999번 지방도로 경상북도 안동시 위리 지역의 사면 변형 및 안정성 분석

장현식 ( Hyun Sic Jang ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2000 지질공학 Vol.10 No.1

논문 : 사면기호시스템을 이용한 사면의 평가 및 분류시스템 제안

장현식 ( Hyun Sic Jang ),김지혜 ( Ji Hye Kim ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2014 지질공학 Vol.24 No.3

사면붕괴에 따른 재해에 효과적으로 대응하기 위해서는 사면의 상태, 특성, 안정성과 사면붕괴시의 피해도에 대한 분석이 필요하다. 이 연구에서는 사면 관리에 필요한 다양한 항목을 포함하고 있는 사면기호시스템(Slope Code System, SCS)을 제안하고 있다. SCS는 사면의 상태, 지질특성, 공학적 안정성, 피해도 등을 평가하여 사면의 특성을 구체적으로 표현할수 있으며, 평가방법도 비교적 쉽게 할 수 있다. SCS는 5가지의 평가 요소로 구성되어 있는데, ‘요소-1’은 사면의 구성물질을 나타내며, ‘요소-2’는 사면의 지질학적 특성을 성인에 따른 암종(rock type)과 지질구조로 나타낸다. ‘요소-3’은 사면의 공학적 안정성 평가하며, ‘요소-4’는 보호·보강 상태를 나타낸다. 마지막으로 ‘요소-5’는 사면붕괴 시 발생될 수 있는 피해의 정도를 나타낸다. SCS의 5가지 평가 요소들은 각각 평가 결과를 나타내는 고유한 분류 기호들을 가지고 있으며, 각 요소별 평가 결과로부터 부여된 5개의 기호들을 조합하여 사면의 종합적인 상태를 나타낸다. SCS는 사면의 상태, 특성, 공학적 안정성, 피해도 등을 종합적으로 평가하므로 사면의 유지관리에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The condition, characteristics, and stability of slopes, as well as the consequences of slope failure, need to be understood for the proper stabilization of slopes and preclusion of potential disasters arising from slope failure. Here, a slope code system (SCS) that succinctly and accurately reflects the various conditions of a slope is proposed. The SCS represents the condition, characteristics, and geotechnical stability of slopes, as well as the consequences of slope failure, and the method is quickly and easily applied to a given slope. The SCS comprises five elements: 1) the slope material; 2) the genetic origin (rock type) and geological structure of the slope; 3) the geotechnical stability of the slope; 4) the probability of failure and remedial works made upon the slope; and 5) the consequences of failure. A letter code is selected from each element, and the result of the evaluation and classification of the slope is given as a five-letter code. Because the condition, characteristics, and geotechnical stability of a slope, as well as the consequences of slope failure, are provided by the SCS, this system will provide an effective mechanism for the maintenance and management of slopes, and will also allow more informed decision-making for determining which slopes should be prioritized for remedial measures.

표준 거칠기 단면의 실험적 검증에 의한 새로운 거칠기 계수 및 전단강도 기준식

장현식 ( Hyun-sic Jang ),심민용 ( Min-yong Sim ),장보안 ( Bo-an Jang ) 대한지질공학회 2021 지질공학 Vol.31 No.4

