CWFS모델변수 결정을 위한 손상제어시험 및 이를 활용한 취성파괴모델링

천대성,박찬,전석원,정용복,Cheon, Dae-Sung,Park, Chan,Jeon, Seok-Won,Jung, Yong-Bok 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.3

일반적으로 고심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동의 굴착에 따른 유도응력으로 인하여 공동 경계면에서 스폴링(spatting)이나 슬래빙(slabbing)과 같은 취성파괴가 발생할 수 있다. Hoek-Brown과 Mohr-Coulomb 파괴기준과 같은 전통적인 파괴기준을 적용한 결과 취성파괴현상과 파괴심도 등을 예측할 수 없는 것으로 나타나 취성파괴를 예측하기 위한 여러 모델이 제안되었으며, 그 중 CWFS 모델이 적합한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 모형실험에서 얻어진 원형공동주변의 취성파괴현상을 모델링하기위하여 CWFS 모델을 적용하였으며, 입력자료의 산정을 위해 암석의 손상정도와 손상에 따른 물성의 변화를 측정하는 손상제어시험을 수행하였다. CWFS 모델에 의해 예측된 파괴양상을 전통적인 파괴기준에 의한 해석결과 및 모형실험결과와 비교하여 취성파괴모델링의 적용성을 평가하였다. When a tunnel or an underground structure is excavated in deep geological environments, the failure process is affected and eventually dominated by stress-induced fractures growing preferentially parallel to the excavation boundary. This fracturing is generally referred to as brittle failure by spatting and slabbing. Continuum models with traditional failure criteria such as Hoek-Brown or Mohr-Coulomb criteria have not been successful in prediction of the extent and depth of brittle failure. Instead cohesion weakening and frictional strengthening (CWFS) model is known to predict brittle failure well. In this study, CWFS model was applied to predict the brittle failure around a circular opening observed in physical model experiments. To obtain the input parameters for CWFS model, damage-controlled tests were carried out. The predicted depth and extent of brittle failure using CWFS model were compared to the results of the physical model experiment and numerical simulation using traditional model.

미소진동 모니터링 시스템의 측정 신뢰도 향상을 위한 시그널 컨디셔너 개발

천대성(Dae-Sung Cheon),한철민(Cheol-Min Han),이장백(Jang Baek Lee) 한국암반공학회 2020 터널과지하공간 Vol.30 No.1

미소진동 모니터링은 구조물의 미세 수준의 손상을 감지하여 구조물의 성능확인 및 안전관리에 활용된다. 신뢰도 높은 미소진동 모니터링 시스템을 구성하기 위해서는 수집된 신호를 변환하는 시그널 컨디셔너의 역할이 매우 중요하다. 시그널 컨디셔너는 정확한 데이터 수집과 기기 정밀 제어에 도움을 주며 신호변환, 선형화, 증폭 등의 추가적인 기능을 수행한다. 본 기술보고는 기존에 개발한 미소진동 모니터링 시스템의 성능을 향상하여 보다 정밀한 모니터링 구현을 목적으로 광산현장에 적합한 노이즈 저감형 시그널 컨디셔너를 개발하고 이를 검토하였다. Microseismic monitoring is utilized for the performance verification and safety management of the structure by detecting fine levels of damage. In order to construct a highly reliable microseismic monitoring system, the role of signal conditioner is critical. The signal conditioner helps with accurate data collection and precision control of the device, and performs additional functions such as signal conversion, linearization, and amplification. In this technical report, noise reduction signal conditioner suitable for mining sites was developed and reviewed for the purpose of implementing more precise monitoring by supplementing the previously developed microseismic monitoring system.

처분심도를 고려한 암반공학적 관점의 처분시설 안전성과 국내외 관련 연구

천대성(Dae-Sung Cheon) 대한지질학회 2022 대한지질학회 학술대회 Vol.2022 No.10

석유가스생산을 위한 수압파쇄기술 설계 이론과 실제

천대성(Dae-Sung Cheon),이태종(Tae Jong Lee) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.6

