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문제 정의
- 해석 대상인 급결그라우트 재료는 타설 후 후방에 주입되는 시기가 상부에서의 지압이 발생하기 이전의 상태이므로 채굴적의 상부와 채굴적의 하부는 고정시켰다. 그리고 그라우트 댐의 후방으로부터 채굴적의 경사와 같은 방향으로 하중을 가해 뒤채움재료에 의해 발생하는 하중을 모사하고자 하였다. 그라우트 댐과 채굴적 암반사이의 물성은 본 연구에서 실시한 실내시험결과에 근거하여 결정하였고, UDEC 해석의 기초 입력자료는 거칠기가 낮고 갱내수가 존재하지 않는 조건의 재령 3시간에 대한 물성치를 활용하였다.
- 본 연구에서는 개별요소법인 UDEC(Universal Distinct Element Code)을 이용하여 도식법을 근거로 제작한 프로그램의 타당성을 검증하고자 하였다(Itasca Consulting Group, 2004). 본 해석기법에서는 블록들은 변형이 발생하지 않는 강성블록(rigid block)과 변형이 발생하는 변형가능 블록(deformable block)으로 나누어지며, 변형가능 블록 내부의 응력과 변위는 유한차분법을 이용하여 연속체 요소로 분할되어 계산된다(선우춘과 한공창, 1998).
- 뒤채움공법의 개념은 그림 1과 같이 그라우트 재료의 급결 경화특성을 이용하여 그라우트댐을 형성하여 채굴 적을 폐합한 후 후방에 값싼 보강 재료를 주입하는 방식이다. 본 연구에서는 급결그라우트 댐의 형상, 안정성및 강도특성 파악을 위하여 급결그라우트 재료의 일축 압축시험, 암석-그라우트 전단면의 직접전단시험, 경사 채굴적 축소모형시험을 실시하였다. 또한 채굴적 경사와 급결그라우트 댐의 안식각을 이용한 급결그라우트댐 형성 부피와 부착면적을 계산하기 위한 도식법을 제안하였다.
- 본 연구에서는 재료의 물성 및 암석-그라우트 전단면의 물성의 재령 경과에 따른 변화를 파악하고 급결그라우트 재료 및 일반 뒤채움 재료의 주입량을 신속, 정확하게 계산하기 위하여 프로그램을 제작하였다. 재령 경과에 따른 급결그라우트 재료의 물성 및 암석-그라우트 전단면의 물성을 계산하기 위하여 일축압축, 삼축압축, 간접인장, 암석-그라우트 전단면의 직접전단시험을 통해 파악한 결과를 시간을 변수로 하는 지수함수형태로 회귀(장수호 외, 2004)하여 프로그램 상에 반영하였으며, 회귀식들은 표 6에 정리하였다.
- 그러나 국내의 경우는 지질구조가 복잡하고 붕락식 채탄법이 주로 적용되어 가파른 경사의 채굴적이 대다수 형성되어있어(김재동, 2004), 기존 공법을 그대로 적용할 경우 급경사로 인해 재료가 유실되는 문제점이 제기되어 왔다(한국광해관리공단, 2008). 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 1.5 shot 그라우팅 공법을 제안하였다. 이 공법은 2개의 공급펌프를 사용하여 2가지 급결 그라우트재료를 분리압송한 후 주입구의 선단에서 교반하여 시공하는 방식이다.
가설 설정
- 2를 제안하였다. 본 수식들은 그라우트 댐이 경사채굴적인 경우에서도 좌우 대칭으로 형성된다는 가정을 기본으로 하였으며, 축소모형시험 결과(그림 9)에 근거하여 삼각 기둥의 형태로 가정하였다.
- 채굴적의 형태는 직사각형으로 가정하였으며 채굴적의 경사와 그라우트댐 형성각의 합을 안식각 Θr, 채굴적의 높이 h, 채굴적의 폭 b로 정의하여 그라우트 댐의 부피를 구하기 위한식 5.1과 채굴적과 접착면적을 구하기 위한 식 5.2를 제안하였다.
제안 방법
- 5 Shot 그라우트 공법을 모사하기 위하여 A성분 공급 장치와 B성분 공급장치로 각 재료를 분리·공급하도록 설계하였으며, 교반장치로 공급된각 재료는 교반모터의 회전을 통해 급속 교반되어 모형 채굴적 내로 주입된다. A성분과 B성분의 배합비를 조절하기 위해 A성분 공급장치와 B성분 공급장치의 배출 구에 밸브를 설치하였으며, 밸브를 통해 주입량을 제어하여 표 2의 표준배합비를 따를 수 있도록 하였다.
