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

선균열공법을 활용한 고강도 암반구간 로드헤더 굴진효율 향상방안 연구

김형렬,정상준,강준호 한국암반공학회 2023 터널과지하공간 Vol.33 No.3

Recently, as the demand for urban underground space increases, urban tunnel planning is actively progressing. In particular, the application of the roadheader excavation method, which has favorable applicability to urban tunnel, is increasing. However, it is known that the roadheader excavation method has a limitation in that excavation efficiency for high strength rock with a Uniaxial Compressive Strength (UCS) of 100 MPa or more is lowered. In this study, The pre-cracked method was presented as a method to improve the excavation efficiency of roadheader for high strength rock and its applicability was evaluated. The net cutting rate was evaluated using the Bilgin prediction formula, which can calculate the net cutting rate by considering the UCS and RQD (Rock Quality Designation). It was found that the net cutting rate increased as the RQD decreased under the rock condition with the same UCS. This is judged to increase the excavation efficiency of the roadheader in the jointed high strength rock. Additionally, the field applicability of the pre-cracked method for high strength rock was verified through field tests. It was confirmed that the crack zone was formed around the charging hole, and it is considered that the pre-cracked method can be applied to the high strength rock. 근래 들어 도심지 지하공간에 대한 수요가 증가함에 따라 도심지 터널계획이 활발히 진행되고 있다. 특히 로드헤더 굴착공법은 도심지 터널에 대한 적용성이 우수하여 적용사례가 증가하고 있다. 그러나 로드헤더 굴착공법은 일축압축강도 100 MPa 이상인 고강도 암반구간에 대한 굴착효율이 저하되는 한계가있는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 본 연구에서는 고강도 암반구간에 대한 로드헤더 굴착효율 개선방안으로 선균열공법을 제안하고 적용성을 평가하였다. 이를 위해 일축압축강도와 RQD를 함께 고려하여순굴착속도를 산정할 수 있는 Bilgin 예측식을 활용하여 순굴착속도를 평가하였다. 동일한 일축압축강도인 암반조건에서 RQD가 감소할수록 순굴착속도가 증가하는 것으로 나타났다. 이는 고강도 암반에서절리가 증가할수록 로드헤더 굴착효율이 증가하는 것으로 판단된다. 또한 현장시험을 통해 고강도 암반구간에 대한 선균열공법의 현장 적용성을 검증하였다. 균열유도공을 중심으로 균열대가 형성되는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 고강도 암반구간에 선균열공법 적용이 가능할 것으로 판단된다.

흑운모화강암 지역에 대한 수압암반절개기술의 현장 적용

박종오(Jongoh Park),이달희(Dal-Heui Lee),우익(Ik Woo) 한국암반공학회 2017 터널과지하공간 Vol.27 No.5

수압암반절개기술은 천공된 시추공에 설치된 이중패커의 인터벌에 암반의 인장응력 이상의 수압을 가하여 균열을 발생시킴으로써 암반을 절개시키는 방법이다. 본 연구에서는 흑운모화강암 사면에 대하여 다양한 배열설계 및 주입설계에 따라 수압암반절개기술을 현장에 적용하였다. 실험 결과, 주입에 따라 새로운 균열이 발생되어 주변 공과 연결되거나 기존 균열이 연장되어 암반이 파괴되었다. 특히, 본 실험에서는 유도 슬롯과 평행한 방향을 지닌 균열이 발생되어 균열 생성방향을 제어할 수 있는 가능성을 제시하였다. 균열생성에 대한 제어 기술을 발전시키기 위해선, 균열생성에 영향을 미치는 여러 요소를 고려한 다양한 배열설계 및 주입설계를 암반 현장에 적용하여야 할 것이다. Hydraulic rock splitting is a technique which leads to failure of rockmass by means of water injection with a pressure higher than the tensile strength of rockmass, using straddle packer installed in boreholes drilled from free surface. Field tests were conducted in this study for several slopes of biotite granite according to various designs for borehole layout and water injection. Test results showed that new cracks were generated to connect to adjacent holes or that pre-existed cracks were propagated by injection, finally leading to failure. In particular, this study suggests the possibility of controlling the direction of generated cracks with guide slot, since new cracks were generated parallel to the guide slots carved on a borehole wall before injection. Various types of borehole layout and injection methods should be further developed for the practical uses, considering the factors influencing on crack generation.

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.

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.

