미세균열과 압열인장강도의 분포 특성을 이용한 결의 평가

박덕원 한국암석학회·(사)한국광물학회 2020 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.33 No.2

The characteristics of the Brazilian tensile strengths(σt) parallel to the rock cleavages in Jurassic granite from Geochang were analysed. The evaluation for the six directions of rock cleavages was performed using the parameter values on microcrack length and the above strength. The strength values of the five test specimens belonging to each direction were classified into five groups. The strength values of these five groups increase in order of group A < B < C < D < E. The close dependence between the above microcrack and strength was derived. The analysis results of this study are summarized as follows. First, the chart showing the variation and characteristics of strength among the three rock cleavages were made. In the above chart, the strength values of six directions belonging to each group were arranged in order of rift(R1 and R2), grain(G1 and G2) and hardway(H1 and H2). The strength distribution lines of the five groups concentrate in the direction of R1. And the widths among the above five lines indicating strength difference(Δσt) are the most narrowest in R1 direction. From the related chart, the variation characteristics among the two directions forming each rock cleavage were derived. G2(2)-test specimen shows higher value and lower value of the difference in strength compared to the case of G1(1)-test specimen. These kinds of phenomena are the same as the case between the test specimen H2(2) and H1(1). The strength characteristics of the above test specimens (2) suggest lower microcrack density value and higher degree of uniformity in the distribution of microcracks arrayed parallel to the loading direction compared to those of test specimens (1). The six strength values belonging to each group were arranged in increasing order in the above chart. The strength values of the test specimens belonging to both group D and E appear in order of R1 < R2 < G1 < H1 < G2 < H2. Therefore, the strength values of group D and E can be indicator values for evaluating the six directions of rock cleavages. Second, the correlation chart between slope angle(θ) and strength difference(Δσt) were made. The values of the above two parameters were obtained from the five strength distribution lines connecting between the two directions. From the chart related to rift plane(G1-H1, R'), grain plane(R1-H2, G') and hardway plane(R2-G2, H'), the slope values of linear functions increase in order of R'(0.391) < G'(0.470) < H'(0.485). Among three planes, the charts related to hardway plane show the highest distribution density among the five groups. From the related chart for rift(R1-R2, R), grain(G1-G2, G) and hardway(H1-H2, H), the slope values of linear functions increase in order of rift(0.407) < hardway(0.453) < grain(0.460). Among three rock cleavages, the charts related to rift show the highest frequency of groups belonging to the