of rock structure in the future. When applying a microseismic monitoring system to an underground mine, attention should be paid to electrical noise, shock caused by blasting, dust, and rockfall. As a result of analyzing the microseismic waveform, the waveform related to the rock mass damage was a single and burst type, and the waveform induced by blasting lasted for a couple of seconds and its amplitude was relatively high. The microseismic waveform due to the breaking and the drilling has a periodic shape. In the case of the mucking operation, there is no distinct feature but a different waveform compared to others. The crushing operation showed that the amplitude of the vibration acting on the rock was smaller than the noise heard by the ear. 미소진동은 대규모 파괴에 앞서 발생량과 발생속도 등이 급격히 증가하는 경향을 보이기 때문에 암반구조물 의 파괴에 대한 사전징후를 포착하는 데 활용될 수 있어, 최근 국내에서 발생하고 있는 지하광산의 안전사고에 대한 하나의 방안으로 여겨지고 있다. 본 논문에서는 국제암반역학회에서 제정한 미소진동 계측에 관한 표준시험법을 소 개하고 국내 현장에서 계측된 파형특성을 분석하여 향후 암반구조물의 안전감시에 활용될 수 있는 기본 자료를 제공 하고자 하였다. 지하광산에 미소진동 계측시스템을 적용하는 경우, 전기적 잡음, 주변발파로 인한 진동영향, 분진, 낙 석 등에 대해 주의해야 한다. 계측된 미소진동 파형을 분석한 결과, 암반손상과 관련된 미소진동 파형은 단발성의 돌 발형이며, 발파에 의한 미소진동 파형은 수 초간 지속되며 진폭이 상대적으로 매우 높았다. 파쇄작업과 천공작업에 의한 미소진동은 주기적 형태를 띠며, 버력작업의 경우 뚜렷한 특징이 없으나 이질적인 형태의 파형으로 나타났다. 분쇄작업은 귀로 들리는 소음보다 암반에 작용하는 진동의 크기는 미약한 것으로 나타났다.