본 보고에서는 석유산업에서 석유 및 가스의 생산성과 회수율을 극대화시키기 위한 방안의 하나인 수압파쇄기술에 대하여 다루고 있다. 수압파쇄기술은 인위적으로 저류층에 균열을 발생시켜 발생된 균열을 통해 저류층 유체의 유정 내 유입을 용이하게 하는 방법으로, 최근 셰일가스나 오일셰일과 같은 비전통석유가스 개발에서 널리 사용되고 있다. 수압파쇄는 크게 세 가지 단계의 과정을 통해 이루어지며, 효율적인 수압파쇄 설계를 위해 제안된 모델과 수압파쇄 후 결과를 분석, 평가하는 방법에 대해 소개하고 있다. 또한 수압파쇄과정에서 발생하는 다양한 문제점과 이를 해결하는 데 필요한 저류층 암반역학에 대해서도 간략하게 다루고 있다. This paper deals with a hydraulic fracturing technique, which is one of the methods to maximize the recovery rate and productivity of oil and gas in the petroleum industry. In the hydraulic fracturing, typically water mixed with sand and chemicals is injected into a wellbore in order to create artificial fractures along which formation fluids migrate to the well. In recent years, it is widely used in non-conventional oil and gas such as oil shale and shale gas. Three main stages of the hydraulic fracturing process, the proposed design models for the effective hydraulic fracturing and diagnostics after fracturing treatment are introduced. In addition, this paper introduces reservoir geomechanics to solve various problems in the process of hydraulic fracturing.

회전식 전단시험기를 이용한 암석절리의 수리-역학적 거동에 관한 연구

천대성(Dae-Sung Cheon),이희석(Hee-Suk Lee),이정인(Chung-In Lee),이희근(Hi-Keun Lee) 한국암반공학회 1999 터널과지하공간 Vol.9 No.4

응력조건에 따른 원형터널 주변의 취성파괴범위와 파괴심도

천대성(Dae-Sung Cheon),박찬(Chan Park),박철환(Chulwhan Park),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2007 터널과지하공간 Vol.17 No.4

경암 내 암반구조물의 파괴는 현지응력의 크기, 무결암의 강도 그리고 암반 내에 존재하는 불연속면의 상태에 의해 결정되며, 특히 높은 현지응력이 작용하는 경우 유도응력에 의해 취성파괴가 발생할 수 있다. 취성파괴의 특성은 파괴수준, 파괴개시시점, 파괴범위와 파괴심도 등으로 구분할 수 있으며, 암반구조물의 안정성을 확보하기 위해서는 응력조건에 따른 취성파괴의 특성을 규명하여야 한다. 본 연구에서는 취성파괴가 발생한 상태에서 응력조건에 따른 파괴범위와 파괴심도를 평가하고자 하였다. 이를 위해 진삼축 압축응력조건에서 모형실험을 수행하였으며, 취성파괴가 발생한 모형실험체에 대하여 육안관찰과 컴퓨터단층촬영을 수행하여 파괴심도와 파괴범위를 결정하였다. 파괴심도는 터널단면에 작용하는 축차응력의 크기에 영향을 받으나 파괴범위의 경우 응력조건에 따른 뚜렷한 경향성을 보이지 않는 것으로 나타났다. Failure of underground structures in hard rocks is a function of the in-situ stress, the intact rock strength and the distribution of fractures in the rock mass. At highly stressed regime, brittle failure is often observed due to excavation-induced stress. The characteristics of brittle failure are classified as failure grade, failure initiation stress, extent of failure and depth of failure. For safety construction of underground structures, these characteristics of brittle failure with stress conditions should be understood. In this study we evaluated the relationship between the extent and depth of failure with stress conditions for failure happened model specimens through true triaxial model experiments. The extent and depth of failure were determined using visual observation and computed tomography (CT). The results indicate that the depth of failure was affected by differential stress perpendicular to the axis of tunnel. However the extent of failure was irrelevant to the stress conditions.

국내 암석의 역학적 특성 분석과 DB구축을 위한 기본연구

천대성(Dae-Sung Cheon),박의섭(Eui-Seob Park),박철환(Chulwhan Park),박찬(Chan Park) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.5

산악지형이 많은 국내 여건으로 인해 많은 암반구조물이 건설되고 있으며, 이와 관련하여 암석물성시험을 포함한 수많은 지반조사가 수행되었다. 본 연구는 국내 암석의 역학적 특성자료의 데이터베이스화를 위한 기본연구로서, 국가공인시험기관에서 수행되었던 시험자료 약 2000 개에 대해 역학적 상관성에 대해 분석하였다. 효용성있는 데이터베이스를 구축하기 위해서는 신뢰성있는 자료의 축적 뿐 아니라 규격화된 정보를 토대로 체계적인 관리가 필요할 것이다. About 70% of domestic land is mountainous and the construction of many geotechnical structures is inevitable for building transportation networks across region. Many geotechnical surveys, including rock physical and mechanical tests, are performed during construction. This study is a basic research for establishing database of physical and mechanical properties in domestic rocks, and analyzing the rock mechanical relationships between 2,000 rock properties obtained from laboratory tests in KOLAS. For the construction of useful database, systematic management, based on the standard information as well as reliable data accumulation, is required.