lower region. Taken together, the width of distribution of the slope angle among the three planes and three rock cleavages increase in order of H' < G < R' < R < G' < H. Third, the correlation analysis among the parameters related to microcrack length and the tensile strengths was performed. These parameters may include frequency(N), total length(Lt), mean length(Lm), median length(Lmed) and density(ρ). The correlation charts among individual parameters on the above microcrack(X) and corresponding five levels of tensile strengths for the five groups(Y) were made. From the five kinds of correlation charts, the values of correlation coefficients(R2) increase along with the five levels of strengths. The mean values of the five correlation coefficients from each chart increase in order of 0.22(N) < 0.34(Lt) < 0.38(ρ) < 0.57(Lmed) < 0.58(Lm). Fourth, the correlation chart among the corresponding maximum strength for group E(X) and the above five parameters(Y) were made. From the related chart, the values of correlation coefficient increase in order of 0.61(N) < 0.81(Lt) < 0.87(ρ) < 0.93(Lm) < 0.96(Lm... 거창지역의 쥬라기 화강암에서 발달하는 결과 평행한 압열인장강도(σt)의 특성을 분석하였다. 여섯 방향의 결에 대한 평가는 미세균열의 길이와 위의 강도에 대한 파라미터의 값을 이용하여 수행하였다. 각 방향에 속하는 다섯 시험편의 강도값은 다섯 그룹으로 분류하였다. 이들 다섯 그룹의 강도값은 그룹 A < B < C < D < E의 순으로 증가한다. 위의 미세균열과 강도 사이의 밀접한 상관성을 도출하였다. 이 연구의 분석 결과는 다음과 같다. 첫째, 3개 결 사이의 강도의 변화 및 특성을 보여 주는 도면을 작성하였다. 위의 도면에서는, 각 그룹에 속하는 여섯 방향의 강도값을 1번 결(리프트 1 및 리프트 2), 2번 결(그레인 1 및 그레인 2) 그리고 3번 결(하드웨이 1 및 하드웨이 2)의 순으로 배열하였다. 다섯 그룹의 강도분포선은 R1의 방향에 집중한다. 그래서 강도차(Δσt)를 지시하는 위의 다섯 선 사이의 폭은 R1 방향에서 가장 협소하다. 관련 도면으로부터, 각 결을 형성하는 두 방향 사이의 변화 특성을 도출하였다. 그레인 2(2)-시험편은 그레인 1(1)-시험편에 비하여 보다 높은 강도값 그리고 보다 낮은 강도차값을 보여 준다. 이러한 현상은 시험편 H2(2)와 H1(1) 사이의 사례와 부합한다. 위의 시험편 (2)의 강도 특성은 시험편 (1)에 비하여 보다 낮은 미세균열의 밀도 그리고 하중 방향에 평행 배열하는 미세균열의 분포에 있어서의 보다 높은 균일도를 시사한다. 위의 도면에서는 각 그룹에 속하는 여섯 강도값이 증가하는 순으로 배열하였다. 그룹 D 및 E 양쪽에 속하는 시험편의 강도값은 R1 < R2 < G1 < H1 < G2 < H2의 순으로 나타난다. 따라서, 그룹 D 및 E의 강도값은 여섯 방향의 결의 평가를 위한 지시자값이 될 수 있다. 둘째, 경사각(θ)과 강도차 사이의 상관도를 작성하였다. 위의 두 파라미터의 값은 두 방향 사이를 연결하는 다섯 강도분포선을 통하여 획득하였다. 일번 면(그레인 1-하드웨이 1, R'), 2번 면(리프트 1-하드웨이 2, G') 및 3번 면(리프트 2-그레인 2, H')과 관련된 도면으로부터, 일차함수의 기울기값은 R'(0.391) < G'(0.470) < H'(0.485)의 순으로 증가한다. 3개 면 중에서, 3번 면과 관련된 도면은 다섯 그룹 사이의 가장 높은 분포밀도를 보여 준다. 1번 결(리프트 1-리프트 2, R), 2번 결(그레인 1-그레인 2, G) 및 3번 결(하드웨이 1-하드웨이 2, H)과 관련된 도면으로부터, 일차함수의 기울기값은 R(0.407) < H(0.453) < G(0.460)의 순으로 증가한다. 3개 결 중에서, 일번 결과 관련된 도면은 하부 구간에 속하는 그룹의 가장 높은 빈도수를 보여 준다. 종합하면, 3개 면ㆍ3개 결 사이의 경사각의 분포 폭은 H' < G < R' < R < G' < H의 순으로 증가한다. 섯째, 미세균열의 길이와 관련된 파라미터 그리고 인장강도 사이의 상관성 분석을 수행하였다. 이들 파라미터는 빈도수(N), 총 길이(Lt), 평균 길이(Lm), 중앙 길이(Lmed) 및 밀도(ρ)를 포함할 수 있다. 위의 미세균열에 대한 개개 파라미터(X) 그리고 다섯 그룹에 해당하는 다섯 수준의 인장강도(Y) 사이의 상관도를 작성하였다. 다섯 종류의 상관도로부터, 상관계수의 값(R2)은 다섯 수준의 강도와 함께 증가한다. 각 도면으로부터 도출한 다섯 상관계수의 평균값은 0.22(N) < 0.34(Lt) < 0.38(ρ) < 0.57(Lmed) < 0.58(Lm)의 순으로 증가한다. 넷째, 그룹 E에 해당하는 최대강도(X) 그리고 위의 다섯 파라미터(Y) 사이의 상관도를 작성하였다. 관련 도면으로부터, 상관계수의 값은 0.61(N) < 0.81(Lt) < 0.87(ρ) < 0.93(Lm) < 0.96(Lmed)의 ...

