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유도파를 이용한 시간-주파수 영역 해석을 통한 록볼트 건전도 실험의 경암지반 현장 적용성 평가
Rock Bolt Integrity Assessment in Time-Frequency Domain : In-situ Application at Hard Rock Site 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.25 no.12, 2009년, pp.5 - 12  

이인모 (고려대학교 건축.사회환경공학부) ,  한신인 ((주)서영엔지니어링 지반터널설계실) ,  민복기 ((주)현대건설 터널환경사업본부 설계부분) ,  이종섭 (고려대학교 건축.사회환경공학부)

초록
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록볼트는 터널과 지하공간 구조물의 시공에 있어서 주요 지보재 중 하나이며, 이러한 록볼트의 건전도가 전체 구조물의 안정성에 큰 영향을 미치게 되었다. 본 연구의 목적은 실제 현장에서 투과법을 적용하여 록볼트를 따라 전파되는 유도파를 통해 록볼트의 건전도를 평가하는 것이다. 비파괴 실험의 각기 다른 결함비율을 가진 록볼트 시험체를 제작하여 콘크리트 블록 및 실제현장에 매설한 후, 피에조 디스크 엘리먼트로 유도파를 발생시키고 AE(acoustic emission) 센서를 이용하여 신호를 측정하였다. 수집된 신호는 가버 웨이브렛을 사용한 웨이브렛 변환을 이용하여 시간-주파수 영역에서 분석하였다. 시간-주파수 영역에서의 각 파군별 최대 에너지가 나타나는 지점의 시간차는 각 반사파군 간의 이동 시간차를 나타내며, 이를 통해 계산된 유도파의 에너지 속도는 록볼트의 결함비율이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 실험에 적합한 양생기간을 제안하였으며 그에 따른 두 번의 현장 실험을 통해 록볼트 건전도 실험의 현장 적용성을 검토하였고, 제안된 실험방법이 록볼트의 건전도 평가에 있어서 유용한 평가방안임을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

As rock bolts become one of the main support systems in tunnels and underground structures, the integrity of the rock bolts affects the safety of these structures. The purpose of this study is the evaluation of rock bolt integrity using wavelet transforms of the guided ultrasonic waves by using tran...

주제어

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문제 정의

  • 1차 현장실험은 본 연구에서 제안된 실험 장비의 현장 적합성 판단 및 록볼트 비파괴 건전도 평가 시스템의 현장 적용성 예측을 위하여 수행되었다. 판교부근의 고속도로 현장에서 경암층인 암반사면에 그림 8과 같이 록볼트 시험체를 시공하였다.
  • 2차 현장실험은 실내실험 및 1차 현장실험과의 결과 비교를 통해 록볼트 비파괴 시험의 비교 및 실용성에 대한 판단을 하기 위해 시행되었다. 수원부근의 고속도로 현장에서 경암층인 터널내부에서 시행하였으며, DR(%)의 현실성을 고려하기 위해 DR=50%를 DR=33%로 교체하여 수행하였다.
  • 3.3 양생기간 진행의 영향 분석 및 결과

    결함비율에 따른 에너지 속도의 계산 이외에도 그라우팅 양생기간에 따른 에너지 속도의 변화를 계산하기 위하여 실험을 수행하였다. DR=0%인 3.