취성파괴에 관한 고찰

천대성(Dae-Sung Cheon),박찬(Chan Park),신중호(Joong-Ho Synn),전석원(Seokwon Jeon) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.6

암반구조물의 파괴는 초기응력의 크기, 무결암의 강도 그리고 단층이나 절리와 같이 암반 내에 존재하는 불연속면의 상태에 의해 좌우된다. 일반적으로 고심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동 굴착에 따른 유도응력으로 인해 공동 경계면에서 스폴링이나 슬래빙과 같은 취성파괴가 발생할 수 있다. 최근 고심도에 건설되는 암반구조물이 증가함에 따라 취성파괴의 발생사례가 증가하고 있으며, 더욱이 국내의 저심도 구간에서도 스폴링 현상이 보고되어 취성파괴에 대한 연구의 필요성이 요구된다. 그러나 아직까지 취성파괴에 대해 명확하게 규명되지 않아 본 보고에서 취성파괴현상을 규명하기위해 수행되었던 기존 연구결과를 중심으로 취성파괴와 그 특징에 대하여 요약정리하였다. Failure around an underground opening is a function of in-situ stress magnitudes, intact rock strength and the distribution of fractures in the rock mass. At high in-situ stress, the failure process is affected and eventually dominated by stress-induced fractures preferentially growing parallel to the excavation boundary. This fracturing is often observed in brittle type of failure such as slabbing or spalling. Recent studies on the stress-induced damage of rock revealed its importance especially in a highly stressed regime. As the constructions of underground structures at deep depths increased, the cases of the brittle failure also increased and furthermore spalling was occurred in Korea at low depths. To improve the stability of the underground structures at highly stressed regime, the characteristics of brittle failure should be examined, but they have not yet been properly investigated. Therefore in this report the characteristics of brittle failure such as types, failure mechanism and modeling methods etc. were considered in all aspects, based on the previous researches.

웨이브가이드를 이용한 사면계측연구

천대성 ( Dae Sung Cheon ),정용복 ( Yong Bok Jung ),박의섭 ( Eui Seob Park ),신중호 ( Joong Ho Synn ) 대한지질공학회 2008 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2008 No.-

차원 및 초동발췌방법에 따른 미소진동 음원위치결정 실험연구

천대성(Dae-Sung Cheon),유정민(Jeongmin Yu),이장백(Jang-baek Lee) 한국암반공학회 2019 터널과지하공간 Vol.29 No.4

미소진동기술을 활용한 계측 및 안전관리는 전통적인 방법에 비해 우수성이 인정되어 국내외 광산 등에서 활용되고 있다. 그러나 국내 지하광산의 비정형화와 채굴적과 암반 등이 혼재한 복잡한 구조는 미소진동 전파속도 산정과 미소진동 신호의 초동발췌를 어렵게 한다. 본 연구에서는 여러 초동발췌방법과 차원에 따른 음원위치의 결정에 대해 실험적 연구를 수행하였다. 초동발췌방법은 FTC(First Threshold Cross), Picking window, AIC(Akaike Information Criterion)을 사용하였으며, 2차원 센서 배열일 때 2차원과 3차원 음원발생 실험을 수행하였다. 각 실험에서 음원위치결정 알고리즘은 반복법과 유전자 알고리즘을 사용하였다. 반복법은 센서 배열과 음원발생이 동차원인 경우 효과적이나 음원발생이 상위차원인 경우에는 적합하지 않았다. 반면, RCGA를 이용한 음원위치결정의 경우 상위차원 음원위치를 결정할 수 있었으나 계산속도가 다소 느렸다. 초동발췌방법의 정확도는 음원위치결정 방법에 따라 다르게 나타났으나, Picking window가 전반적으로 높은 정확도를 나타냈다. Microseismic monitoring technologies have been recognized for its superiority over traditional methods and are used in domestic and overseas underground mines. However, the complex gangway layout of underground mines in Korea and the mixed structure of excavated space and rock masses make it difficult to estimate the microseismic propagation and to determine the arrival time of microseismic wave. In this paper, experimental studies were carried out to determine the source location according to various arrival picking methods and dimensional conditions. The arrival picking methods used were FTC (First Threshold Cross), Picking window, AIC (Akaike Information Criterion), and 2-D and 3-D source generation experiments were performed, respectively, under the 2-D sensor array. In each experiment, source location algorithm used iterative method and genetic algorithm. The iterative method was effective when the sensor array and source generation were the same dimension, but it was not suitable to apply when the source generation was higher dimension. On the other hand, in case of source location using RCGA, the higher dimensional source location could be determined, but it took longer time to calculate. The accuracy of the arrival picking methods differed according to the source location algorithms, but picking window method showed high accuracy in overall.