- 도식법에서는 급결그라우트댐에 가해지는 뒤채움재료의 하중과 직접전단시험을 통해 파악한 점착력과 마찰각을 이용하여 뒤채움주입량을 결정하였다. 경사채굴적 축소모형시험을 통해 그라우트댐의 형성형태를 관찰하였으며, 이 결과를 활용하여 도식법의 안식각 산정과 UDEC 모델링에 적용하였다. 최종적으로 도식해법을 통한 주입량의 계산과 UDEC을 통한 수직해석의 결과를 비교하여 도식법 적용의 타당성을 검증하였다.
- 일축압축시료는 50(직경) × 100(길이) mm의 원통형 시료를 제작하였다(한국산업표준심의회, 2005). 공기중 성형조건과 수중 성형조건에 대해 재령을 1시간, 3시간, 12시간, 1일, 2일, 4일, 7일, 14일, 28일로 나누어 각 재령별 4개씩의 시료를 제작하였다. 시료 제작 시 실제 교반상태와 동일한 조건을 제공하기 위하여 A성분과 B성분 재료를 각각 배합한 후 교반한 즉시 금속 몰드에 주입하는 방식으로 진행하였다.
- 급결그라우트 재료를 암석시료 상부에 타설, 양생하여 부착시킨 시료를 재령 1시간, 3시간, 12시간, 1일, 7일및 28일 경과 후 직접전단시험을 실시하였다. 공기중 조건의 경우 수직응력은 0.5 MPa, 1.0 MPa, 2.0 MPa를, 수중 조건의 경우 0.15 MPa, 0.3 MPa, 0.5 MPa를 적용하였다. 다음의 전단시험결과로부터 최대마찰각, 잔류 마찰각, 점착강도, 전단강성을 파악하였으며, 그 결과를 표 4에 정리하였다.
- 그라우트 고결체 형성 형태를 파악하기 위하여 그림 7과 같은 형태의 장비를 제작하여 경사 채굴적 축소모형시험을 실시하였다. 축소모형시험 장치는 교반모터, 교반모터의 회전속도를 조정하는 조정장치, A성분 공급 장치, B성분 공급장치 및 모형 경사채굴적으로 구성되어있다.
- 그리고 그라우트 댐의 후방으로부터 채굴적의 경사와 같은 방향으로 하중을 가해 뒤채움재료에 의해 발생하는 하중을 모사하고자 하였다. 그라우트 댐과 채굴적 암반사이의 물성은 본 연구에서 실시한 실내시험결과에 근거하여 결정하였고, UDEC 해석의 기초 입력자료는 거칠기가 낮고 갱내수가 존재하지 않는 조건의 재령 3시간에 대한 물성치를 활용하였다. 파괴조건은 도식법과 마찬가지로 Mohr-Coulomb 조건을 적용하였다.
- 모형 채굴적의 경사를 0°, 15°, 30°, 45° 및 60°로 증가시키며 축소모형시험을 수행한 결과 그림 9와 같은 형태로 급결그라우트 댐이 형성되었다. 급결그라우트 댐의 부착길이와 높이를 측정하여 급결그라우트 댐 형성각(안식각)을 산정하였다. 표 5에서 보는 바와 같이, 채굴적의 경사가 증가함에 따라 댐 형성각은 점차 감소하는 경향을 나타냈으며, 동일한 높이의 급결그라우트댐 형성에 필요한 급결그라우트 재료의 주입량은 증가하였다(그림 8).
- 급결그라우트 재료를 암석시료 상부에 타설, 양생하여 부착시킨 시료를 재령 1시간, 3시간, 12시간, 1일, 7일및 28일 경과 후 직접전단시험을 실시하였다. 공기중 조건의 경우 수직응력은 0.
- 급경사 광산 채굴적 보강에 필요한 급결 그라우트 댐부피, 접촉면적 그리고 뒤채움량을 계산하기 위하여 그림 10과 같은 도식법을 고안하였다. 채굴적의 형태는 직사각형으로 가정하였으며 채굴적의 경사와 그라우트댐 형성각의 합을 안식각 Θr, 채굴적의 높이 h, 채굴적의 폭 b로 정의하여 그라우트 댐의 부피를 구하기 위한식 5.
