본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

고심도 암반의 스폴링 평가에 대한 사례 분석 및 광주 스폴링 모델링

A Case Analysis on the Spalling Evaluation of the Deep Rock Mass and Pillar Spalling Modeling

이재원|이창수|김건영|윤석|권상기|박승훈
한국암반공학회 (Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering)|2020.04|터널과 지하공간 (TUNNEL AND UNDERGROUND SPACE)|제30권 제2호|pp. 109-135

1

조회

0

다운로드

1

인용

0

참고문헌

키워드

광주스폴링SpallingPillarCWFS고심도 지하공간컴퓨터 모델링Deep underground spaceComputer modeling
주제분류자원공학

초록

전 세계적으로 지하의 고심도화는 다양한 시설 개발의 목적으로 관심도가 높은 상황이다. 고심도 지하공간의 개발은 암반의 구조적 안정성이 바탕이 되어야 한다. 고심도 지하공간에서는 스폴링이 구조적 안정성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 스폴링을 예측하기 위해서 많은 연구자들은 터널 주변에서 발생하는 응력상태, 암반상태 및 암종에 따라 제안하였다. 또한, 현지에서 측정된 결과와 FLAC, EXAMINE, UDEC, Insight 2D, FRACOD 등의 컴퓨터 모델링을 이용하여 스폴링 해석 방법에 대한 검증이 수행되었다. 캐나다 URL(Underground Research Tunnel)에서는 스폴링 현상에 대한 정확한 예측을 위해CWFS(Cohesion Weakening Frictional Strengthening)모델을 제안하고 이를 비교 분석하였다. CWFS 모델은 스폴링 현상을 예측하는데 신뢰도 높은 방법으로 확인되었다. 본 연구에서는 고심도 암반에서의 스폴링 발생에 대한 사례들을 분석하고 스폴링 발생조건과 CWFS 모델의 예측 결과를 비교하였다. 이를 통해 고심도 조건에서의 광주를 대상으로 스폴링 예측에 대한 적용성을 검토하고자 하였다.

Abstract

Globally, the deepening depth in the underground is a situation of the high interest for a purpose of the development of various facilities. The development of deep underground space should be based on the structural stability of rocks. Spalling is known to have an impact on the structural stability degradation in deep underground space. As an attempt to predict spalling, many researchers have proposed predicted conditions in accordance with stress states which occur around the tunnel, rock conditions, and types of rock. In addition, the analysis on spalling method has been verified by using computer modeling such as FLAC, EXAMINE, Insight 2D, UDEC and FRACOD, along with in-situ measurement results. In Canada URL (Underground Research Tunnel), CWFS model (Cohesion Weakening Frictional Strengthening) was used to precisely predict for the state of spalling, comparing spalling modeling. CWFS model has been identified as a reliable method for predicting such phenomena. This study aims to analyze several cases of spalling, and then make a comparison between the conditions for spalling occurrence and the predicted results of model CWFS. With this, it investigates the applicability of prediction of spalling, targeting pillar under deep depth condition.

참고문헌 (46)

