본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

유사 암석 시편을 사용한 암석 절리면 돌출부 손상 연구

A study on the asperity degradation of rock joint surfaces using rock-like material specimens

조계춘|권태혁|홍은수
사단법인 한국터널지하공간학회 (Korean Tunnelling and Underground Space Association)|2009.09|한국터널지하공간학회 논문집 (Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association)|제11권 제3호|pp. 303-314

0

조회

0

다운로드

1

인용

0

참고문헌

키워드

이미지 분석Image analysis거칠기 발현돌출부 손상절리면 전단시험joint shear testasperity degradationroughness mobilization
주제분류토목공학

초록

암석 절리면의 거칠기의 발현에 따른 돌출부의 손상 특성을 연구하기 위해 전단시험 한 절리면 시편에 대한 이미지 분석을 수행하였다. 동일한 절리면에 대한 반복적인 시험에는 복제 시편을 사용한 모델시험이 가장 적합하였으므로 암석 절리면으로부터 각기 다른 4종류의 3차원 거칠기를 복제하고, 고강도 석고를 사용한 시편을 제작하였다. 연직응력 수준을 변화시키며 총 20여회의 전단시험을 실시하였으며, 전단된 시편의 디지털 사진의 이미지 분석을 통하여 손상된 거칠기의 국지적 양상과 규모를 분석하였다. 분석 결과 거칠기의 손상 특성은 연직응력의 수준에 크게 의존하며, 돌출부의 파괴와 마모로 규정할 수 있는 것으로 나타났다. 돌출부 손상은 첨두 전단변위에서 가장 많이 발생하며, 변위가 증가하면 작은 돌출부들이 새롭게 손상되어 평균적인 돌출부의 손상 규모는 일정한 것으로 나타났다. 고강도 석고를 사용한 전단시험 결과에 자연 암석절리의 돌출부를 구성하는 광물입자의 물리적 특성이 완전하게 반영될 수는 없다. 그러나 첨두 전단변위와 돌출부 손상과의 상관관계에 대한 정량적 연구 결과는 돌출부 손상 특성의 파악이 암석 절리면 역학적 특성과 전단모델의 연구에 매우 중요한 수단이 될 수 있음을 보여준다.

Abstract

Image analyses for sheared joint specimens are performed to study asperity degradation characteristics with respect to the roughness mobilization of rock joints. Four different types of joint specimens, which are made of high-strength gypsum materials, are prepared by replicating the three-dimensional roughness of rock joints. About twenty jointed rock shear tests are performed at various normal stress levels. The characteristic and scale of asperity degradation on the sheared joint specimens are analyzed using the digital image analysis technique. The results show that the asperity degradation characteristic mainly depends on the normal stress level and can be defined by asperity failure and wear. The asperity degradation develops significantly around the peak shear displacement and the average amount of degraded asperities remains constant with further displacement because of new degradation of small scale asperities. The shear strength results using high-strength gypsum materials can not fully represent physical properties of each mineral particles of asperities on the natural rock joint surface. However the results of this quantitative estimation for the relationship between the peak shear displacement and the asperity degradation suggest that the characterization of asperity degradation provides an important insight into mechanical characteristics and shear models of rock joints.

참고문헌 (33)

