이 연구는 지보재로서 가장 널리 사용되고 있는 록 볼트와 새로운 지보 형태인 스파이럴 볼트에 대한 지보특성을 비교하여 두 지보재의 지보효과를 평가하는데 있다. 이를 위하여 시멘트-모르타르 그라우트의 양생기간이 7일과 28일에 대한 록 볼트와 스파이럴 볼트의 실내인발시험을 실시하였으며, 각 시험결과로부터 인발하중, 변위 그리고 구속압, 내부압, 전단응력 등을 각각 구하였다. 인발하중에 대한 변위의 관계를 보면 각각의 양생기간에 대해서 스파이럴 볼트의 변위가 록 볼트에 비해 크게 나타나는데, 이것은 록 볼트의 역학적 성질이 스파이럴 볼트보다 크기 때문인 것으로 사료된다. 또한 양생기간이 길 경우 두 지보재의 변위는 거의 동일하거나 감소하는 경향을 보이는데, 그 원인은 양생기간에 따라 그라우트의 압축강도가 증가하므로 지보재와 시멘트-모르타르 그라우트 사이의 부착력이 증가하기 때문으로 사료된다. 구속압을 비교한 결과 동일한 인발하중단계에서 스파이럴 볼트의 구속압이 록 볼트보다 크게 나타났다. 이러한 사실은 같은 조건하에 있는 지반이나 암반에 지보재를 설치 할 경우 시공성 측면에서 스파이럴 볼트가 록 볼트보다 지반이나 암반의 안정성을 확보하는데 더 효과적임을 지시한다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 같은 조건하에 있는 지반이나 암반에 지보재를 설치할 경우 새로운 형태의 지보재인 스파이럴 볼트가 기존의 지보재인 록 볼트보다 인발하중과 구속압을 더 크게 발휘하는 것으로 사료된다. 아울러, 지보재에 있어서 경제성, 현장에서의 지보재 시공성 뿐만 아니라 지보재 설치 전후의 지반이나 암반의 안정성 측면 등을 고려할 때 스파이럴 볼트가 록 볼트에 비하여 더 효과적일 것으로 판단된다.
이 연구는 지보재로서 가장 널리 사용되고 있는 록 볼트와 새로운 지보 형태인 스파이럴 볼트에 대한 지보특성을 비교하여 두 지보재의 지보효과를 평가하는데 있다. 이를 위하여 시멘트-모르타르 그라우트의 양생기간이 7일과 28일에 대한 록 볼트와 스파이럴 볼트의 실내인발시험을 실시하였으며, 각 시험결과로부터 인발하중, 변위 그리고 구속압, 내부압, 전단응력 등을 각각 구하였다. 인발하중에 대한 변위의 관계를 보면 각각의 양생기간에 대해서 스파이럴 볼트의 변위가 록 볼트에 비해 크게 나타나는데, 이것은 록 볼트의 역학적 성질이 스파이럴 볼트보다 크기 때문인 것으로 사료된다. 또한 양생기간이 길 경우 두 지보재의 변위는 거의 동일하거나 감소하는 경향을 보이는데, 그 원인은 양생기간에 따라 그라우트의 압축강도가 증가하므로 지보재와 시멘트-모르타르 그라우트 사이의 부착력이 증가하기 때문으로 사료된다. 구속압을 비교한 결과 동일한 인발하중단계에서 스파이럴 볼트의 구속압이 록 볼트보다 크게 나타났다. 이러한 사실은 같은 조건하에 있는 지반이나 암반에 지보재를 설치 할 경우 시공성 측면에서 스파이럴 볼트가 록 볼트보다 지반이나 암반의 안정성을 확보하는데 더 효과적임을 지시한다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 같은 조건하에 있는 지반이나 암반에 지보재를 설치할 경우 새로운 형태의 지보재인 스파이럴 볼트가 기존의 지보재인 록 볼트보다 인발하중과 구속압을 더 크게 발휘하는 것으로 사료된다. 아울러, 지보재에 있어서 경제성, 현장에서의 지보재 시공성 뿐만 아니라 지보재 설치 전후의 지반이나 암반의 안정성 측면 등을 고려할 때 스파이럴 볼트가 록 볼트에 비하여 더 효과적일 것으로 판단된다.
