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제안 방법
- Figure 는 스캔한 포인트 클라우드를 이용하여 절리면을 삼각면으로 분할한 것이며, Figure 1c는 절리면의 경계를 나타낸 것이다. Figure 1에서 보이는 것과 같이 대규모 절리면이 3 개 추출되었고 이 중 면적이 가장 큰 오른쪽의 절리 면에서 거칠기계수 JRC를 구하였다. 이 절리면에서 거칠 기계수 JRC를 측정하기 위하여 가장자리를 제외하고 선택한 절리면의 형상은 Figure 2와 같고 길이가 경사 방향이고 최대 약 10 m, 폭이 주향방향이고 최대 약 7 m 이다
- 이들 가운데 Tse and Cruden (1979)의 연구 결과가 가장 많이 이용되고 있다. Tse and Cniden (4979)는 표준 절리면거칠기 곡선에서 수평방향의 길이증가량을 직계할 때 증감히는 절리면 돌출높이를 이용하여 여러 통계변수값을 검토하였다. 여러가지 통계 값중 절리면의 돌출면 기울기(asperity slope) Z2와 구조함수(structure function) SF가 JRC값과의 상관성이 좋은 것으로 보고하였다.
- 이방성을 검토하였다. 그런데 절리의 길이에 따라 JRC가 다르므로 먼저 측정방향에 관계없이 측정 길이가 일정한 상태에서 JRC의 이방성을 비교하고 다음 절리 면의 실제 형상을 감안한 상태에서 JRC의 이방성을 검토하였다. 측정선 A, B, C 의 공통 측정길이 중 최대길이는 B5의 5 m이므로 측정길이가 5 m일 때 A, B, C1, C2에서의 평균 JRC를 비교하였다.
- 다음으로 절리면의 거칠기 JRC를 측정방향에 따라 검토하였다. 절리면 돌출부의 진폭 a 중 평균값과 평균 측정길이 L을 이용하여 검토하였다.
- Figure la는 포인트 클라우드이다. 대규모 암반 절리면을 스캔한 결과로 얻는 포인트 클라우드를 Split-FX 소프트웨어로 처리하여 평면의 삼각형 요소망을 구성한다. 이때 삼각형 요소의 모서리 길이는 스캔 간격보다 크게 하였다.
- 마찬가지로 절리면의 폭 방향측정 선은 2 m간격으로 5개 설정하였다. 또 절리면 거칠기의 이방성을 알기 위해서 절리면의 중심에서 절리 면의 길이 방향과 폭 방향 의 사이 방향 즉 2개의 대각선 방향으로 C1 과 C2 측정선을 설정하였다. 그 결과 측정 선의 배열은 Figure 2와 같다.
- 라이다와 Split-FX 포인트 클라우드 소프트웨어를 사용해서 추출해낸, 길이와 폭이 각각 약 10 m, 약 7 m인 대규모 절리면에서 절리면의 경사방향인 길이 방향과 주향 방향인 폭 방향 외에 절리면의 대각선 방향의 거칠기 곡선을 적절한 간격의 좌표값으로 저장하였다. 저장한 절리면 거칠기곡선의 좌표값을 이용하여 절리면 거칠기 측정길이 L을 0.
- 이와 같은 계산방법은 현장에서의 측정작업을 그대로 모사한 것이다. 마치 일정한 길이의 막대처럼 측정 길이를 그대로 유지하고 단면도의 시점에서 종점방향으로 평행이동 해가면서 같은 과정을 반복하여, 일정한 측정 길이 L로 여러 개의 JRC를 구할 수 있도록 하였다. 측정 길이 L을 변경하여 동일한 측선에서 거칠기를 또 측정함으로써, 측정길이에 따라 절리면의 거칠기 계수 JRC 가 변하는 현상, 즉 치수효과를 검토하도록 하였다 즉정길이 L을 0.
- 먼저 절리면에 설정한 측정선에 따라 측정된 절리면 돌출높이의 진폭 a의 변화를 검토한다. 절리면 돌출높이의 진폭 a는 절리면의 돌출부 중 가장 높은 곳과 가장 낮은 곳의 높이 차를 의미한다.
- 패치를 구할 때 비교하는 수직 벡터 차이의 허용범위는 사용자가 정할 수 있다. 본연구에서는 삼각면 요소가 최소 5개 서로 인접되어 있고 각 삼각형 요소에 대한 수직벡터들의 방향차이가 10 도 이내인 경우를 하나의 패치로 정하였다. 일단 패치를 추출하면 패치의 방향을 스테레오네트 상에 표시할 수 있고 각 패치군에 대한 통계적 특성을 결정할 수 있다.
- 암반 절리면의 거칠기JRC를 일기 위해서는 먼저 절리 면을 찾아야 하는데, 그 중 규모가 큰 절리로 조사자가 직접 접근하기 어렵고 10 cm 길이의 표준 절리면 거칠기 곡선을 이용해서 암반의 거칠기계수 JRC를 구하는 것이 불합리한 것으로 판단되는 경우를 선택하였다. 이를 위한 일반적인 절차 중 첫 번째 순서는 대상이 되는 암반사면을 라이다로 스캔하여 포인트 클라우드를 생성하고 저장한다.
- 그러므로 절리 거칠기 측정길이 L이 10 cm이면 거칠기를 표시하는 측점은 평균 5개 정도이므로 JRC 를 구할 때 신뢰할 수 없는 값을 나타낼 수 있다. 이번 연구는 대규모 절리면의 거칠기계수 JRC를 측정하는 것이므로 측정길이가 2 m이상인 경우를 주로 분석하였다. 그러나 해상도가 더 높은 라이다로 절리 면을 스캔한다면 0.