  1. 이승도, "거칠기가 절리의 전단거동 및 투수성에 미치는 영향에 관한 연구", 터널과 지하공간, 12(4), pp.312~320 (2002), 한국암반공학회
  2. 이승우, "무결함 재료의 크기에 따른 강도와 탄성계수의 변화에 관한 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 8(3), pp.205~217 (2006), 사단법인 한국터널지하공간학회
  3. 홍은수, "암석 절리면 거칠기의 정량화에 대한 연구(Ⅰ) -문제점의 규명", 한국터널지하공간학회 논문집, 7(4), pp.269~283 (2005), 사단법인 한국터널지하공간학회
  4. 홍은수, "암석 절리면 거칠기의 정량화에 대한 연구(Ⅱ) - 거칠기의 구분과 강도식의 제안 -", 한국터널지하공간학회 논문집, 8(2), pp.183~196 (2006), 사단법인 한국터널지하공간학회
  5. Archard,J.F, "Elastic deformation and the laws of friction", Proc. R. Soc. London, Ser. A, pp.190~205 (1957)
  6. Barton,N.R, "Review of a new shear-strength criterion for rock joints", Engrg. Geol, 7, pp.287~332 (1973)
  7. Bandis, S.C, "Experimental studies of scale effects on the shear behaviour of rock joints", Int. J. Rock Mech. Min. Sci.Geomech. Abstr, 18(1), pp.1~21 (1981)
  8. Barton, N.R, "Rock Mechanics", 10, pp.1~54 (1977)
  9. Bhushan,B, "Introduction to tribology" (2002), John Wiley & Sons Inc
  10. Borri-Brunetto, M, "Scaling phenomena due to fractal contact in concrete and rock fractures", International Journal of Fracture, 95, pp.221~238 (1999)
  11. Brown, S.R, "Closure of rock joints", Journal of Geophysical Research, 91, pp.4939~4948 (1986)
  12. Carr, J. R, "Relationship between the fractal dimension and joint roughness coefficient", Bull. Assoc. Engrg. Geol, 26, pp.253~264 (1989)
  13. Chiaia,B, "On the sliding instabilities at rough surfaces", Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 50, pp.895~924 (2002)
  14. Gentier, S, "of fracture geometry on shear behavior", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, 37, pp.161~174 (1999)
  15. Haberfield, C.M, "A Mechanicallybased model for rough rock joints", Int. J. Rock Mech.Min. Sci. Geomech. Abstr, 31(4), pp.279~292 (1994)
  16. Hong, E.S., "Measurement of rock joint roughness by 3D scanner", Geotechnical Testing Journal, 29(6), pp.482~489 (2006)
  17. Hong, E.S, "Underestimation of the roughness in rough rock joint", International Journal for Numerical and Analytical methods in Geomechanics, 32, pp.1385~1403 (2008)
  18. Hsu, S.M, "A mechanochemical destructive model for wear under mixed lubrication conditions", Wear, 128, pp.307~323 (1988)
  19. ISRM, "Suggested method for the quantitative description of discontinuities in rock masse", pp.3~52 (1981), Rock Characterization Testing and Monitoring
  20. Jaeger, J.C, "Friction of rocks and stability of rock slopes", Geotechnique, 21(2), pp.97~134 (1971)
  21. Karpenko, Y.A, "A numerical model of friction between rough surfaces", Tribology Int, 34, pp.531~545 (2001)
  22. Kulatilake, P.H.S.W, "Spectral-based peak-shear-strength criterion for rock joints", pp.789~796 (1995), J. Geotech. Engrg
  23. Lam, T.S.K, "Shear behavior of regular triangular concrete", rock joints evaluation, 1989, pp.115(5), 728~740[DOI]
  24. Maerz, N.H, "Joint roughness measurement using shadow profilometry", Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 27, pp.329~343 (1990)
  25. Misra, A, "Effect of asperity damage on shear behavior of single fracture", Engineering Fracture Mechanics, 69, pp.1997~2014 (2002)
  26. Poon, C.Y, "The classification of rough surface contacts in relation to tribology", J.Phys. D: Appl. Phys, 25, pp.A249~A256 (1992)
  27. Reeves, M.J, "Rock surface roughness and frictional strength", Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 22(6), pp.429~442 (1985)
  28. Seidel, J.P, "A theoretical model for rock joints subjected to constant normal stiffness direct shear", Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 39, pp.539~553 (2002)
  29. Suh, N.P, "genesis of friction", Wear, 69, pp.91~114 (1981)
  30. Tse, R, "Estimating joint roughness coefficients", Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 16, pp.303~307 (1979)
  31. Wang, W, "Scaling of constitutive parameters of friction for fractal surfaces", Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr, 30(7), pp.1359~1365 (1993)
  32. Yang, Z.Y, "The effect of asperity order on the roughness of rock joints.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences", 38, pp.745~752 (2001)
  33. Xie, H, "Fractal effects of surface roughness on the mechanical behavior of rock joints", Chaos, Solitons & Fractals, 8(2), pp.221~252 (1997)

관련 논문AI추천

절리면의 거칠기 변화가 전단강도에 미치는 영향석재욱, 이종건, 조태진한국암반공학회 · 터널과 지하공간2013 · 제23권 제5호거칠기와 수직응력에 따른 암석 절리면의 전단거동김종우, 이명호, 장광택한국암반공학회 · 터널과 지하공간2007 · 제17권 제3호암석 절리면 거칠기의 새로운 3차원 정량화 계수박정욱, 송재준, 이용기, 최병희한국암반공학회 · 터널과 지하공간2012 · 제22권 제2호암석 절리면 거칠기의 정량화에 대한 연구(Ⅰ) -문제점의 규명남석우, 이인모, 홍은수사단법인 한국터널지하공간학회 · 한국터널지하공간학회 논문집2005 · 제7권 제4호암석 절리면의 거칠기와 전단거동의 특성 분석김동규, 김종우, 홍영기한국암반공학회 · 터널과 지하공간2016 · 제26권 제5호직접전단시험에서 절리면의 2차 거칠기가 거칠기 정량화 파라미터에 미치는 영향이덕환, 최성웅한국암반공학회 · 터널과 지하공간2014 · 제24권 제1호

이 간행물의 다른 논문 (9건)

터널 단면크기에 따른 콘크리트 라이닝 타설 방법에 대한 실험적 연구신범석, 김상환, 박인준pp. 213-221터널 내 화재 시 경사에 따른 온도층 및 연기유동 특성문성웅, 이동호, 김하영, 유지오pp. 223-228터널굴착으로 발생한 지반거동에 대한 수치해석적 분석윤종철, 손무락pp. 229-242이중구조 라이닝의 배수공 막힘에 따른 수리-역학적 상호작용채성은, 윤재웅, 신종호, 남택수pp. 243-2542-Arch 터널의 3차원 거동 특성 - 수치해석 연구유충식, 김주미, 김희철pp. 255-264
원문 보기