This study is to evaluate an effect of supports with respect to these supports after comparing the characteristic of support between rock bolt of a widely used type and spiral bolt of a new type. For these purposes, we performed pull-out test in laboratory about rock and spiral bolts in the case of ...
This study is to evaluate an effect of supports with respect to these supports after comparing the characteristic of support between rock bolt of a widely used type and spiral bolt of a new type. For these purposes, we performed pull-out test in laboratory about rock and spiral bolts in the case of cement-mortar grout curing periods, 7 and 28 days, then calculated pull-out load, displacement, external pressure, inner pressure and shear stress using data obtained from the results of pull-out test, respectively. In relation between pull-out load and displacement, displacement of spiral bolt is larger than one of rock bolt. It is considered that mechanical property of rock bolt is due to larger than one of spiral bolt. In addition, displacement of supports shows nearly same or decreasing with curing periods. We found that because adhesive force between supports and cement-mortar grout is increasing with compressive strength of grout according to curing periods. The inner pressure of spiral bolt is represented larger than one of rock bolt at a step of same pull-out load. It is suggested that spiral bolt is more stable than rock bolt, maintaining stability of ground or rock mass, when supports are installed in a ground or rock mass under the same condition. Putting together with above results, we can consider that spiral bolt as a new support on an aspect of pull-out load and inner pressure is larger than rock bolt in a ground or rock mass under the same condition. Moreover, spiral bolt is more effective support than rock bolt, considering an economical and constructive aspects of supports, as well as ground or rock stability before or after installing supports.
This study is to evaluate an effect of supports with respect to these supports after comparing the characteristic of support between rock bolt of a widely used type and spiral bolt of a new type. For these purposes, we performed pull-out test in laboratory about rock and spiral bolts in the case of cement-mortar grout curing periods, 7 and 28 days, then calculated pull-out load, displacement, external pressure, inner pressure and shear stress using data obtained from the results of pull-out test, respectively. In relation between pull-out load and displacement, displacement of spiral bolt is larger than one of rock bolt. It is considered that mechanical property of rock bolt is due to larger than one of spiral bolt. In addition, displacement of supports shows nearly same or decreasing with curing periods. We found that because adhesive force between supports and cement-mortar grout is increasing with compressive strength of grout according to curing periods. The inner pressure of spiral bolt is represented larger than one of rock bolt at a step of same pull-out load. It is suggested that spiral bolt is more stable than rock bolt, maintaining stability of ground or rock mass, when supports are installed in a ground or rock mass under the same condition. Putting together with above results, we can consider that spiral bolt as a new support on an aspect of pull-out load and inner pressure is larger than rock bolt in a ground or rock mass under the same condition. Moreover, spiral bolt is more effective support than rock bolt, considering an economical and constructive aspects of supports, as well as ground or rock stability before or after installing supports.
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문제 정의
이 연구에서는 지보재로서 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 록 볼트와 새로운 형태의 지보재인 스파이럴 볼트를 대상으로 (1) 시멘트-모르타르 그라우트의 양생 조건에 따라 실내인발시험을 수행하였다. (2) 시험 결과로 얻은 데이터를 이용하여 하중-변위, 구속압-변위-하중, 내부압-전단응력의 관계를 분석하였다.
제안 방법
따라 실내인발시험을 수행하였다. (2) 시험 결과로 얻은 데이터를 이용하여 하중-변위, 구속압-변위-하중, 내부압-전단응력의 관계를 분석하였다. (3) 이들 관계에서 록 볼트와 스파이럴 볼트사이의 지보특성의 차이점을 살펴본 후, 두 지보재의 지보효과를 비교하였다.