- 5 MPa를 적용하였다. 다음의 전단시험결과로부터 최대마찰각, 잔류 마찰각, 점착강도, 전단강성을 파악하였으며, 그 결과를 표 4에 정리하였다. 재령이 경과함에 따라 각 물성치가 증가하는 추세를 보였으며, 일정 재령 경과 후 수렴하는 양상을 보였다(그림 5, 그림 6).
- 수치해석은 각 해석 대상에 대해 작용하중을 점차 증가시 켰을 때 그라우트댐 체(體)에 최초의 변위가 발생하는 시점에서의 하중을 한계 평형상태의 하중으로 판단하였으며 본 연구에서 사용한 모델의 경우 개별 블록의 변형이 무시될 수 없는 상황으로서, 강체로 가정하지 않았으며 변형가능요소로 해석을 수행하였다. 따라서 모델의 내부를 유한차분 삼각형 요소로 분할하여 해석을 수행하였으며, 이와 같이 수행한 실험에서도 본 결과와 같이 완전소성거동을 나타내었다.
- 또한 급결그라우트 주입량 산정 및 뒤채움량 결정을 위하여 프로그램 상에 앞서 제안한 도식해법을 적용하였다. 급결그라우트 주입량 산정 및 뒤채움량의 계산은 채굴적 폭, 채굴적 높이, 마찰각, 점착력, 안식각, 채굴적 경사, 급결그라우트 재료의 밀도, 뒤채움 재료의 밀도, 안전계수들을 변수를 입력하여 급결그라우트 주입량, 부착면적, 급결그라우트 주입부피 및 급결그라우트 댐의 후방에 뒤채움을 실시하는 경우 최대 뒤채움 부피 및 급결그라우트 단위부피당 뒤채움량을 계산할 수 있다.
- 본 연구에서는 급결그라우트 댐의 형상, 안정성및 강도특성 파악을 위하여 급결그라우트 재료의 일축 압축시험, 암석-그라우트 전단면의 직접전단시험, 경사 채굴적 축소모형시험을 실시하였다. 또한 채굴적 경사와 급결그라우트 댐의 안식각을 이용한 급결그라우트댐 형성 부피와 부착면적을 계산하기 위한 도식법을 제안하였다. 도식법에서는 급결그라우트댐에 가해지는 뒤채움재료의 하중과 직접전단시험을 통해 파악한 점착력과 마찰각을 이용하여 뒤채움주입량을 결정하였다.
- 모형채굴적의 바닥면은 셰일의 거칠기와 비슷한 수치의 거칠기로 시험을 진행하기 위하여 타일의 상부에 초속경 시멘트와 모래를 배합한 모르타르를 타설하여 거칠기를 형성하였다. 모형채굴적의 폭은 5 cm이며 시험 시작 후 급결그라우트 재료가 모형 채굴적 내에서 약 15 cm 높이까지 고결체를 형성할 때까지 주입하였다.
- 3) 본 연구에서는 급결그라우트 댐의 주입부피, 접착면적 및 댐의 후면으로 주입 가능한 최대 뒤채움량의 계산을 위하여 도식법을 제안하였으며, 후속 연구를 통해 폭이 넓은 채굴적인 경우 원기둥 형태의 급결 그라우트 댐 형성의 고려 및 실제 시공을 통한 댐형태의 비교 분석을 통해 도식법의 신뢰도를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 본 도식법에 재령별 물성 변화를 고려한 회귀식을 도입하여 보강공법 적용 시 뒤채움량을 결정할 수 있는 프로그램을 제작하였다. 프로그램의 타당성을 검증하기 위하여 도식법과 동일한 조건으로 수치해석을 수행한 결과 도식해법과 수치해석결과가 비교적 잘 부합하였다.
- 본 연구에서는 채굴적의 경사에 따른 뒤채움 시공시 그라우트 댐에 대한 안정성을 검토하기 위하여 그림 13과 같이 채굴적의 경사를 15°, 30°, 45°, 60°로 수치해석 모델을 제작하였으며 도식해법을 통해 파악한 급결 그라우트 댐의 접착면적, 안식각을 모델에 반영하였다.
