석회석 광산에서의 GSI 분류법에 의한 암반특성연구

선우춘(Choon Sunwoo), Karanam U. M. Rao 정소걸(So-Keul Chung), 전양수(Yang-Soo Jeon) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.2

GSI, RMR, Q와 같은 암반분류법들을 광산 갱도설계에 적용하기 위해서 수정을 통하여 사용하고 있다. GSI시스템은 Mohr-Coulomb과 Hoek-Brown 강도와 관련된 유일한 암반분류법이며 수치해석을 위한 입력자료로 사용될 수 있는 암반의 공학적 성질을 계산할 수 있는 간단한 방법을 제공하는 암반분류법이다. RMR값의 측정 뿐 만아니라 GSI에 대한 상세한 조사가 대성광업 제천광업소와 한국공항의 평해석회석 광산에서 수행되었다. 그리고 RMR과 Q시스템의 문제점에 대해서도 언급하였고 GSI를 근거로 하여 신선암의 강도, 암반의 강도, 탄성 계수와 실험실의 Mohr-Coulomb의 강도상수인 cm 과 Øm 을 결정하였다. 그리고 GSI와RMR의 상관관계에 대해서도 조사하였다. Rock mass classification methods such as RMR, Q system and GSI have been widely adopted with certain modifications for the design of mine openings. The GSI system is the only rock mass classification system that is related to Mohr-Coulomb and Hoek-Brown strength parameters and gives a simple method to calculate the engineering properties of rock masses which can be useful input parameters for a numerical analysis. A detailed surveying for GSI mapping as well as for calculating RMR values was undertaken at Daesung and Pyunghae underground limestone mining sites. RQD values were determined for four locations in these two mining sites. Based on GSI values and intact rock strength properties, the rock mass strength, modulus of elasticity as well as the Mohr-Coulomb strength parameter em and ¢ ,were determined. GSI and RMR are correlated

암반 공동 열에너지저장소 주변 암반의 수리적 조건에 따른 열-수리-역학적 연계거동 분석

박정욱,이항복,류동우,신중호,박의섭,Park,,Jung-Wook,Rutqvist,,Jonny,Lee,,Hang,Bok,Ryu,,Dongwoo,Synn,,Joong-Ho,Park,,Eui-Seob 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.2

본 연구에서는 천부의 암반 공동에 대용량 고온의 열에너지를 저장하는 경우 주변 암반에 야기되는 열-수리-역학적 연계거동을 살펴보고, 이에 지하수위와 암반 투수계수 등 수리적 조건이 미치는 영향을 검토하였다. 해석대상을 투수계수가 비교적 낮은 수준($10^{-17}m^2$)인 결정질 암반으로 가정할 때 열에너지 저장으로 인한 암반 거동에 지하수가 미치는 영향은 크지 않을 것으로 예측되었다. 저장 공동이 지하수위 하부에 위치하는 경우의 온도, 주응력, 변위 분포 등은 저장공동이 불포화대에 위치하는 경우와 거의 동일하게 나타났다. 암반내 열전달 특성은 암반의 투수계수에 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 암반의 투수계수를 $10^{-15}m^2$ 이하로 가정한 경우 열전달은 주로 암반에 전도에 의한 것으로 판단할 수 있었으나, 투수계수를 $10^{-12}m^2$으로 가정하는 경우 지하수 대류에 의한 상향 열유동이 뚜렷이 관찰되었다. 암반 투수계수의 크기에 따라 열수의 대류나 비등으로 인한 상변화 등 복합적인 유동 특성을 나타났으며, 온도, 압력, 포화도 분포가 상이하게 발달하였다. The thermal-hydrological-mechanical (T-H-M) behavior of rock mass surrounding a large-scale high-temperature cavern thermal energy storage (CTES) at a shallow depth has been investigated, and the effects of hydrological conditions such as water table and rock permeability on the behavior have been examined. The liquid saturation of ground water around a storage cavern may have a small impact on the overall heat transfer and mechanical behavior of surrounding rock mass for a relatively low rock permeability of $10^{-17}m^2$. In terms of the distributions of temperature, stress and displacement of the surrounding rock mass, the results expected from the simulation with the cavern below the water table were almost identical to that obtained from the simulation with the cavern in the unsaturated zone. The heat transfer in the rock mass with reasonable permeability ${\leq}10^{-15}m^2$ was dominated by the conduction. In the simulation with rock permeability of $10^{-12}m^2$, however, the convective heat transfer by ground-water was dominant, accompanying the upward heat flow to near-ground surface. The temperature and pressure around a storage cavern showed different distributions according to the rock permeability, as a result of the complex coupled processes such as the heat transfer by multi-phase flow and the evaporation of ground-water.