Barton and Choubey(1977)가 제안한 10개의 표준 거칠기 단면을 3차원으로 확장하여 모든 단면의 거칠기가 일정한 3차원 표준 거칠기 절리 모형을 제작하였다. 석고를 사용하여 이 절리 모형을 복제하여 절리시료를 제작하였고, 복제된 절리시료에 직접전단시험을 실시하여 표준거칠기 단면에 부여된 절리 거칠기계수(JRC)를 검증하였다. 먼저 절리 시료의 JRC, 절리면압축강도(JCS)와 기본마찰각(ø_b)을 이용하여 Barton (1973)의 전단강도 기준식에서 절리의 전단강도를 추정하고, 직접전단시험에서 측정된 전단강도와 비교하였다. 직접전단시험에서 측정된 전단강도는 1번과 4번 표준 거칠기를 제외한 8개 시료에서 Barton의 기준식에서 추정된 전단강도보다 낮았고, JRC가 큰 시료에서 차이가 더욱 크게 나타났다. 직접전단시험 결과를 역해석하여 JRC, JCS 그리고 ø_b의 적절성을 검토하였고, JRC의 문제점으로 인하여 측정된 전단강도가 추정된 전단강도보다 낮은 것으로 판명되었다. 역해석으로 구한 표준 거칠기 단면의 JRC 값인 JRC_m은 JRC보다 전반적으로 낮은 값을 보이지만 JRC와 상관성이 매우 높은 직선의 관계를 나타내었다. 위의 결과를 종합하여 표준 거칠기 단면의 정확한 JRCm을 제시하였고, JRC_m과 JRC의 상관관계를 제시하였으며, Barton의 전단강도 기준식을 수정하여 제안하였다. The ten standard roughness profiles suggested by Barton and Choubey (1977) were extended to make three-dimensional (3D) joint models whose profiles were identical at any cross section. Replicas of joint models were produced using plaster of Paris, and direct shear tests were performed to verify the joint roughness coefficients (JRC) of the standard roughness profiles. Joint shear strengths measured by direct shear tests were compared with those predicted by the shear failure criterion suggested by Barton (1973) based on JRC, joint compressive strength (JCS), and joint basic friction angle (ø_b). Shear strengths measured from joints of the first and fourth standard roughness profiles were close to predicted values; however, shear strengths measured from the other joint models were lower than predicted, the differences increasing as the roughness of joints increased. Back calculated values for JRC, JCS, and from the results of the direct shear tests show measured shear strengths were lower than predicted shear strengths because of the JRC values. New JRC were back calculated from the measured shear strength and named JRC_m. Values of JRC_m were lower than the JRC for the standard roughness profiles but show a strong linear relationship to JRC. Corrected JRC_m values for the standard roughness profiles are provided and revised relationships between JRC_m and JRC, and new shear strength criterion are suggested.

수치화된 표준 거칠기 프로파일을 이용한 절리 거칠기 계수(JRC)의 정량적 측정기법 연구

장현식 ( Hyun Sic Jang ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2011 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2011 No.1

논문 : 강원도 정선군 고한 지역 붕괴사면의 수치해석을 이용한 사면안정성 평가

장현식 ( Hyun Sic Jang ),이주용 ( Ju Young Lee ),서용석 ( Yong Seok Seo ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2014 지질공학 Vol.24 No.4

확장공사 중 큰 규모의 붕괴가 발생한 사면에 대하여 현재와 확장공사 완료 후의 안정성을 평가하기 위하여 한계평형 법과 유한차분법을 이용하여 안정해석을 실시하였다. 이 지역은 복잡한 공학적 특성을 갖는 붕적층이 존재하여 안정해석 을 위한 해석모델 결정이 쉽지 않다. 따라서 실제 사면의 상태를 반영하는 해석모델을 만들기 위해 경계면(파괴면)의 형 상과 지반강도정수를 변화시켜가며 역해석을 실시하여 최종적인 해석모델을 결정하였다. 대책공법으로 고려한 억지말뚝 이 적용된 해석모델은 비교적 안정한 상태로 분석되었으며, 이러한 해석결과는 실제 사면의 상태와 일치하는 것이다. 또 한 이 연구에서 제시된 해석모델과 지반물성은 향후 계획중인 사면 절취공사 시 지반의 안정성을 확보하는데 기초자료 로 사용될 수 있을 것으로 판단된다. Limit equilibrium analysis and finite difference analysis were used to evaluate slope stability in the in Gohan, Korea, which is affected by large-scale tensile cracks and uplift. There is a thick colluvial layer in the study area and predicting ground behavior is problematic because the presence of clay makes it difficult to determine the strength parameters of the soil. Consequently, a numerical model able to reflect the collapse properties of the site was required that applied the modified boundary layer model and calculated the strength parameters using back analysis. The numerical simulation results that consider the strength parameter one does with the present situation the establishment of the pile is completed, and the simulation is able to asses ground stability in complex terrain in a reliable manner. Also the somewhat it judges with the fact that it will be able to provide the fundamental data which secures the stability of the segment where it is unstable.