- 본 연구에서는 화강암은 금속광, 셰일은 석탄광의 기반암으로 가정하여 직접전단시험의 대상 시료를 화강암과 셰일 2가지 암종으로 결정하였다. 화강암 암석시료는 인공적인 균열을 발생시킨 전단면을 가지며, 셰일 시료는 채취한 암석의 편평한 면을 직접 활용하였다.
- 파괴조건은 도식법과 마찬가지로 Mohr-Coulomb 조건을 적용하였다. 수치해석은 각 해석 대상에 대해 작용하중을 점차 증가시 켰을 때 그라우트댐 체(體)에 최초의 변위가 발생하는 시점에서의 하중을 한계 평형상태의 하중으로 판단하였으며 본 연구에서 사용한 모델의 경우 개별 블록의 변형이 무시될 수 없는 상황으로서, 강체로 가정하지 않았으며 변형가능요소로 해석을 수행하였다. 따라서 모델의 내부를 유한차분 삼각형 요소로 분할하여 해석을 수행하였으며, 이와 같이 수행한 실험에서도 본 결과와 같이 완전소성거동을 나타내었다.
- 슬러리 상태의 A성분과 모르타르 상태의 B성분을 이용하여 최적의 배합비를 결정하기 위해 수중불분리성 혼화제 적용시험, 유동성 개선시험, 강도 향상을 위한 배합시험, 급결보조제 조성의 조정시험, 알칼리탄산염 적용시험 등을 통해 결정된 표준배합비를 적용하였다(표 2), (한국광해관리공단, 2008).
- 공기중 성형조건과 수중 성형조건에 대해 재령을 1시간, 3시간, 12시간, 1일, 2일, 4일, 7일, 14일, 28일로 나누어 각 재령별 4개씩의 시료를 제작하였다. 시료 제작 시 실제 교반상태와 동일한 조건을 제공하기 위하여 A성분과 B성분 재료를 각각 배합한 후 교반한 즉시 금속 몰드에 주입하는 방식으로 진행하였다. 각 시료의 완성된 형태는 그림 2와 같다.
- 암석 시편의 상부에 몰드를 고정시킨 후 공기중 성형조건인 경우 대기중에서 양생하였고, 수중 성형조건의 경우 몰드를 수조 내에서 양생하였다. 시료는 A성분과 B성분 재료를 교반 완료한 후 몰드 내로 그라우트 재료를 부어 넣고 시험 재령에 도달하는 시점인 1시간, 3시간, 12시간, 1일, 7일 및 28일로 목표 재령을 설정하였다. 완성된 시료의 형태는 그림 4와 같다(이병윤과 전석원, 2008).
- 각 시료의 완성된 형태는 그림 2와 같다. 시료제작 후 급결모르타르의 시간 변화에 대한 물리적 특성 파악을 위하여 시료가 경화체를 형성한 시간을 기록하고 목표 재령에 맞추어 일축압축 시험을 실시하였다. 시험에 사용된 재료는 일반 콘크리트에 비해 약한 강도를 가질 것으로 예상되어 콘크리트의 압축강도 시험방법에서 권고하는 하중속도 0.
- 그라우트-암석 직접전단 시험 결과 역시 공기중 및 수중 성형 조건에서 재령 경과에 따라 마찰각, 점착력 및 전단강성이 증가하였다. 일축압축시험 및 직접전단시험 결과는 시간을 변수로 하는 지수함수형태로 회귀하였다.
- 주입선단에서 각 재료의 교반이 이루어지는 1.5 Shot 그라우트 공법을 모사하기 위하여 A성분 공급 장치와 B성분 공급장치로 각 재료를 분리·공급하도록 설계하였으며, 교반장치로 공급된각 재료는 교반모터의 회전을 통해 급속 교반되어 모형 채굴적 내로 주입된다.
- 프로그램 구동 전 갱내수의 유무와 거칠기 정도로 채굴적 초기조건을 결정하도록 하였다. 즉 타설 조건인 갱내수(無) 거칠기(高), 갱내수(無) 거칠기(低), 갱내수 (有) 거칠기(高), 갱내수(無) 거칠기(低) 4가지 중 1가지를 선택한 후 재령을 입력하고 프로그램을 실행하면 입력한 재령에서의 물성치들이 그리드 창에 표시된다.
대상 데이터
- 각각 시료의 크기는 150(길이) × 118(폭) × 65(높이) mm이다.