국내에 분포하는 암반의 물리·역학적 특성 분석

서용석 ( Yong-seok Seo ),윤현석 ( Hyun-seok Yun ),김동규 ( Dong-gyou Kim ),권오일 ( O-il Kwon ) 대한지질공학회 2016 지질공학 Vol.26 No.4

본 연구에서는 국내의 107개 터널 설계 과정에서 수행한 현장 및 실내시험 자료 4,280개를 이용하여 암반 및 무결암의 역학적 특성을 암종 및 강도별로 분석하였다. 분석된 물리 및 역학적 특성은 단위중량, 점착력, 내부마찰각, 변형계수, 탄성계수, 포아송비, 일축압축강도, 인장강도, 투수계수, 비중이다. 평균값의 분석 결과에 의하면 편마암은 비중, 화강암은 투수계수, 퇴적암은 단위중량과 점착력, 내부마찰각, 화산암은 변형계수와 탄성계수, 일축압축강도, 인장강도, 변성암은 포아송비에서 가장 높은 값을 보인다. 역학적 특성의 분포 범위는 암종 및 강도를 고려한 분석에도 불구하고 넓게 분포하며, 이는 암반의 불균질성과 이방성에 기인하는 것으로 판단된다. To understand the mechanical properties of rock masses and intact rock in Korea, data from 4,280 in situ and laboratory tests from 107 tunnels on general national roads were analyzed. The mechanical properties (unit weight, cohesion, friction angle, modulus of deformation, Young`s modulus, Poisson`s ratio, uniaxial compressive strength, tensile strength, coefficient of permeability, and specific gravity) were analyzed by rock types and strength of rock in each rock type. The results of analysis, the mean specific gravity was highest in gneiss. The coefficient of permeability and Poisson`s ratio show the highest mean values in granite and metamorphic rock, respectively. In addition, the unit weight, cohesion and friction angle in sedimentary rock, modulus of deformation, Young`s modulus, uniaxial compressive strength and tensile strength in volcanic rock have the highest mean values. The values for each mechanical property showed wide ranges by the heterogeneity and anisotropy of rock masses in spite of detailed analysis by rock type and classification of rocks according to the strength.

Effect of Joint Cohesive Strength on the Earth Pressure against the Support System in a Jointed Rock Mass

손무락,솔로몬 아데도쿤 한국지반공학회 2014 한국지반공학회논문집 Vol.30 No.7

This study examined the magnitude and distribution of the earth pressure on the support system in a jointed rock massby considering different joint shear strength, rock type, and joint inclination angle. The study particularly focused on theeffect of joint cohesive strength for a certain condition. Based on a physical model test (Son and Park, 2014), extendedparametric studies were conducted considering rock-structure interactions based on the discrete element method, which canconsider the rock and joint characteristics of rock mass. The results showed the earth pressure was strongly affected bythe joint cohesive strength as well as the rock type and joint inclination angle. The study indicated that the effect ofjoint cohesive strength was particularly significant when a rock mass was under the condition of joint sliding. This paperinvestigates the magnitude of joint cohesive strength to prevent a joint sliding for each different condition. The test resultswere also compared with Peck’s earth pressure, which has been frequently used for soil ground. The comparison indicatedthat the earth pressure in a jointed rock mass can be significantly different from that in soil ground. This study is expectedto provide a better understanding of the earth pressure on the support system in a jointed rock mass.

Investigating the effect of strength on the LCPC abrasivity of igneous rocks

Kahraman, Sair,Fener, Mustafa,Kasling, Heiko,Thuro, Kurosch Techno-Press 2018 Geomechanics & engineering Vol.15 No.2

The abrasivity of rocks results in tool wear in rock excavation or drilling projects. It can affect significantly the cost and schedule of the projects performed in abrasive rock massess. For this reason, the understanding of the mechanism of rock abrasivity is very important for excavation projects. This study investigates the effect of strength on the LCPC abrasivity coefficient (LAC) for igneous rocks. The LCPT test, the uniaxial compressive strength (UCS) and the Brazilian tensile strength (BTS) tests were carried out on the igneous rock samples. The abrasive mineral content (AMC) was also determined for each rock type. First, the LAC was correlated to the AMC and a very good correlation was found between the two parameters. Then, the multiple regression analysis was carried out by including the AMC, UCS and BTS to the analysis in order to infer the effect of the strength on the LAC. It was seen that the correlation coefficients of multiple regression models were greater than that of the relation between the LAC and the AMC. It is concluded that the AMC is the dominant parameter determining the abrasivity of rock. On the other hand, the rock strength has also significant effect on rock abrasivity.