온양지역에 분포하는 호상편마암을 이용한 평면 이방성 암석의 탄성상수 측정방법

장현식 ( Hyun Sic Jang ),이옥탑 ( Ok Top Lee ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2012 지질공학 Vol.22 No.3

암석 절리면의 기본마찰각 결정을 위한 실험적 고찰

장현식 ( Hyun-sic Jang ),정종택 ( Jong-taek Jeong ),장보안 ( Bo-an Jang ) 대한지질공학회 2016 지질공학 Vol.26 No.4

이 연구에서는 직접적으로 기본마찰각을 측정할 수 있는 직접전단시험과 삼축압축시험, 간접적으로 측정할 수 있는 기울임 시험을 이용하여 톱 절단면, #100 연마면, #600 연마면 등 총 3종류의 면을 갖는 황등 화강암과 Berea 사암의 기본마찰각을 측정하고 시험 결과들을 서로 비교하였다. 직접전단시험과 삼축압축시험에서 측정된 기본마찰각은 대체로 정확하지만 면의 상태에 따라서는 매우 차이가 나는 값이 측정되기도 한다. 기울임 시험은 모든 암종에서, 모든 면의 상태에서 유사한 결과를 산출하여 기본마찰각의 측정에 유용하게 사용될 수 있음을 보여주지만, 오차의 범위는 직접적인 시험에 비하여 비교적 넓은 범위를 보인다. 안정된 기본마찰각을 측정하기 위해서는 톱 절단면 보다는 전단면을 항상 일정하게 유지시킬 수 있는 연마면을 사용하는 것이 유리하며, 연마면 중에서도 #600 연마면 같이 매우 매끄러운 면 보다는 #100 연마면 같은 부드러운 수준의 면에서 보다 안정된 결과를 얻을 수 있다. 그러므로 #100 연마면 시료에서 직접전단시험이나 삼축압축시험으로 측정된 기본마찰각이 가장 신뢰성이 높을 것으로 예상되며, #100 연마면 시료에 대한 기울임 시험도 기본마찰각을 측정하는데 있어서 충분한 신뢰성을 갖는 것으로 판단된다. Samples of Hangdeung granite and Berea sandstone containing sliding planes were prepared by saw-cutting and polishing using #100 or #600 grinding powders. Their basic friction angles were then measured directly in direct shear tests and triaxial compression tests, and also in tilt tests, which measure the angles indirectly. Although the angles measured by the direct methods were generally accurate, those measured along certain planes were greatly different from the others depending on the condition of the plane. The tilt tests yielded similar angles regardless of the sliding plane condition or the rock type; however, the error range was relatively wide. Sliding planes polished by the grinding powders yielded more accurate results than those cut by the saw and tested without polishing, as polishing ensured consistent conditions among all the planes. Sliding planes polished using #100 grinding powder yielded better results than polishing with #600 grinding powder. Therefore, the basic friction angles measured along the sliding planes polished using #100 grinding powder, as obtained in direct shear and triaxial compression tests, were the most reliable. The angle could also be measured satisfactorily by tilt testing along sliding planes polished with #100 grinding powder.

논문 : 정확한 미소파괴음의 발생위치 분석을 위한 신호 도달시간 결정알고리즘 연구 및 실험적 검증

장현식 ( Hyun Sic Jang ),최준영 ( Jun Young Choi ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2015 지질공학 Vol.25 No.4