- 축소모형시험 장치는 교반모터, 교반모터의 회전속도를 조정하는 조정장치, A성분 공급 장치, B성분 공급장치 및 모형 경사채굴적으로 구성되어있다. 모형 경사채굴적은 길이 120 cm, 높이 20 cm, 폭 5 cm의 크기로 제작되었다. 주입선단에서 각 재료의 교반이 이루어지는 1.
- 본 연구에 사용된 재료는 (주)유니온에서 개발한 급경사 채굴적 충전용 재료로서 주재료인 포틀랜드 시멘트, 급결 반응을 유도하는 칼슘알루미네트계 급결제, 그리고 급결보조제 등으로 구성된다. 재료의 구성성분은 표 1과 같다(한국광해관리공단, 2008).
- 본 연구에서 적용한 그라우트 재료는 급결재료인 A 성분과 일반시멘트인 B성분으로 구성되어 있으며, 두재료가 혼합되면 수 초 이내에 경화체가 형성된다. 뒤채움공법의 개념은 그림 1과 같이 그라우트 재료의 급결 경화특성을 이용하여 그라우트댐을 형성하여 채굴 적을 폐합한 후 후방에 값싼 보강 재료를 주입하는 방식이다.
- 시험에 사용된 재료는 일반 콘크리트에 비해 약한 강도를 가질 것으로 예상되어 콘크리트의 압축강도 시험방법에서 권고하는 하중속도 0.6 ± 0.4 MPa의 절반인 0.3 ± 0.2 MPa로 재하하였다(한국산업 표준심의회, 2005).
- 일축압축시료는 50(직경) × 100(길이) mm의 원통형 시료를 제작하였다(한국산업표준심의회, 2005).
- 채굴적 높이는 1.5 m이며 해석 대상 암반은 50 × 50 m이다.
- 그라우트 고결체 형성 형태를 파악하기 위하여 그림 7과 같은 형태의 장비를 제작하여 경사 채굴적 축소모형시험을 실시하였다. 축소모형시험 장치는 교반모터, 교반모터의 회전속도를 조정하는 조정장치, A성분 공급 장치, B성분 공급장치 및 모형 경사채굴적으로 구성되어있다. 모형 경사채굴적은 길이 120 cm, 높이 20 cm, 폭 5 cm의 크기로 제작되었다.
- 본 연구에서는 화강암은 금속광, 셰일은 석탄광의 기반암으로 가정하여 직접전단시험의 대상 시료를 화강암과 셰일 2가지 암종으로 결정하였다. 화강암 암석시료는 인공적인 균열을 발생시킨 전단면을 가지며, 셰일 시료는 채취한 암석의 편평한 면을 직접 활용하였다. 각각 시료의 크기는 150(길이) × 118(폭) × 65(높이) mm이다.
데이터처리
- 본 연구에서는 재료의 물성 및 암석-그라우트 전단면의 물성의 재령 경과에 따른 변화를 파악하고 급결그라우트 재료 및 일반 뒤채움 재료의 주입량을 신속, 정확하게 계산하기 위하여 프로그램을 제작하였다. 재령 경과에 따른 급결그라우트 재료의 물성 및 암석-그라우트 전단면의 물성을 계산하기 위하여 일축압축, 삼축압축, 간접인장, 암석-그라우트 전단면의 직접전단시험을 통해 파악한 결과를 시간을 변수로 하는 지수함수형태로 회귀(장수호 외, 2004)하여 프로그램 상에 반영하였으며, 회귀식들은 표 6에 정리하였다.
- 모형 경사채굴적의 형태 측정에 앞서 3차원 레이저 측정장치(배기윤, 2002)를 이용하여 모형 채굴적 바닥면의 거칠기를 측정하였다. 측정한 3차원 좌표정보로부터 식 (4.1)을 이용하여 절리면 기울기의 평방평균값(root mean square of the first derivative of the profile, Z2)을 계산하였다. JRC (Joint Roughness Coefficient)는 Tse & Cruden (1979)이 제안한 상관관계 식 (4.
이론/모형
- 모형 경사채굴적의 형태 측정에 앞서 3차원 레이저 측정장치(배기윤, 2002)를 이용하여 모형 채굴적 바닥면의 거칠기를 측정하였다. 측정한 3차원 좌표정보로부터 식 (4.