  1. Äspo Pillar Stability Experiment, Final Report, Rock Mass Response to Coupled Mechanical Thermal Loading, "Andersson, C.J", Äspo Hard Rock Laboratory, ~, pp.SKB TR 07-01 (2007)
  2. Atsushi, S., "Numerical investigation into pillar failure induced by time-dependent skin degradation", International Journal of Mining Science and Technology, 27, pp.591~597 (2017)
  3. Barton, N., "Risk of shear failure and extensional failure around over-stressed excavations in brittle rock", Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 9, pp.210~225 (2017)
  4. Brace, W. F., "Dilatancy in the fracture of crystalline rocks", J. Geophys. Res, 71, pp.53~ (1966)
  5. Bieniawski, Z. T., "Mechanisms of brittle fracture of rock: Part I: Theory of the fracture process; Part II: experimental studies;Part III: fracture under tension and under long term loading", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, pp.395~430 (1967)
  6. Cai, M., "In-situ Rock Spalling Strength near Excavation Boundaries", Rock Mech. Rock Eng, 47, pp.659~675 (2014)
  7. Cai, M., "Generalized crack initiation and crack damage stress thresholds of brittle rock masses near underground excavations", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, 44, pp.33~847 (2004)
  8. Carter, B. J., "Fitting strength criteria to intact rock", Geotechnical & Geological Engineering, 9, pp.73~81 (1991)
  9. Castro, L., "Analysis of stress-induced damage initiation around deep openings excavated in a moderately jointed brittle rockmass", Ph.D, pp.1996
  10. Cheon, D. S., "Damage-controlled test to determine the input parameters for CWFS model and its application to simulation of brittle failure", Tunnel and Underground Space, 9, pp.263~273 (2007)
  11. Eberhardt, E., "Brittle rock fracture, progressive damage in uniaxial compression", Ph.D, pp.1998
  12. Eberhardt, E., "Quantifying progressive prepeak brittle fracture damage in rock during uniaxial compression", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, 36, pp.361~380 (1999)
  13. Edelbro, C., "Strength, fallouts and numerical modelling of hard rock masses", Ph. D, pp.2008
  14. Fonseka, G.M, "Scanning electron microscope and acoustic emission studies of crack development in rocks", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr, 22, pp.273~289 (1985)
  15. Haied, A., "Strain localization in Fontainebleau sandstone", Mech Cohes-Fric. Mater, 5, pp.239~253 (2000)
  16. Hajiabdolmajid, V., "Modelling brittle failure of rock", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, 39, pp.731~741 (2002)
  17. Hatzor, Y. H., "The influence of grain size and porosity on crack initiation stress and critical flaw length in dolomites", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, 34, pp.805~816 (1997)
  18. Hedley, D. G. F., "Stope-and-pillar design for the Elliot Lake Uranium Mines", CIM Bull, 65, pp.37~44 (1972)
  19. Hoek, E., "Underground excavations in rock", pp.527~ (1980), The Institution of Mining and Metallurgy
  20. Illston, J. M., "Concrete, timber and metals", pp.663~ (1979), Van Nostrand Reinhold
  21. Katz, O., "Microfracturing, damage and failure of brittle granites", J. Geophys. Res, 109 (2004)
  22. Krauland, N., "Determining pillar strength from pillar failure observation", Engineering and Mining Journal, 8, pp.34~40 (1987)
  23. Kim, J.A, "A numerical study on the brittle failure of rock and rock mass", Master, pp.2005
  24. Lan, H., "Evolution of in situ rock mass damage induced by mechanical-thermal loading", Rock Mech. Rock Eng, 46, pp.153~168 (2013)
  25. Lei, X., "On the spatiotemporal distribution of acoustic emissions in two granitic rocks under triaxial compression: the role of pre-existing cracks", Geophys. Res. Lett, 27, pp.1997~2000 (2000)
  26. Lunder, P. J, "Hard rock pillar strength estimation an applied empirical approach", Master, pp.1994
  27. Martin, C. D., "The Strength of Massive Lac du Bonnet Granite Around Underground Openings", Ph. D, pp.1993
  28. Martin, C.D, "Presentation slide of Brittle rock failure and tunnelling in high stressed rock, Tunnel construction brittle rock", ~ (1999)
  29. Martin, C. D., "Estimating the potential for spalling around a deep nuclear waste repository in crystalline rock", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, 46, pp.219~228 (2009)
  30. Martin, C. D., "Hoek-Brown parameters for predicting the depth of brittle failure around tunnels", Canadian Geotechnical Journal, 36, pp.136~151 (1999)
  31. Martin, C. D., "Stress instability and design of underground excavations", Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 40, pp.1027~1047 (2003)
  32. Martin, D, "Preliminary assessment of potential underground stability(wedge and spalling) at Forsmark", Simpevarp and Laxemar sites, SKB R-05-71, ~ (2005)
  33. Martino, J. B., "Excavation-induced damage studies at the underground research laboratory", Int. J. Rock Mech. Min. Sci, 41, pp.1413~1426 (2004)
  34. Ortlepp, W. D., "Rock Fracture and Rockbursts - An Illustrative Study" (1997), The South African Institute of Mining and Metallurgy
  35. Park, H. S., "Analysis of pillar stability for ground vibration and flyrock impact in underground mining blasting", Ph. D, pp.2010
  36. Pestman, B. J., "An acoustic emission study of damage development and stress-memory effects in sandstone", Int. J. Rock. Mech. Min. Sci, 33, pp.585~593 (1996)
  37. Pettitt, W.S, "Investigating the mechanics of microcrack damage induced under true-triaxial unloading", Eurock ‘98, Society of Petroleum Engineers (1998)
  38. Pritchard, C.J, "Progressive pillar failure and rock bursting at Denison Mine", Proceedings of the 3rd International Symposium on Rock bursts and Seismicity in Mines, pp.111~116 (1993)
  39. Rafiei Renani, H., "Modeling the progressive failure of hard rock pillars", Tunnelling and Underground Space Technology, 74, pp.71~81 (2018)
  40. Sjöberg, J., "Input to orepass design - a numerical study", Underground Design Methods 2015, pp.571~584 (2015)
  41. Singh, D. P., "A study of time-dependent properties, other physical properties of rocks", Ph. D, pp.1970
  42. Synn, J. H., "Regional distribution pattern and geo-historical transition of In-situ stress fields in the Korean peninsula", Tunnel and Underground Space, 13(6), pp.457~469 (2013)
  43. Tjader, E, "Shafts and rock mass strength", Master, pp.2018
  44. Von Kimmelman, M. R., "The use of computer applications at BCL limited in planning pillar extractino and the design of mining layouts", Int. Soc. Rock Mech. Symp, pp.53~63 (1984)
  45. Wagner, H., "Determination of the complete load-deformation characteristics of coal pillars", Proceedings of 3rd ISRM Conference, pp.1076~1081 (1974)
  46. Walton, G., "Inproving continuum models for excavation in rock messes under high stress through an enhanced understanding of post-yield dilatancy", Ph. D, pp.2014