LIDAR를 이용한 대규모 암반 절리면의 거칠기 측정

김치환(Kim Cheehwan), John Kemeny) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.1

대규모 암반 절리면의 거칠기를 구하는 여러 가지 방법이 있으나, 길이 10 cm의 절리를 Barton 등이 제안한 표준절리면곡선과 비교하여 절리면 거칠기계수 JRC (joint roughness coefficient)를 결정하고 대규모 절리의 길이에 따라 보정하는 것이 가장 일반적인데, 적합한 표준 절리면곡선을 선택할 때 측정자에 따라 달라자는 경우가 많다. 따라서 대규모 암반 절리면의 거칠기 JRC는 길이에 따른 보정 없이 직접 측정하는 것이 정확할것이나 측정방법에 한계가 있다. 본 연구에서는 대규모 암반절리를 LIDAR (light detection and ranging)로 스캔하고 절리의 길이 L과 절리면 상의 돌출부(asperity) 높이의 진폭 a를 이용하여 대규모 암반 절리의 거칠기계수 JRC를 구하였다. 그 결과 대규모의 암반 절리면에서도 절리의 길이 증가에 따라 거칠기계수 JRC가 감소하는 비 정상상태(non-stationary)의 치수효과와 거칠기 측정방향에 따라 절리면 거칠기계수 JRC가 다른 것을 확인하였다. This is a study on large-scale rock joint roughness measurements using LIDAR (light detection and ranging) and the Split-FX point cloud processing software. The large-scale rock Joint Roughness Coefficient (JRC) is calculated using the maximum amplitude of joint asperities over the profile length on large-scale joint surfaces of rock. As the profile length increases, JRC decreases due to scale-effects of rock specimens and is non-stationary. Also JRC shows anisotropy depending on the profile direction. The profile direction is measured relative to either dip or strike of the large-scale joint.

비선형 Hoek-Brown 파괴기준에 의한 암반사면 안정성 평가

천병식,이인기,박태수,신영완,사공명,최현석 한국암반공학회 2003 한국암반공학회 학술대회 및 세미나 자료집 Vol.- No.-

합성암반체 접근법에 대한 고찰

박철환(Chulwhan Park), 박의섭(Eui-Seop Park), 신중호(Joong-Ho Synn) 한국암반공학회 2007 터널과지하공간 Vol.17 No.6

본 기술보고서는 Lisbon에서 개최된 2007 ISRM Congress 에서 발표된 논문을 소개한 것이다. 이는 SRM(합성암반체)에 관한 연구결과이며, 이의 중요성과 향후 잠재력을 강조하고 있는 Fairhurst 교수가 직접 발표한 논문 이다. 절리 암반의 특성을 규명하는 SRM 접근법은 현존하는 경험적 접근법이나 절리 암반의 거동에 대한 현재의 이해정도와 관련지어 재검토된다. 이 재검토 논문에서 절리 암반의 역학적 거동에 영향을 미치는 주요 요소들이 어떻게 고려되는가를 기술하며, 또 SRM 접근법이 상당히 발전되어 현장에 적용된, 사례를 보여준다. PFC-3D에서 BP 모델링과 DFN 모사법 등의 두개의 잘 정립된 방법에 기초를 두고 있는 이 기법은 새로운 미끄러지는 절리모델을 사용한다. 이 모델은 모든 응력경로에 의해 힘을 받고 있는 수천개의 기존 절리를 포함하는 대규모 암반체를 모사할 수 있게 하는 것이다. 암반의 강도 및 취성도, 완전 순응 행렬의 전개, 그리고 초기의 파쇄 등이 SRM 시험에서 얻어지는 결과이다. This technical report is to introduce the research on SRM (Synthetic Rock Mass) which was presented in 2007 ISRM Congress at Lisbon by Prof. Fairhurst who speak with emphasis on its importance and potential in rock engineering. The Synthetic Rock Mass approach to jointed rock mass characterization (Pierce et al. 2007) is reviewed relative to existing empirical approaches and current understanding of jointed rock mass behaviour. The review illustrates how the key factors affecting the mechanical behaviour of jointed rock masses may be considered and demonstrates that the SRM approach constitutes a significant step forward in this field. This technique, based on two well-established methods, Bonded Particle Modelling in PFC-3D (Potyondy and Cundall, 2004) and Discrete Fracture Network simulation, employs a new sliding joint model that allows for large rock volumes containing thousands of pre-existing joints to be subjected to any non-trivial stress path. Output from SRM testing includes rock mass brittleness and strength, evolution of the full compliance matrix and primary fragmentation.