- 이번 연구에서도 라이다와 Split-FX 소프트웨어를 사용해서 대규모 절리면의 거칠기계수 JRC를 구하였다. 대규모 암반 절리를 스캔한 곳은 콜로라도 유레이 고속도로에 있는 암반사면이다.
- 6 mm이다. 일정 측정길이 L로 측정선을 따라 평행이동하면서 거칠기를 측정하는데 평행이동 거리를 일정하게 유지하면서 측정한 것이 아니라 내려 받은 파일에서 첫 번째 좌표에서 측정을 시작하여 거칠기를 구하고 바로 인접한 다음 좌표에서 측정을 재 시작하였다. 이 경우 동일한 구간을 여러 번 반복하면서 측정하므로 측정선 상에서 측정이 안된 부분이 없게 되고 측정 횟수가 늘어나게 된다.
- 임-반 사면을 라이다로 스캔하여 얻는 포인트 클리우드를 Split-FX 소프트웨어로 처리하여 절리의 방향, 길이, 간격 및 거칠기를 분석할 수 있으나 본 연구에서는 암반의 대규모 절리면 거칠기를 분석하는 데에 사용하였다
- 저장한 절리면 거칠기곡선의 좌표값을 이용하여 절리면 거칠기 측정길이 L을 0.1 이에서 10 이까지 변화시키면서 절리면 돌출높이의 진폭 a를 구하여 절리면 거칠기계수 JRC를 계신하고 그 특성을 분석하였다 그 결과는 다음과 같다.
- 절리면 돌출부의 진폭 a 중 평균값과 평균 측정길이 L을 이용하여 검토하였다. 절리면 중 경사 방향의 측정선 A에서의 J* RC Figure 7과 같다.
- 마치 일정한 길이의 막대처럼 측정 길이를 그대로 유지하고 단면도의 시점에서 종점방향으로 평행이동 해가면서 같은 과정을 반복하여, 일정한 측정 길이 L로 여러 개의 JRC를 구할 수 있도록 하였다. 측정 길이 L을 변경하여 동일한 측선에서 거칠기를 또 측정함으로써, 측정길이에 따라 절리면의 거칠기 계수 JRC 가 변하는 현상, 즉 치수효과를 검토하도록 하였다 즉정길이 L을 0.1 m, 0.5 m, 0.8 m 또 1 이에서 최대 10 m 까지 1 m 간격으로 변경하면서 절리면의 거칠기 계수 JRC를 측정하였다. 측정 대상 절리면의 폭이 넓으므로 길이방향 측정선의 간격은 약 1 m가 되도록 하여 5 개 측선을 설정하였다.
- 8 m 또 1 이에서 최대 10 m 까지 1 m 간격으로 변경하면서 절리면의 거칠기 계수 JRC를 측정하였다. 측정 대상 절리면의 폭이 넓으므로 길이방향 측정선의 간격은 약 1 m가 되도록 하여 5 개 측선을 설정하였다. 마찬가지로 절리면의 폭 방향측정 선은 2 m간격으로 5개 설정하였다.
- 그런데 절리의 길이에 따라 JRC가 다르므로 먼저 측정방향에 관계없이 측정 길이가 일정한 상태에서 JRC의 이방성을 비교하고 다음 절리 면의 실제 형상을 감안한 상태에서 JRC의 이방성을 검토하였다. 측정선 A, B, C 의 공통 측정길이 중 최대길이는 B5의 5 m이므로 측정길이가 5 m일 때 A, B, C1, C2에서의 평균 JRC를 비교하였다. 이때 절리면의 경사 방향인 A 측정선에서의 평균 JRC는 약 8.
- 저장한다. 측정하고자 히는 길이 L를 정하고 측정 길이 내에 있는 돌출부들의 좌표값을 이용하여 최적의 일차함수를 구한다. 이 함수로부터 수.
- 하나의 대규모 절리면에서 절리면의 경사방향 A, 주향 방향 B, 또 이 두 방향의 사잇방향 C 에서 JRC를 구하였으므로 서로 다른 측정방향에 따라 나타나는 JRC 의 이방성을 검토하였다. 그런데 절리의 길이에 따라 JRC가 다르므로 먼저 측정방향에 관계없이 측정 길이가 일정한 상태에서 JRC의 이방성을 비교하고 다음 절리 면의 실제 형상을 감안한 상태에서 JRC의 이방성을 검토하였다.
대상 데이터
- Figure 1은 이번 연구의 대상인 암반사면으로 미국 콜로라도 주 유레이 도로의 사면 중 일부분이다. 대상이 되는 사면방향에 수직한 방향으로 약 30 m 떨어져 라이다로 스캔하였고 Split-FX 소프트웨어을 사용하여 절리면을 자동 추출한 결과이다.
- time-of-flight 장비는 phase-shift 장비에 비하여 먼 거리의 대상물을 스캔할 수 있기 때문에 원거리 대규모 암반사면이나 노두의 스캔에 더 적합하다. 본 연구에서는 먼 거리 암반이나 노두를 대상으로 절리면의 거칠기를 측정하는 것이 목적이므로 time- of-flight 종류의 라이다 장비를 고려하였다 time-of-flight 라이다 징비도 여러 종류의 제품이 있으나, 그 중 Optech ILRIS-3D 장비를 사용하였다 Optech ILRIS- 3D의 사양을 보며 투사되는 레이져 빛의 파장은 1550 nm, 최소측정 거리는 3 m, 최대측정거리 1500 m (80% reflectivity), 1초당 측정회수 2500 측점, 100 m 거리에서 레이저 빛의 직경 29 mm, 100 m 거리에서 거리의 정밀도 8 mm, 각의 정밀도 0.00115 degree 이다.
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