  • 본 논문에서는 투과법을 이용한 록볼트 건전도 평가 방법의 현장 적용성을 검토하였다. 록볼트 선단부에 설치한 피에조 디스크 엘리먼트로 발생시킨 유도파는 록볼트를 통해 전파되어 AE 센서를 이용하여 록볼트 두부에서 측정하였으며, 여러 종류의 결함비율을 가진 록볼트 시험체를 콘크리트 블록 및 실제 현장에 설치하여 실험을 수행하였다.
  • 본 연구의 목적은 록볼트의 건전도 평가 기법의 실제 현장에서의 적용 가능성 파악에 있다. 따라서 본 논문은 웨이브렛 변환 기법에 대한 검토 및 실제현장에서 시공한 록볼트 시험체에 대하여 투과법을 적용하고, 측정된 신호에 대해 웨이브렛 변환을 이용한 분석을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내의 지하공간 건설기술의 발전이 시작된 시기는? 국내의 지하공간 건설기술은 1980년대 본격적으로 시작되어 현재까지 많은 발전이 있었다. 현재 국내의 지하 공간의 개발의 대부분을 차지하는 터널의 시공 시, 록볼트는 숏크리트와 함께 주요 지보재로서 사용되고 있으며, 전통적으로 이러한 록볼트의 품질확인을 위해 록볼트 인발 실험을 일상계측 항목의 하나로 설정하여 시행하도록 규정되어있다.
록볼트가 파괴될 수 있는 문제점을 해결하기 위해서 연구 개발 중인 일반적인 방법은 무엇인가? 최근 진행된 비파괴 조사방법 중 가장 일반적인 것은 암석이나 콘크리트에 둘러싸인 록볼트나 그라우팅된 tendon에 대한 것이 대부분이었다(Thurner 1988, Beard 등 2003, Han 등 2006, Zhang 등 2006). 시간영역에서의 신호분석을 이용하여 강봉의 결함을 측정하거나(Beard 등 2003), 그라우팅의 구속조건 변화에 따른 록볼트에서의 유도파의 속도와 진폭을 비교하였고(Zhang 등 2006), Han 등(2006)은 시간영역에서의 신호를 분석하여 그라 우팅 충진 길이별로 파속도를 정확하게 계산해 내었다.
록볼트란 무엇인가? 록볼트는 터널과 지하공간 구조물의 시공에 있어서 주요 지보재 중 하나이며, 이러한 록볼트의 건전도가 전체 구조물의 안정성에 큰 영향을 미치게 되었다. 본 연구의 목적은 실제 현장에서 투과법을 적용하여 록볼트를 따라 전파되는 유도파를 통해 록볼트의 건전도를 평가하는 것이다.
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참고문헌 (10)

  1. Beard, M. D. and Lowe, M. J. S. (2003), "Non-destructive testing of rock bolts using guided ultrasonic guided waves", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol.40, pp. 527-536 

  2. Beard, M. D., Lowe, M. J. S., and Cawley, P. (2003), "Ultrasonic guided waves for inspection of grouted tendon and bolts", Journal of Materials in Civil Engineering, ASCE, Vol.15, No.3, pp.212-218 

  3. Han, S. I., Lee, I. M., Lee, Y. J., and Lee, J. S. (2006), "Integrity evaluation of rockbolts encapsulated by cement-mortar grouting using ultrasonic guided waves", Proc., 27th Symposium on Ultrasonic Electronic, 27, Nagoya, 177-178 

  4. Han, S. I., Lee, J. S., Min, B. K., Yu, J.D., Lee, Y.J., and Lee, I. M. (2007), "Non-destructive evaluation for rock bolt integrity using time-frequency analysis of guided ultrasonic dispersive waves", Proc., International symposium on tunnelling for urban development, Pattaya, Thailand, 439-448 

  5. Inoue, H., Kishimoto, K., and Shibuya, T. (1996), "Experimental wavelet analysis for flexural waves in beams", Experimental Mechanics, Vol.36, No.3, pp.212-217 

  6. Jeong, H. J. and Jang, Y. S. (2000), "Fracture source location in thin plates using the wavelet transform of dispersive waves", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol.47, No.3, pp.612-619 

  7. Sato, M. (1991), "Mathematical foundation of wavelets", Journal of Acoustical Society of Japan, Vol.47, No.6, pp.405-423 (in Japanese) 

  8. Thurner, H. F. (1988), "Boltometer-instrument for non-destructive testing of grouted rock bolts", Proc., 2nd International Symposium on Field Measurements in Geomechanics, Sakurai(ed.), Rotterdam, pp. 135-143 

  9. Wang, L. (2004), "Elastic wave propagation in composites and least-square damage location technique", MSc Thesis, North Carolina State University, NC 

  10. Zhang, C. S., Zou, D. H., and Madenga, V. (2006), "Numerical simulation of wave propagation in grouted rock bolts and the effects of mesh density and wave frequency", International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol.43, No.4, pp.634-639 

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