벤토나이트 완충재 설계 기준 온도에 따른 고효율 처분시스템 처분 간격 및 암반 조건 산정을 위한 수치해석적 연구

김광일(Kwang-Il Kim),이창수(Changsoo Lee),김진섭(Jin-Seop Kim),조동건(Dongkeun Cho) 한국암반공학회 2021 터널과지하공간 Vol.31 No.4

본 연구에서는 열-수리-역학적 복합거동 수치해석을 활용하여 국내 고준위방사성폐기물 처분장의 완충재의 설계 기준 온도가 100℃ 및 125℃인 경우, 처분 간격에 따른 처분시스템의 최고 온도를 계산하고, 역학적 안정성을 확보하기 위한 암반의 조건을 도출하였다. 완충재의 설계 기준 온도를 현재와 같이 100℃로 유지할 때, 처분터널 간격이 40 m, 처분공 간격이 5.5 m인 경우와 처분터널 간격이 30 m, 처분공 간격이 6.5 m인 경우, 처분용기와 완충재가 접하는 점에서 최고 온도가 각각 99.4℃ 및 99.8℃로 계산되었다. 완충재의 설계 기준 온도를 125℃로 향상시킨 경우, 처분터널 간격을 30 m, 처분공 간격을 4.5 m까지 감소시켜 처분 면적을 KRS<SUP>+</SUP> 기반 처분시스템 대비 55%까지 감소시킬 수 있었다. 다양한 처분 간격에 대해 암반에서의 역학적 안정성을 평가한 결과, 암반파괴가 발생하지 않기 위해서는 KRS<SUP>+</SUP> 기반 처분시스템은 암반의 RMR 분류법의 Good rock에 해당하는 RMR 72.4 이상의 조건이어야 했다. 처분 간격이 감소할수록 암반의 RMR이 더 높아야 했으며, 처분터널 간격 30 m, 처분공 간격 4.5 m인 경우에는 RMR 87.3 이상이 되어야 암반의 파괴를 방지할 수 있었다. 그러나, 처분 이후 지하수 유입 시 벤토나이트 완충재 및 뒤채움재의 팽윤에 따른 구속압에 의한 암반 강도의 증가를 고려하면, 해석을 수행한 모든 처분 간격에 대해 암반의 RMR이 75 이상이면 역학적 안정성을 확보할 수 있었다. This study conducts coupled thermo-hydro-mechanical numerical modeling to investigate the maximum temperature and conditions for securing mechanical stability of the high-level radioactive waste repository when temperature criteria of bentonite buffer are 100℃ and 125℃, respectively. In case of temperature criterion of buffer as 100℃, the maximum temperatures at the interface between canister and buffer are calculated to be 99.4℃ and 99.8℃, respectively for a case with disposal tunnel spacing of 40 m and deposition hole spacing of 5.5 m and for the other case with disposal tunnel spacing of 30 m and deposition hole spacing of 6.5 m. In case of temperature criterion of buffer as 125℃, spacings of disposal tunnel and deposition hole could be decreased to 30 m and 4.5 m, respectively, which reduces the disposal area up to 55% compared to the disposal area of KRS<SUP>+</SUP>. According to analysis of mechanical stability for various disposal spacings, RMR of rock mass for KRS<SUP>+</SUP> should be larger than 72.4 which belongs to good rock in RMR classification to prevent failure of rock mass. As disposal spacing is decreased, required RMR of rock mass is increased. In order to prevent failure of rock mass for a case with disposal tunnel spacing of 30 m and deposition hole spacing of 4.5 m, RMR larger than 87.3 is needed. However, mechanical stability of the repository is secured for all cases with RMR over 75 considering the enhancement of rock strength due to confining stress induced by swelling of the bentonite buffer and backfill.

불연속면을 고려한 암반의 안정변형해석

황재윤(Jae-Yun Hwang) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.1

암반에는 단층ㆍ절리ㆍ층리ㆍ균열ㆍ편리ㆍ벽개 등 불연속면이 포함되어 있다. 따라서, 불연속면을 포함한 암반의 역학적 거동은 연속체와는 다르게 불연속면의 역학적 거동에 좌우된다. 본 연구에서는 불연속면을 고려한 암반의 안정변형해석기법을 제안하고, 암반 붕괴재난현장에 적용했다. 암반 불연속면을 고려하여 평사투영법에 의한 안정해석과 개별절리요소를 포함한 유한요소법에 의한 변형해석 프로그램을 개발하여, 실제 암반 붕괴재난현장 지역에서의 해석결과와 비교 및 검토를 하였다. 암반 현장에 적용하여 결과를 비교 검토함으로써, 암반의 파괴 거동 해석에 있어서 개발한 불연속면을 고려한 암반의 안정변형해석법의 적용성에 대한 검증을 하였다. Rock mass includes such discontinuities as fault, joint, bedding, crack, schistosity, cleavage. The rock mass behavior, therefore, is influenced by the discontinuity behavior. In this study, a stability and deformation analysis method considering discontinuities in rock mass is proposed, and then applied to the rock collapse disaster site. As the method, the stability analysis by the stereographic projection method was carried out in an actual site, the deformation analysis program by the finite element method including the joint element was developed, and performed. To demonstrate the applicability of this developed stability and deformation analysis method considering discontinuities in rock mass, the analysis results are examined and compared with the failure behavior at the rock mass.