- 본 연구에서는 개별요소법인 UDEC(Universal Distinct Element Code)을 이용하여 도식법을 근거로 제작한 프로그램의 타당성을 검증하고자 하였다(Itasca Consulting Group, 2004). 본 해석기법에서는 블록들은 변형이 발생하지 않는 강성블록(rigid block)과 변형이 발생하는 변형가능 블록(deformable block)으로 나누어지며, 변형가능 블록 내부의 응력과 변위는 유한차분법을 이용하여 연속체 요소로 분할되어 계산된다(선우춘과 한공창, 1998). 따라서 상기 수치기법은 본 연구의 그라우트 재료 부착면의 전단저항력을 검증하기에 적합한 프로 그램으로 판단하였다.
- 주입량을 결정하기 위해 공학적으로 널리 쓰이고 있는 Mohr-Coulmb 파괴조건식(Barton & Choubey, 1976)을사용하였다.
- 60° 경사의 시험은 모형 채굴적의 규모의 한계로 10 cm 이상의 고결체 형성이 불가능하였다. 축소시험을 통해 파악한 그라우트 댐의 형성 형태를 도식해법의 변수로 입력되는 안식각 산정과 UDEC의 경사체 모델링에 활용하였다 (한국광해관리공단, 2008).
- 2 MPa로 재하하였다(한국산업 표준심의회, 2005). 탄성계수는 할선탄성계수법을 적용하여 산출하였다(이병윤과 전석원. 2008).
- 그라우트 댐과 채굴적 암반사이의 물성은 본 연구에서 실시한 실내시험결과에 근거하여 결정하였고, UDEC 해석의 기초 입력자료는 거칠기가 낮고 갱내수가 존재하지 않는 조건의 재령 3시간에 대한 물성치를 활용하였다. 파괴조건은 도식법과 마찬가지로 Mohr-Coulomb 조건을 적용하였다. 수치해석은 각 해석 대상에 대해 작용하중을 점차 증가시 켰을 때 그라우트댐 체(體)에 최초의 변위가 발생하는 시점에서의 하중을 한계 평형상태의 하중으로 판단하였으며 본 연구에서 사용한 모델의 경우 개별 블록의 변형이 무시될 수 없는 상황으로서, 강체로 가정하지 않았으며 변형가능요소로 해석을 수행하였다.
성능/효과
- 1) 공기중 및 수중 성형 조건에 대한 물성시험결과 일축압축강도, 탄성계수의 물성은 재령의 경과에 따라 증가하는 양상을 보였으며, 재령이 약 7일 경과 후수렴하는 양상을 나타냈다. 그라우트-암석 직접전단 시험 결과 역시 공기중 및 수중 성형 조건에서 재령 경과에 따라 마찰각, 점착력 및 전단강성이 증가하였다.
- 2) 주입량 판단을 위한 축소모형 시험결과 채굴적 경사가 급경사일수록 그라우트 댐의 차오름 각도가 작아지는 반면, 부착면적과 그라우트 주입량은 증가하였다. 시험과정 중 A성분과 B성분의 재료가 표준배합 비로 교반되어 주입되지 않는 경우 급결특성이 저하되어 급경사의 경우 재료의 유실 문제가 발생하였다.
- 공기중에서 양생된 화강암-그라우트 경계면과 세일-그라우트 경계면의 전단시험 결과를 고찰하면, 재령 1일을 기준으로 셰일-그라우트 경계면은 화강암-그라우트 경계면에 비해 점착력은 약 30%, 최대마찰각은 약 15°, 전단강성은 약 30% 감소하는 것으로 나타났다.
- 공기중에서 양생된 화강암-그라우트 시료가 가장 큰 전단강도를 나타내었으며, 수중에서 양생된 셰일-그라우트 시료가 가장 작은 전단강도를 나타내었다. 공기중 시료의 경우 암석과 그라우트 재료가 분리된 이후 잔류 전단강도가 재령에 따라 증가하는 양상을 보였으나, 수중에서 양생된 시료의 경우에는 재료의 전단분리 이후 시료가 크게 손상되어 잔류특성 파악이 불가능하였다.
- 그라우트 재료의 일축압축시험결과는 표 3에 정리하였으며 그림 3과 같이 초기 재령이 증가함에 따라 일축 압축강도와 탄성계수는 뚜렷이 증가하는 추세를 보였으며, 재령 약 7일 경과 후 수렴하는 양상을 보였다. 일축압축강도는 공기 중 성형조건인 경우 경화체 형성 후 약 1시간이 경과하면 7일 강도의 약 45%가 발현되며 재령 3시간 경과 후 7일 강도의 약 50%가 발현되었다.