연속체 절리와 록볼트 요소를 고려한 암반의 점소성 거동에 관한 수치해석

노승환(Seung-Hwan Noh), 이정인(Chung-In Lee), 이연규(Youn-Kyou Lee) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.3

지하암반의 변형은 단층, 절리 등의 불연속면을 따라 발생하므로 불연속면의 역학적 특성과 공간적인 분포형태는 구조물의 안정성에 큰 영향을 미친다 한편 연약암반에 높은 응력이 작용하는 경우에는 불연속면뿐만 아니라 무결암에서의 변형이 구조물의 안정성에 영향을 줄 수 있다. 이 연구에서는 암반구조물의 안정성 해석을 위하여 무결암과 절리, 그리고 록볼트를 점소성(visco-plastic) 재료로 가정하고, 연속체 개념을 적용하여 유변학적 모델(Rheological model)에 기초한 2차원 점소성 유한요소 프로그램을 개발하였다 무결암 모델, 절리암반 모델, 록볼트로 보강된 절리암반 모델의 분석을 통하여 개발된 프로그램을 검증하였고, 각각의 모델에서 무결암의 해석 조건(탄성/점소성)에 따른 변위의 차이를 알아보았다. 연약암반에 높은 응력이 작용할 때, 무결암을 탄성으로 해석한 경우보다 점소성으로 해석한 경우에서 지하구조물의 변위가 더 크게 나타났다. 따라서 연약암반 내 지하구조물의 안정성 해석을 위해서는 절리와 록볼트 뿐만 아니라 무결암에 대해서도 점소성 모델을 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다. Rock mass contains discontinuities such as faults and joints, and their mechanical properties and spatial distribution dominate the stability of rock mass. Because the deformation of rock mass occurs discontinuities in many cases. However in the case of poor quality rock mass under high stresses, the deformation along intact rock can also influence the structure's stability. In this study, two dimensional finite element program was developed with a rheological model to analyze the stability of the structure excavated in jointed rock mass. The .. equivalent material" approach was used assuming intact rock, joints and rock bolts as visco-plastic materials. The program was verified by analysing an intact rock model, a jointed rock mass model and a reinforced jointed rock mass model. The displacement was examined in each model with changing the intact rock behaviour as elastic and visco-plastic. In the case of poor quality rock mass under high stresses, the assumption of visco-plastic behaviour of intact rock resulted in larger displacement than when assuming elastic behaviour for intact rock. Therefore it is recommended to add intact rock's visco-plastic behaviour to the existing model, which only assumes visco-plastic behaviour of joints and rock bolts.

암반변형계수의 현장시험을 통한 경험적 추정식의 적정성 평가

천병식(Byung-Sik Chun), 정상훈(Sang-Hoon Jung), 이용재(Yong-Jae Lee), 안경철(Kyung-Chul Ahn), 신재근(Jae-Keun Shin) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.3

