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논문KCI 등재

임의 최소주응력 구간에서 일반화된 Hoek-Brown 파괴기준식을 최적 근사하는 등가 Mohr-Coulomb 강도정수 계산식

Analytical Formula for the Equivalent Mohr-Coulomb Strength Parameters Best-fitting the Generalized Hoek-Brown Criterion in an Arbitrary Range of Minor Principal Stress

이연규
한국암반공학회 (Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering)|2019.06|터널과 지하공간 (TUNNEL AND UNDERGROUND SPACE)|제29권 제3호|pp. 172-183|DOI https://doi.org/10.7474/TUS.2019.29.3.172

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CohesionFriction angle점착력정사영Orthogonal projection일반화된 Hoek-Brown 파괴기준식마찰각선형 최적근사Generalized Hoek-Brown failure criterionLinear best-fitting
주제분류자원공학

초록

Hoek et al.(2002)이 개발한 일반화된 Hoek-Brown(GHB) 파괴기준식은 암반의 파괴응력 조건을 정의하는 비선형 함수이다. 관련 강도정수들은 GSI 지수값을 이용하여 체계적으로 결정된다. GSI 지수는현장 암반의 상태를 정량화한 수치이므로 GHB 파괴기준식은 현장의 암반조건을 파괴기준식에 반영할수 있는 실용적인 암반파괴함수이다. 대부분의 암반공학 기술자들이 선형 Mohr-Coulomb 파괴기준식에 익숙하며, 다수의 암반공학 소프트웨어들이 Mohr-Coulomb 식을 채택하고 있음을 고려하여 등가마찰각과 등가점착력 계산식이 GHB 파괴기준식 발표와 함께 제시되었다. 그러나 이 목적으로 제시된 등가마찰각 및 등가점착력 계산식은 선형 최적화가 수행되는 최소주응력 범위의 하한 값을 암반의 인장강도로 고정시키고 있다. 따라서 해석영역에 인장응력이 분포하지 않은 경우 Hoek et al.(2002)의 제안식을 이용한 등가마찰각 및 등가점착력 산정결과는 정확성이 떨어질 수 있다. 이러한 기존 등가마찰각 및등가점착력 산정수식의 단점을 극복하기 위하여 이 연구에서는 임의의 최소주응력 구간에 대해서도 최적 등가마찰각과 등가점착력을 계산할 수 있는 해석적 수식을 유도하고 결과식의 정확성을 검증하였다.

Abstract

The generalized Hoek-Brown (GHB) failure criterion developed by Hoek et al. (2002) is a nonlinear function which defines a stress condition at failure of rock mass. The relevant strength parameter values are systematically determined using the GSI value. Since GSI index is a value quantifying the condition of in-situ rock mass, the GHB criterion is a practical failure condition which can take into the consideration of in-situ rock mass quality. Considering that most rock mechanics engineers are familiar with the linear Mohr-Coulomb criterion and that many rock engineering softwares incorporate Mohr-Coulomb criterion, the equations for the equivalent friction angle and cohesion were also proposed along with the release of the GHB criterion. The proposed equations, however, fix the lower limit of the minor principal stress range, where the linear best-fitting is performed, with the tensile strength of the rock mass. Therefore, if the tensile stress is not expected in the domain of analysis, the calculated equivalent friction angle and cohesion based on the equations in Hoek et al. (2002) could be less accurate. In order to overcome this disadvantage of the existing equations for equivalent friction angle and cohesion, this study proposes the analytical formula which can calculate optimal equivalent friction angle and cohesion in any minor principal stress interval, and verified the accuracy of the derived formula.

참고문헌 (17)

  1. Bieniawski, Z.T., "Engineering rock mass classification" (1989), Wiley
  2. Bretscher, O., "Linear algebra with applications" (2005), Pearson Prentice Hall
  3. Clausen, J., "An exact implementation of the Hoek-Brown criterion for elasto-plastic finite element calculations", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 45, pp.831~847 (2008)
  4. Hoek, E., "Strength of jointed rock masses, 23rd Rankine Lecture", Geotechnique, 33(3), pp.187~223 (1983)
  5. Hoek, E., "Practical estimates of rock mass strength", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 34(8), pp.1165~1186 (1997)
  6. Hoek, E., "Hoek-Brown criterion – 2002 edition", Proc. NARMS-TAC Conf., pp.267~273 (2002)
  7. Hoek, E., "Quantification of the Geological Strength Index chart", Proc. 47th US Rock Mech., 2013, ~
  8. Hoek, E., "Predicting tunnel squeezing problems in weak heterogeneous rock masses", Tunnels and Tunnelling International (2000)
  9. Lee, Y. -K., "Analytical representation of Mohr envelope approximating the generalized Hoek-Brown failure criterion", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 100, pp.90~99 (2017)
  10. 이연규, "일반화된 Hoek-Brown 파괴조건식에 내포된 전단강도 근사식", 터널과 지하공간, 28(5), pp.426~441 (2018), 한국암반공학회[DOI]
  11. Mansouri M., "Ultimate bearing capacity of rock masses under square and rectangular footings", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 111, pp.1~9 (2019)
  12. Marinos, P. G., "The geological strength index (GSI): A characterization tool for assessing engineering properties for rock masses", Proc. ISRM Workshop W1, pp.87~94 (2007)
  13. Rojat, F., "Improved analytical solutions for the response of underground excavations in rock mass satisfying the generalized Hoek-Brown failure criterion", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 79, pp.193~204 (2015)
  14. Saada, Z., "Seismic bearing capacity of shallow foundation near rock slopes using the generalized Hoek-Brown criterion", Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., 35, pp.724~748 (2011)
  15. Sofianos, A. I., "Equivalent Mohr-Coulomb and generalized Hoek-Brown strength parameters for supported axisymmetric tunnels in plastic or brittle rock", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 43, pp.683~704 (2006)
  16. Sørensen, E. S., "Finite element implementation of the Hoek-Brown material model with general strain softening behavior", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 78, pp.163~174 (2015)
  17. Xu, J., "Seismic stability analysis and charts of a 3D rock slope in Hoek-Brown media", Int. J. Rock Mech. Min. Sci., 112, pp.64~76 (2018)

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