시간에 따른 강도변화를 고려한 암반사면의 풍화민감특성 분석

박준영(Joon-Young Park),이정상(Jeong-Sang Lee),배성호(Seong Ho Bae),유영일(Yeong-Il Yu),오정배(Joung-Bae Oh),이두화(Du-Hwa Lee) 한국암반공학회 2006 터널과지하공간 Vol.16 No.2

암반(암석)은 생성시와는 다른 온도 압력조건, 대기와 지하수 및 강우 등의 영향으로 풍화작용을 겪게 된다. 풍화작용은 암석을 구성하는 조암광물의 화학적 성질을 변화시키며, 불연속면을 따른 물리, 화학적 제반 특성에 영향을 준다. 암석이 풍화작용을 겪게 되면 임석(암반)의 물성이 저하되는 현상이 나타나 이로 인한 사면의 파괴, 지하수의 유출, 암종간의 차별풍화로 인한 문제가 발생하기도 한다. 따라서, 대규모 사면 절개시에는 현재의 풍화특성을 분석하여 풍화상태기 앞으로 어떻게 진행될 것인지 예측하고 이 결과를 토대로 비탈면 보호 및 보강공법에 기준을 판단하는 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하기 위해 기존의 여러 건설사업의 설계단계에서 화학적 풍화속도와 암석의 다른 특성들을 종합하여 분석하는 화학적 풍화민감도 분석 기법이 적용되어 왔다. 그러나 기존의 화학적 풍화민감도 분석은 본래 암반이 아닌 토양의 풍화에 대해 개발된 기법이며 고려되어야 힐 변수들의 수가 많고 그 관계가 복잡하며, 공학적 시간단계별로 암반사면의 풍화민감특성을 적용하는데 한계가 있다. 또한, 기존의 방법은 주로 등방성이 강한 화강암질 암석에 특성분석 기법을 적용하여 퇴적암과 같이 이방성이 강한 암반에 적용하기 어려운 문제도 있다. 풍화지형을 연구하는 지형학자들의 연구(Oguchi et al., 1994; Sunamura, 1996; Norwick and Dexter, 2002)에서 시간에 따라 진행되는 풍화에 의한 암석의 강도저하는 음지수 함수의 형태를 나타내는 것을 제안되었다. 이 관계를 공학적으로 적용하면, 풍화 작용하는 여러 요인들의 결괴를 강도저하로 표현할 수 있으며, 강도라는 암석의 물성을 설명함으로써 공학적으로 의미가 있는 결과를 도출할 수 있다. 따라서, 이 연구에서는 전술한 관계에 의해 풍화진행 시간에 따른 암석의 강도특성 변화를 고려하여 퇴적암에 특화시킨 풍화민감특성 분석을 암반사면의 풍화민감특성을 설명하고 설계에 직접적으로 적용할 수 있는 방법으로 제안한다. Rocks undergo weathering processes influenced by changing in pressure-temperature condition, atmosphere, underground water, and rainfall. The weathering processes change physical and chemical characteristics of the rocks. Once the rocks are weathered, the characteristics of them are changed and, because of the changing, several disadvantages such as rock slope failures and underground water spouts are can occur. Before we cut a large rock slope, therefore, we must analyze current weathering conditions of rocks and predict weathering processes in the future. Through the results of such analyses, we can judge reinforcement works. In order to comply with such requests, chemical weathering sensitivity analysis which was analyzed from chemical weathering velocities and other characteristics of rocks has been applied in several prior construction works in Korea. But, It is defective to use directly in engineering fields because it was developed for soils(not rocks), it has too many factors must be considered and the relationships between the factors are not clear, and it is hard to explain the weathering processes in engineering time range. Besides above, because it has been used for isotropic rocks, this method is hard to apply to anisotropic rocks such as sedimentary rocks. According to studies from morphologists (e.g. Oguchi et aI., 1994; Sunamura, 1996; Norwick and Dexter, 2002), time dependent strength reduction influenced by weathering shows a negative exponential function form, Appling this relation, one can synthesize the factors which influence the weathering processes to the strength reduction, and get meaningful estimates in engineering viewpoint. We suggest this weathering sensitivity characterization method as a technique that can explain time dependent weathering sensitivity characteristics through strength changes and can directly applied the rock slope design.