본 연구에서는 공내재하시험으로 측정된 변형계수를 이용하여 RMR을 이용한 변형계수 추정 방법에 대한 국내 암반에서의 적용성을 평가하고, 암반의 변형계수에 영향을 미치는 여러 변수들과 변형계수와의 상관성 분석을 실시하였다. RMR을 이용하여 변형계수 예측을 위해 제안된 기존의 제안식은 변형계수를 과대 예측하고 있었으며, 암종별로도 추정값과 측정값이 상관성의 차이가 컸다. 암반 특성치로서 일축압축강도, RQD, 절리 상태, 절리 간격, 지하수 상태, 측정 심도를 주요 변수로 하여 암반의 변형계수에 미치는 영향에 대한 개개의 상관성 분석을 수행한 결과, RQD가 가장 높은 상관성을 보여 예비설계단계에서 RQD만으로도 암반의 상태 및 변형계수를 추정할 수 있을 것으로 판단되었고 절리 간격과 절리 상태의 경우 또한 암반 변형계수와의 상관성이 비교적 높은 것으로 예상되었으며, 일축압축강도는 변형계수와 밀접한 관계가 있음에도 불구하고 RMR값에 미치는 영향이 적기 때문에 상관성이 낮았다. 따라서 상관성을 높이기 위해서는 일축압축강도의 배점에 신경을 써야하고 일축압축강도 측정시 주의가 필요하다고 판단된다. 또한 지하수의 경우 점수 배점으로 평가되므로 시추자료로 변형계수를 평가하는데 한계가 있을 것으로 사료되어 평가에서 제외시키는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 앞으로 변형계수 및 암반 특성에 관한 자료 확보 및 연구를 통해 암반의 풍화도, 암반의 간극률, 절리 특성 등에 관한 보다 복합적인 결과 도출을 위하여 다변량 중회귀분석 등과 같은 다양한 접근을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다. In this paper, the applicability to the Korean rock condition of using the deformation moduli based on Rock Mass Rating (RMR) and Pressuremeter Test (PMT) is evaluated. The correlations among deformation moduli and various rock properties were also analyzed. It appears that the existing correlations using RMR overestimate the deformation moduli and wide variation was found between predicted moduli using these correlations and measured values. As for the correlations among the deformation moduli and various rock properties, Rock Quality Designation (RQD) and unconfined compressive strength (UCS) were found to correlate to deformation moduli reasonably well, but joint spacing and joint conditions appear to correlate poorly to RQD and UCS. Additionally, groundwater can not be correlated with the modulus values. While the depth has very little contribution to deformation modulus, it should be factored in the simple regression analyses with various rock mass properties, especially with the correlations made with UCS, RQD etc. With the deficiencies of these correlations, more in depth analysis techniques such as multivariate correlations may be to reliably estimate deformation modulus of rock mass.

취성파괴특성을 고려한 심부터널의 안정성 평가기법 연구

박현익(Hyun-Ik Park), 박연준(Yeon-Jun Park), 유광호(Kwang-Ho You), 노봉건(Bong-Kun Noh), 서영호(Young-Ho Seo), 박찬(Chan Park) 한국암반공학회 2009 터널과지하공간 Vol.19 No.4

대부분의 결정질 암석은 압축강도에 비해 인장강도가 현저하게 낮으므로 근본적으로는 인장에 의한 취성파괴의 형태를 나타낸다. 암반이 충분한 강도와 지지력을 가진다 하더라도 현지 암반응력이 크거나 암반 구조물 형상에 따른 유도응력의 작용방향에 의해 암반의 강도를 초과하는 응력집중이 발생될 경우 취성파괴가 발생할 수 있다. 따라서 심부 암반 구조물의 안정성평가를 위해서는 암반의 취성파괴 거동특성 규명이 반드시 필요하다. 암반이 충분한 강도와 지지력을 가진다 하더라도 현지 암반응력이 크거나 암반 구조물 형상에 따른 유도응력의 작용방향에 의해 암반의 강도를 초과하는 응력집중이 발생될 경우 취성파괴가 발생할 수 있다. 따라서 심부 암반 구조물의 안정성평가를 위해서는 암반의 취성파괴 거동특성 규명이 반드시 필요하다. 본 논문에서는 과지압을 받는 심부터널 주변 암반의 취성파괴 특성을 파악하기 위하여 국내 대표 암종인 흑운모 화강암과 화강암질 편마암의 대심도 암석시료에 대한 손상제어시험을 수행하고, 이로부터 점착력과 마찰각의 변화특성을 파악하였다. 또한 그 결과를 이용하여 CWFS 모델을 구성하고, 이 모델을 지하심부에 굴착되는 터널에 적용하여 터널주변 암반에 발생하는 취성파괴 양상 및 파괴가능 심도를 M-C 모델 결과와 비교 및 분석하였다. Most crystalline rocks have much higher compressive strength than tensile strength and show brittle failure. In-situ rock mass, strong enough in general sense, often fails in brittle manner when subjected to high stress exceeding strength in due of geometrically induced stress concentration or of high initial stress. Therefore, it is necessary to verify the brittle failure characteristics of rock and rock mass for proper stability assessment of underground structures excavated in great depths. In this study, damage controlled tests were conducted on biotite-granite and granitic gneiss, which are the two major crystalline rock types in Korea, to obtain the strain dependency characteristics of the cohesion and friction angle. A Cohesion-Weakening Friction-Strengthening (CWFS hereafter) model for each rock type was constructed and a series of compression tests were carried out numerically while varying confining pressures. The same tests were also conducted assuming the rock is Mohr-Coulomb material and results were compared.