- 본 해석기법에서는 블록들은 변형이 발생하지 않는 강성블록(rigid block)과 변형이 발생하는 변형가능 블록(deformable block)으로 나누어지며, 변형가능 블록 내부의 응력과 변위는 유한차분법을 이용하여 연속체 요소로 분할되어 계산된다(선우춘과 한공창, 1998). 따라서 상기 수치기법은 본 연구의 그라우트 재료 부착면의 전단저항력을 검증하기에 적합한 프로 그램으로 판단하였다.
- 셰일-그라우트 경계면의 전단시험 결과, 재령 1일을 기준으로 수중 양생 경계면의 경우 공기중 양생 경계면에 비해 점착력은 약 45%, 최대마찰각은 약 10°, 전단강성은 약 70% 감소하는 것으로 나타났다.
- 일축압축강도는 공기 중 성형조건인 경우 경화체 형성 후 약 1시간이 경과하면 7일 강도의 약 45%가 발현되며 재령 3시간 경과 후 7일 강도의 약 50%가 발현되었다. 재령 7일 경과 시점까지 일축압축강도는 지속적인 증가 추세를 보였으며 재령 7일 경과 이후 수렴하는 양상을 보였다. 수중 성형조건의 경우 경화체 형성 후 약 1시간이 경과하면 7일 강도의 40%가 발현되며 3시간 경과후 7일 강도의 약 45%가 발현되었다.
- 다음의 전단시험결과로부터 최대마찰각, 잔류 마찰각, 점착강도, 전단강성을 파악하였으며, 그 결과를 표 4에 정리하였다. 재령이 경과함에 따라 각 물성치가 증가하는 추세를 보였으며, 일정 재령 경과 후 수렴하는 양상을 보였다(그림 5, 그림 6).
- 경사채굴적 축소모형시험을 통해 그라우트댐의 형성형태를 관찰하였으며, 이 결과를 활용하여 도식법의 안식각 산정과 UDEC 모델링에 적용하였다. 최종적으로 도식해법을 통한 주입량의 계산과 UDEC을 통한 수직해석의 결과를 비교하여 도식법 적용의 타당성을 검증하였다.
- 급결그라우트 댐의 부착길이와 높이를 측정하여 급결그라우트 댐 형성각(안식각)을 산정하였다. 표 5에서 보는 바와 같이, 채굴적의 경사가 증가함에 따라 댐 형성각은 점차 감소하는 경향을 나타냈으며, 동일한 높이의 급결그라우트댐 형성에 필요한 급결그라우트 재료의 주입량은 증가하였다(그림 8). 또한 경사의 증가에 따라 채굴적과 그라우트댐의 부착 길이는 점차 증가하고 채굴적 경사 반대 방향으로의 부착 길이는 점차 감소하였다.
- 본 도식법에 재령별 물성 변화를 고려한 회귀식을 도입하여 보강공법 적용 시 뒤채움량을 결정할 수 있는 프로그램을 제작하였다. 프로그램의 타당성을 검증하기 위하여 도식법과 동일한 조건으로 수치해석을 수행한 결과 도식해법과 수치해석결과가 비교적 잘 부합하였다.
- 화강암-그라우트 경계면의 전단시험 결과, 재령 1일을 기준으로 수중 양생된 시료의 경우 공기중 양생 경계면에 비해 점착력은 약 52%, 최대마찰각은 약 10°, 전단 강성은 약 50% 감소하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 3) 본 연구에서는 급결그라우트 댐의 주입부피, 접착면적 및 댐의 후면으로 주입 가능한 최대 뒤채움량의 계산을 위하여 도식법을 제안하였으며, 후속 연구를 통해 폭이 넓은 채굴적인 경우 원기둥 형태의 급결 그라우트 댐 형성의 고려 및 실제 시공을 통한 댐형태의 비교 분석을 통해 도식법의 신뢰도를 높일 수 있을 것으로 판단된다. 본 도식법에 재령별 물성 변화를 고려한 회귀식을 도입하여 보강공법 적용 시 뒤채움량을 결정할 수 있는 프로그램을 제작하였다.
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