DFN 모델링 연구 동향 소개: 균열망의 공간적 분포 특성 모사를 중심으로

김진언,최지원,강일석,송재준 한국암반공학회 2022 터널과지하공간 Vol.32 No.6

DFN (discrete fracture network) models that take account of spatial variability and correlation between rock fractures have been demanded for analysis of fractured rock mass behavior for wide areas with high reliability, such as that of underground nuclear waste repositories. In this regard, this report describes the spatial distribution characteristics of fracture networks, and the DFN modeling methodologies that aim to represent such characteristics. DFN modeling methods have been proposed to represent the spatial variability of rock fractures by defining fracture domains (Darcel et al., 2013) and the spatial correlation among fractures by genetic modeling techniques that imitate fracture growth processes (Davy et al., 2013, Libby et al., 2019, Lavoine et al., 2020).These methods, however, require further research for their application to field surveys and for modeling in-situ rock fracture networks. DFN (discrete fracture network, 불연속균열망) 모델은 암반의 복합거동 분석을 위한 불연속암반 모사체로, 다양한 불연속암반의 수리-역학적 거동 해석 연구에 활용되어 왔다. 최근 들어서는 방사성폐기물심층처분장에서의 불연속암반 거동 해석과 같이 대규모 영역을 대상으로 하거나 높은 신뢰도를 갖춰야하는 DFN 모델링을 위해 암반균열망의 공간적 분산과 균열 간의 공간적 상관성을 구현하는 DFN 모델링기법이 요구되고 있다. 본 기술보고에서는 DFN 모델의 기하학적 모델링에 초점을 두어 암반균열망 모델링의 방법론을 정리 및 소개하고, 암반균열망의 공간적 분포 특성의 유형과 이를 DFN 모델링에 반영하기위해 제안된 모델링 기법들의 현황과 한계점을 검토하였다. 암반균열망의 공간적 분산을 고려하기 위해암반 공간을 균열 영역(fracture domain)으로 분할하는 기법(Darcel et al., 2013)과 균열 간의 공간적상관성을 재현하기 위해 균열의 발생과정을 모사하여 DFN 모델을 생성하는 발생학적 모델링 기법(genetic modeling)(Davy et al., 2013, Libby et al., 2019, Lavoine et al., 2020)이 제안되었으며, 각기법의 한계점을 검토한 결과, 모델링 기법의 적용성을 개선하는 추후 연구가 필요한 것으로 파악되었다.

정밀 화상계측법을 이용한 암반변위 계측시스템

황재윤(Jae-Yun Hwang) 한국암반공학회 2011 터널과지하공간 Vol.21 No.6

지하공간, 터널, 사면 등 암반구조물의 안정성 평가하기 위해서 필요한 것은 암반변위의 계측이다. 암반구조물의 계측은 아직도 줄자, 레벨 또는 토탈스테이션 등을 이용하는 계측 방법에 의존하고 있는 것이 일반적인 실정이다. 하지만 이러한 방법들은 많은 결점들을 가지고 있어 새로운 방법의 모색이 필요하다. 본 연구에서는 암반구조물에서의 정보화 설계시공의 계측기법으로 개발한 정밀 화상계측법을 이용한 암반변위 계측시스템을 제안하고, 건설 중에 있는 터널에 적용했다. 실제 건설 중에 있는 터널현장에 적용하여 계측결과를 비교 검토함으로써, 개발한 정밀 화상계측법을 이용한 암반변위 계측시스템의 유효성과 적용성에 대한 검증을 하였다. For the purpose of evaluating the safety of rock structures such as underground caverns, tunnels and slopes, rock displacement measurement is carried out to identify the behavior of rock masses. Tapes, levels, and total stations are usually applied to the displacement measurement. These tools, however, are weighed down by many disadvantages. In this study, a new displacement measurement system by precise vision metrology was proposed for the observational design and construction method of rock structures, and then applied to a tunnel under construction. Comparisons and investigations of the measurement of the tunnel have confirmed the effectiveness and applicability of the developed measurement system.