폭발 충격파의 공저부 충진 매질 투과에 따른 진동 속도 변화에 대한 수치해석적 연구
Numerical Analysis of Vibration Velocity Variation due to Shock Wave Transmission through Bottom-Hole Filling Medium in Blasting
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초록
한국은 국토 면적의 제약과 산지가 많은 지형적 특성으로 인해 지상 공간의 활용에 한계가 있으며, 이에 따라 지하공간 개발이 활발히 이루어지고 있다. 지하 구조물의 확산과 심도 증가에 따라 발파 작업 중 발 생하는 진동이 인접 구조물에 미치는 영향을 정밀하게 고려할 필요성이 커지고 있으며, 현재 진동 저감 을 위해 활용되는 조절발파 공법은 주로 측방향 진동 저감에 초점이 맞춰져 있다. 본 연구에서는 굴진 방 향 진동 저감을 위해 천공장 최하부인 공저에 암반과 다른 물리적 특성을 가진 매질을 충진하고, 파동의 산란 및 반사를 유도하여 진동을 감쇠하는 방안에 대한 적용여부를 확인하기 위해 폭발에 의해 발생되는 충격파의 전파양상을 수치해석적으로 검토하였다. 이를 위해 수치해석 프로그램인 ANSYS AUTODYN 을 활용하여 compaction 특성이 반영된 모래를 충진 매질로 적용하여 해석을 진행하였다. 이 때, 충진 매질의 길이, 폭약 종류 등을 변수로 설정하였으며, 해석 결과 충진된 매질의 길이가 길수록 진동 감쇠 효 과가 커지고, 폭발속도가 낮은 폭약일수록 저감 효과가 뚜렷하게 나타났다. 본 연구는 굴진 방향 진동 저 감을 위한 새로운 설계 접근법으로서의 가능성을 제시하며, 향후 발파 설계 시 적용 가능한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
Due to the limitation of national land area and the mountainous topography of Korea, the utilization of surface space is restricted, leading to active development of underground space. As underground structures become more widespread and their depth increases, it is necessary to consider in more detail the effects of blast-induced vibration on adjacent underground structures during blasting operations. Currently, various controlled blasting techniques are applied to reduce vibration; however, most of these techniques focus on reducing lateral vibration, and methods to attenuate vibration in the tunneling direction remain insufficient. In this study, to supplement this limitation, a medium with different physical properties from the surrounding rock mass was filled into the bottom of the blast hole to induce wave scattering and reflection due to impedance contrast at the interface, and to verify whether this can effectively attenuate forward-propagating vibration. For this purpose, Numerical simulations were conducted using ANSYS AUTODYN, applying sand with compaction characteristics as a filling material. The analysis was performed by varying parameters such as the length of the filling material and the type of explosive. As a result, it was found that the longer the length of the filling material, the greater the attenuation effect, and that the use of lower detonation velocity explosives showed a more distinct vibration reduction effect. This study suggests the potential of applying heterogeneous materials at the bottom of blast holes as a new design approach for forward-direction vibration control, and is expected to be utilized as funda- mental data for minimizing blast-induced vibration in future blast design.