이 연구에서는 기존의 다양한 미소파괴음(AE)의 신호 도달시간 결정방법을 검토한 후, 전산처리 프로그래밍이 용이하고 자료처리 속도가 빠른 가변 검출한계법을 개발하였다. 가변 검출한계법은 기존의 검출한계법을 수정한 것으로서, 검출한계 값을 하나로 고정하지 않고 측정된 모든 AE 신호마다 배경잡음 분석을 실시하여 각 신호에 맞는 검출한계 값을 결정하는 방법이다. 가변 검출한계법의 효과를 검토하기 위해 2차원과 3차원 음원추적 모델을 구성하고 실험적 방법으로 검증을 실시하였다. 2차원 모델에 대한 검증에서 가변 검출한계법을 적용할 경우 기존의 고정된 검출한계 값을 사용하는 방법에 비해 정확도가 평균 약 38.3% 정도 향상되는 것을 확인하였다. 3차원 모델에 대한 검증에서는 2차원 모델에 비해 다소 적으나 가변 검출한계법을 적용할 경우 평균 약 15.2% 정도의 정확도가 향상되는 것으로 분석되었으며, 3점 휨 시험에서도 가변 검출한계법이 적용된 분석 결과가 실제 파괴면과 더 높은 연관성을 보였다. 따라서 가변 검출한계법이 AE 음원의 위치를 정확히 분석하는데 유용한 알고리즘이라는 것을 검증시험으로부터 확인할 수 있었다. We examined various existing threshold methods for the determination of the first arrival time of acoustic emission (AE), and developed a new variable threshold method that could determine the first arrival time of AE more accurately and more quickly than existing methods. The new method, a modification of an existing threshold method, does not fix the threshold, but applies variable thresholds for the AE signals according to noise analysis. Two- and three-dimensional models were established to test the effectiveness of the new method. It could determine source locations of AE in a two-dimensional model 38.3% more accurately than the pre-existing threshold methods. Its accuracy improvement over the existing methods in a three-dimensional model was about 15.2%. A practical test involved measuring the source locations of AE during three-point bending tests of granite cores. The new method placed the sources closer to the fracture plane than did the pre-existing methods, indicating its superior (and quicker) ability to determine the source locations of AE.

논문 : 대전지역 중생대 화강암 암반 내 취성파괴 예측연구

장현식 ( Hyun Sic Jang ),최미미 ( Mi Mi Choe ),배대석 ( Dae Seok Bae ),김건영 ( Geon Young Kim ),장보 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2015 지질공학 Vol.25 No.3

대전지역 중생대 화강암 암반을 대상으로 경험적 해석과 수치해석 모델링을 사용하여 심도에 따른 취성파괴 예측 연구를 수행하였다. 먼저 손상제어시험 등의 실내시험으로 경험적 해석과 수치해석 모델링에 필요한 입력 변수를 측정하였고, 측정결과를 바탕으로 연구지역의 암반을 경암에 속하는 그룹 A와 극경암에 속하는 그룹 B로 구분하여 각 그룹별 대표 물성치를 사용하였다. 취성파괴의 해석에는 해석구간의 심도와 측압계수(k)로 결정되는 원위치응력 값이 필요하나 연구지역의 원위치응력 값은 측정되지 않았다. 그러므로 다양한 원위치응력 상태를 고려하기 위하여 3가지의 측압계수 (k=1,2,3)를 분석에 적용하였다. 경험적 해석과 수치해석 모델링에서 측압계수가 1일 경우, 연구지역의 암반에서는 1000m의 심도까지도 취성파괴가 발생할 가능성이 매우 낮은 것으로 분석되었다. 그러나 측압계수가 2일 경우에는 심도 800 m 구간에서부터, 측압계수가 3일 경우에는 심도 600m 구간에서부터 취성파괴가 발생될 가능성이 높을 것으로 판단된다. 이 연구에서는 점착력약화-마찰각강화(CWFS) 모델과 Mohr-Coulomb 모델이 사용되었으며, CWFS 모델은 암반의 취성 파괴영역의 범위와 깊이를 잘 모사하였으나 모아-쿨롱 모델은 이러한 변화를 구현하지 못하였다. Brittle failure of Mesozoic granite in the Daejeon region is predicted using empirical analysis and numerical modeling techniques. The input parameters selected for these techniques were based on the results of laboratory tests, including damage-controlled tests. Rock masses that were considered to be strong during laboratory testing were assigned to “group A” and those considered to be extremely strong were assigned to “group B”. The properties of each group were then used in the analyses. In-situ stress measurements, or the ratio of horizontal to vertical stress (k), were also necessary for the analyses, but no such measurements have been made in the study area. Therefore, k values of 1, 2, and 3 were assumed. In the case of k=1, empirical analysis and numerical modeling show no indication of brittle failure from the surface to1000 m depth. When k=2, brittle failure of the rock mass occurs at depths below 800 m. For k=3, brittle failure occurs at depths below 600 m. Although both the Cohesion Weakening Friction Strengthening (CWFS) and Mohr-Coulomb models were used to predict brittle failure, only the CWFS model performed well in simulating the range and depth of the brittle failure zone.