관련 논문AI추천

대심도 지하공동에 발생하는 암반의 팽창 및 스폴링 현상 모델링이용주, 조남각사단법인 한국터널지하공간학회 · 한국터널지하공간학회 논문집2010 · 제12권 제1호CWFS모델변수 결정을 위한 손상제어시험 및 이를 활용한 취성파괴모델링박찬, 전석원, 정용복, 천대성사단법인 한국터널지하공간학회 · 한국터널지하공간학회 논문집2007 · 제9권 제3호통계추론을 이용한 지하암반공동에서의 스폴링 깊이와 폭에 대한 정량적 평가방준호, 이인모사단법인 한국터널지하공간학회 · 한국터널지하공간학회 논문집2010 · 제12권 제1호퍼지확률이론과 손상지수를 이용한 지하암반공동에서의 스폴링 발생 평가방준호, 이강현, 이인모사단법인 한국터널지하공간학회 · 한국터널지하공간학회 논문집2010 · 제12권 제1호취성파괴특성을 고려한 심부터널의 안정성 평가기법 연구박찬, 노봉건, 박연준, 박현익, 서영호, 유광호한국암반공학회 · 터널과 지하공간2009 · 제19권 제4호취성파괴에 관한 고찰박찬, 신중호, 전석원, 천대성한국암반공학회 · 터널과 지하공간2006 · 제16권 제6호

이 간행물의 다른 논문 (3건)

고준위방사성폐기물 심층처분 부지조사를 위한 암반공학적 요소: 국내외 현황 및 사례 조사최승범, 김은경, 김유홍, 천대성pp. 136-148토립자 유실을 고려한 로지스틱 회귀분석 및 GIS 기반 도시 지반함몰 취약성 평가서장원, 염병우, 류동우pp. 149-163한계상태설계법 지반정수 산정을 위한 풍화대 강도특성 측정장치의 개발 및 현장적용에 관한 연구김종훈, 김기석, 최성웅pp. 164-179
원문 보기