GSI를 이용한 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력 산정

조천환(Cho Chun Whan),이혁진(Lee Hyuk Jin) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 C Vol.26 No.1

대부분의 설계지침서에서는 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력을 산출하기 위하여 암석의 일축압축강도를 사용한다. 그러나 최근에 도로교 설계기준 해설(대한토목학회, 2001)과 AASHTO 설계지침서(2000)에서는 현장조건을 보다 잘 반영할 수 있도록 RQD를 적용하여 산출한 암반의 일축압축강도를 사용하도록 개정되었다. 그런데 RQD를 이용하여 암반의 일축압축강도를 산정하는 식을 국내의 주요 기반암에 적용하는 데에 문제가 제기되었고, 여기에는 RQD 자체의 문제점, 즉 지하수, 절리면 상태 등을 반영하지 못한다는 점도 포함되었다. 결국 도로교 설계기준 해설(2001)은 암석의 일축압축강도를 이용하여 주변저항력을 산정하는 방법으로 다시 개정되었다(한국도로공사, 2002). 본 연구에서는 암석의 일축압축강도와 현장 암반의 일축압축강도를 연관시키는 수단으로 제시되어 있는 기존의 여러 방법을 비교ㆍ검토하였으며, 이 가운데 신뢰도가 있는 것으로 평가되고 있는 Hoek-Brown 파괴 규준을 이용하여 암반의 일축압축강도 추정식을 제시하였다. 또한 이를 이용하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력 예측 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 현장타설말뚝의 재하시험 데이터를 이용하여 기존의 여러 방법으로 구한 주면저항력과 비교한 결과 신뢰도가 있음을 알 수 있었다. It is common to use the unconfined compressive strength (UCS) of intact rock to estimate the shaft resistance of rock socketed drilled shaft. Therefore the most design manuals give a guide to use the UCS of rock core to estimate the shaft resistance of rock-socketed drilled shaft. Recently, however the design manuals for highway bridge (KSCE, 2001) and of AASHTO (2000) were revised to use the DCS of rock mass with RQD instead of the UCS of rock core so that the estimated resistance could be representative of field conditions. Questions have been raised in application of the new guide to the domestic main bed rock types. The intrinsic drawbacks in terms of RQD were comprised in the questions, too. As the results, in 2002 the new guide in the design manual for highway bridge (KSCE, 2001) were again revised to use the UCS of rock core to estimate the shaft resistance of rock-socketed drilled shafts. In this paper, various methods which can estimate the UCS of rock mass from intact rock core were reviewed. It seems that among those, the Hoek-Brown method is very reliable and practical for the estimation of the UCS of rock mass from rock cores. As the results, using the Hoek-Brown failure criterion a modified guide for the estimation of the shaft resistance of rock-socketed drilled shafts was suggested in this paper. Through a case study it is shown that the suggested method gives a good agreement with the measured data.

A complement to Hoek-Brown failure criterion for strength prediction in anisotropic rock

Bagheripour, Mohammad Hossein,Rahgozar, Reza,Pashnesaz, Hassan,Malekinejad, Mohsen Techno-Press 2011 Geomechanics & engineering Vol.3 No.1

In this paper, a complement to the Hoek-Brown criterion is proposed in order to derive the strength of anisotropic rock from strength of the corresponding truly intact rock. The complement is a decay function, which unlike other modifications or suggestions made in the past, is multiplied to the function of the original Hoek-Brown failure criterion for intact rock. This results in a combined and extended form of the criterion which describes the strength of anisotropic rock as a varying fraction of the corresponding truly intact rock strength. Statistical procedures and in particular regression analyses were conducted into data obtained in experiments conducted in the current research program and those collected from the literature in order to define the Hoek-Brown's criterion complement. The complement function was best described by a simple polynomial including only three constants to be empirically evaluated. Further investigations also showed that these constants can be related to the other readily available parameters of rock material which further facilitate determining the constants. A great and prime advantage of the proposed complement is that it is mathematically simple including the least possible number of empirical constants which are easily estimated with minimum experimental effort. Moreover, proposed concept does not suggests any change to the original Hoek-Brown criterion itself or its constants and serves whenever anisotropy does exist in the rock. This further implies on the possibility of using any other failure criterion for intact rock in conjunction with the compliment to reach the strength of anisotropic rock.