시멘트 시료에 대한 삼축압축 환경에서의 수압파쇄시험 연구

류희성,장현식,장보안,Riu, Hee-Sung,Jang, Hyun-Sic,Jang, Bo-An 대한지질공학회 2017 지질공학 Vol.27 No.3

주입액의 점성도와 응력상태에 따른 균열전파 특성을 분석하기 위해 실험실 규모의 수압파쇄시험을 실시하였다. 시험에 사용된 시료는 시멘트 몰탈을 사용하여 제작되었으며, 각 변의 길이가 20 cm인 정육면체 형태이다. 제작된 시료는 최대강도를 갖기 위해 수중에서 약 1달간 양생과정을 거쳤다. 독립적인 가압시스템을 가지고 있는 진삼축압축장치로 시료에 압력을 가하여, 실제의 지반에서 작용하는 원위치응력 상태를 재현하였다. 시추 환경 재현을 위해 시료에 소형 시추공을 천공한 후, 일정한 주입속도로 수압파쇄시험을 실시하였다. 수압파쇄시험 과정에서 시추공에 주입된 유체의 압력을 실시간으로 측정하였으며, 동시에 미소파괴음(AE) 신호를 측정하였다. 수압파쇄시험의 모든 과정이 끝난 후 생성된 균열의 형태를 육안으로 관찰하였다. 일차파쇄압력은 주입액의 점성도 증가에 따라 지수형태를 보이며 증가하였다. 수압파쇄시험으로 인해 생성된 균열의 형태는 최대주응력과 최소주응력의 차이인 편차응력의 크기에 따라 서로 다른 양상을 보였다. 낮은 편차응력의 조건에서는 단일의 균열이 아닌 다중 균열이 생성되거나, 균열 성장과정에서 방향이 휘어지는 경향을 보였고, 이에 반해 높은 편차응력의 조건에서 생성된 균열은 단일 면상의 균열이 발생하였다. AE 분석에서도 편차응력이 클수록 미세균열이 단일 면상으로 집중되어 발생되는 경향을 보였다. 이러한 연구결과는 수압파쇄 방법을 이용한 암반파쇄에서 편차응력이 클 때보다 작을 때 더 복잡한 균열이 발생된다는 것을 보여준다. 따라서 셰일가스를 개발할 때 생산량을 높이기 위해서는 복잡한 균열을 발생시킬 수 있는 편차응력이 작은 조건에서 수압파쇄가 적용되는 것이 효과적일 것으로 판단된다. We conducted hydraulic fracturing experiments on cement samples to investigate the dependency of fracture propagation on the viscosity of injection fluid and the in situ stress state. Ten cubic samples (20 cm side length) were produced using cement that was cured in water for more than one month. Samples were placed in a tri-axial compression apparatus with three independent principal stresses. An injection hole was drilled and the sample was hydraulically fractured under a constant injection rate. We measured injection pressures and acoustic emissions (AE) during the experiments, and investigated the fracture patterns produced by hydraulic fracturing. Breakdown pressures increased exponentially with increasing viscosity of the injection fluid. Fracture patterns were dependent on differential stress (i.e., the difference between the major and minor principal stresses). At low differential stress, multiple fractures oriented sub-parallel to the major principal stress axis propagated from the injection hole, and in some samples the fracture orientation changed during propagation. However, at high differential stress, a single fracture propagated parallel to the major principal stress axis. AE results show similar patterns. At low differential stress, AE source locations were more widespread than at high differential stress, consistent with the fracture pattern results. Our study suggests that hydraulic fracturing during shale gas extraction should be performed parallel to the orientation of minimum differential stress.