현장실무자용 암반사면 위험도평가법 개발

정용복(Yong-Bok Jung), 송원경(Won-Kyong Song), 선우춘(Choon Sunwoo), 이병주(Byung-Joo Lee) 한국암반공학회 2007 터널과지하공간 Vol.17 No.4

산악지형이 우세한 강원도 지역 내 도로 및 철도 노선에는 수많은 암반 절개 사면들이 존재하며 이들 사면들은 각각 담당 기관별로 유지관리되고 있다. 사면의 위험도를 평가할 때 모든 암반사면에 대한 정밀조사를 수행하기에는 전문 인력과 예산 면에서 거의 불가능하다. 이러한 암반사면의 효율적 관리를 위해서는 1단계로 현장 실무자가 암반사면의 위험도를 개략적으로 평가하여 암반사면의 기본적인 정보를 관리하는 한편, 이를 바탕으로 위험사면을 선정하여 전문가에 의해 후속 정밀조사를 실시하도록 하는 2단계 평가가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 기존 문헌 조사 및 전문가에 의한 정밀현장조사와 분석을 통하여 현장실무자가 손쉽게 사용할 수 있도록 단순화된 암반사면위험도평가법을 개발하였으며 전문가에 의한 현장적용을 통해 타당성을 검토하였다. 개발된 KSMR은 적은 평가항목에도 불구하고 SMR을 대체할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 KSMR에 의한 평가시 사면높이를 고려한 결과 전문가에 의한 위험도평가등급과의 오차가 약간 감소하는 것으로 나타났다. Hundreds of rock slopes are constructed along the road, highway and railroad in mountainous Kangwon province and managed by each authorities concerned. It is practically not possible to carry out detailed rock slope investigation owing to the tremendous number of slopes and budgetary limit. Therefore, it is reasonable to perform a step-by-step investigation consisted of basic and detailed survey program and practical rock slope hazard assesment method for person in charge is strongly required. Through the development and application of KSMR (Korean Slope Mass Rating), it was found that KSMR could be practically used as an alternative of SMR though the number of inputs were reduced. In addition, the difference of hazard assessment between KSMR and experts decreased in case of considering the height of slope.

The DFN-DEM Approach Applied to Investigate the Effects of Stress on Mechanical and Hydraulic Rock Mass Properties at Forsmark, Sweden

K.-B. Min(민기복), O. Stephansson(우베스테판손) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.2

균열암반의 역학적 및 수리적 성질에 암반 초기응력이 미치는 영향을 고찰하였다. 지질 데이터는 스웨덴 원전원료 및 방사성 폐기물 관리회사(SKB)에 의해 수행된 포쉬마크지역의 부지조사로부터 획득되었으며 암반균열망-개별요소법 수치실험(Discrete Fracture Network - Discrete Element Method) 을 통하여 암반의 등가역학적 및 등가수리적 물성을 결정하였다. 수치실험결과 균열 강성의 응력의존성, 균열 방향에 따른 상이한 변형거동, 균열거동에 따른 수리유동 경로의 변화 등의 원인에 의하여 등가역학적 및 등가수리적 물성은 응력의존성이 큰 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 암반 초기응력의 정확한 예측이 특정 부지에서의 경계조건으로서뿐만 아니라 균열암반의 역학적 및 수리적 물성을 이해하는 데도 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. The purpose of this study is to demonstrate the effect of in-situ rock stresses on the deformability and permeability of fractured rocks. Geological data were taken from the site investigation at Forsmark, Sweden, conducted by Swedish Nuclear Fuel and Waste Man-agement Company (SKB). A set of numerical experiments was conducted to determine the equivalent mechanical properties (essentially, elastic moduli and Poisson's ratio) and permeability, using a Discrete Fracture Network-Discrete Element Method (DFN-DEM) approach. The results show that both mechanical properties and permeability are highly dependent on stress because of the hyperbolic nature of the stiffness of fractures, different closure behavior of fractures, and change of fluid pathways caused by deformation. This study shows that proper characterization and consideration of in-situ stress are important not only for boundary conditions of a selected site but also for the understanding of the mechanical and hydraulic behavior of fractured rocks.