암반용 테스트 해머를 이용한 고강도콘크리트 영역의 강도추정에 관한 연구

서윤아,남경용,정상진 단국대 부설 리모델링연구소 2013 리모델링 연구소 논문집 Vol.11 No.1

This paper intends to review possible application in the high strength area through compressive strength estimation of the simulated high strength concrete member using Rock Test Hammer and suggest it as a reference data for the strength estimation technique of the ultra high strength concrete in the future. From the results of test, in the low strength area less than 15MPa and normal strength area in 15∼60MPa, as shown on the existing studies, it is indicated that P Type Schmidt Hammer in the low strength area and N Type Schmidt Hammer in the normal strength area have high correlation of rebound-compressive strength. As the Rock Test Hammer indicated more or less reduced accuracy in the low strength area and the normal strength area but high correlation on the high strength area (50∼100MPa) defined on this test, it is determined that it would be possible to make the fastest and simplest compressive strength estimation on the site where the high strength concrete is applied. As was resulted above the experiments, on the basis of the result of Rebound Hardness Method and Compressive Strength on the high strength area which is over 50MPa, the conclusion is drawn which is Fc=4.409e0.059R through regression analizing the relations of Compressive Strength which is based on Rebound Hardness Method.

평면이방성 Mohr-Coulomb 암석 강도의 중간주응력 의존성

이연규(Youn-Kyou Lee) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.5

1960년대 후반 이래로 수행된 여러 진삼축압축시험 결과에 의하면 암석의 파괴강도는 중간주응력의 크기에 상당한 영향을 받는 것으로 나타나고 있다. 이러한 실험적 결과를 바탕으로 지금까지 중간주응력이 파괴에 미치는 영향을 고려할 수 있는 다양한 3차원 파괴조건식들이 제안되고 있다. 그러나 문헌에 보고된 대부분의 3차원 파괴기준식들은 암석의 진삼축압축 강도를 현상학적으로 재현하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 관련된 강도정수들의 역학적 의미가 명확하지 않다. 이 연구에서는 암석강도의 중간주응력 의존성이 암석 내에 포함된 연약면들의 공간적 분포특성과 관련성이 있다는 가능성을 확인하기 위해 평면이방성 암석모델을 대상으로 수치 진삼축압축시험을 수행하였다. 미소구조텐서 개념을 활용하여 이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식을 개발하였으며 이를 강도기준식으로 활용하고 임계면법을 적용하여 평면이방성 암석의 파괴강도 및 파괴면 방향의 중간주응력 의존성을 분석하였다. 분석결과는 암석에 포함된 미시적 연약면들의 주응력 방향에 대한 방향성이 암석강도의 중간주응력 의존성과 밀접한 관련성이 있음을 암시해준다. A number of true triaxial tests on rock samples have been conducted since the late 1960 and their results strongly suggest that the intermediate principal stress has a considerable effect on rock strength. Based on these experimental evidence, various 3-D rock failure criteria accounting for the effect of the intermediate principal stress have been proposed. Most of the 3-D failure criteria, however, are focused on the phenomenological description of the rock strength from the true triaxial tests, so that the associated strength parameters have little physical meaning. In order to confirm the likelihood that the intermediate principal stress dependency of rock strength is related to the presence of weak planes and their distribution to the preferred orientation, true triaxial tests are simulated with the transversely isotropic rock model. The conventional Mohr-Coulomb criterion is extended to its anisotropic version by incorporating the concept of microstructure tensor. With the anisotropic Mohr-Coulomb criterion, the critical plane approach is applied to calculate the strength of the transversely isotropic rock model and the orientation of the fracture plane. This investigation hints that the spatial distribution of microstructural planes with respect to the principal stress triad is closely related to the intermediate principal stress dependency of rock strength.

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.