(2) 시험 결과로 얻은 데이터를 이용하여 하중-변위, 구속압-변위-하중, 내부압-전단응력의 관계를 분석하였다. (3) 이들 관계에서 록 볼트와 스파이럴 볼트사이의 지보특성의 차이점을 살펴본 후, 두 지보재의 지보효과를 비교하였다.
KPUT-100)를 사용하였다. 또한 인발로 인하여 연강원통관에 발생하는 응력을 평가하기 위하여 그 표면에 로제트 게이지를 z=100 mm, 190 mm, 280 mm, 370 mm 등의 4개 지점에 부착하였다(Fig. 2(c)).
288:1 인 그라우트를 주입하여 지보재를 고정시켰다. 시멘트-모르타르 그라우트의 양생기간은 실내 및 현징에서 인발시험을 실시할 때 일반적으로 사용하는 7일과 28일의 두 가지 경우를 설정하였다. 공시체의 인공암반인 연강원통관과 그라우트의 물리적 성질 특성은 Table 2에 정리하였다.
인발시험에 의한 연강원통관에 부착된 로제트 게이지 위치(z=100 mm, 190 mm, 280 mm, 370 mm)에 따른 지보재의 구속압과 변위 변화, 그리고 구속압의 분포변화를 양생기간 7일과 28일에 대하여 살펴보았다. RB-25 (7 days)는 변위가 약 8 mm가 발생하기 이전까지는 각 z 지점간의 구속압은 차이가 거의 없었으나 8 mm 이상의 변위가 발생하기 시작하였을 때부터 각각의 z 지점의 구속압은 차이가 나타나기 시작하며 z=100 mm>z= 190 mm>z=280 mm>z=370 mm의 순으로 구속압이높았다(Fig.
인발시험은 Fig. 3에서 보이는 바와 같이 공시체를 공 시체의 축과 시험기의 축이 일치되도록 설치한 다음 0.5 kN정도의 초기하중을 가하여 상하에 있는 고정용지 그를 이용하여 고정시킨 후 인발하중을 서서히 가하면서 시험과 계측을 실시하였다. 인발시험기는 영점조정과 하중속도 조절이 가능한 만능재료시험기(Model No.
지보재인 록 볼트와 스파이럴 볼트의 실내인 발 시험을 수행하여 두 지보재의 지보특성과 지보효과를 비교하였다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다.
DC3100X 이용하여 획득하며 그 값들은 곧바로 컴퓨터에 저장된다. 하중이 작용하면서 발생한 변위는 디지털 변위기(Model No. 543-464B)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
2와 같다. 공시체의 인공암반은 내부직경 69.2 mm, 두께 3.6 mm, 길이 550 mm인 연강원통관으로서 그 내부에 물과 시멘트-모르타르의 혼합비가 0.288:1 인 그라우트를 주입하여 지보재를 고정시켰다. 시멘트-모르타르 그라우트의 양생기간은 실내 및 현징에서 인발시험을 실시할 때 일반적으로 사용하는 7일과 28일의 두 가지 경우를 설정하였다.
볼트는 SS400에 해당된다. 두 지보재의 역학적 성질을 Table 1에 정리한 바와 같이 록 볼트의 크기는 직경이 25 mm이고 스파이럴 볼트는 두께 9 mm, 폭 25 mm이다. 이형봉강 형태인 록 볼트와 나선형 형태인 스파이럴 볼트의 형상은 Fig.
이 연구에서 사용한 록 볼트의 재질은 SD35이고 스파이럴 볼트는 SS400에 해당된다. 두 지보재의 역학적 성질을 Table 1에 정리한 바와 같이 록 볼트의 크기는 직경이 25 mm이고 스파이럴 볼트는 두께 9 mm, 폭 25 mm이다.
이론/모형
인발시험에 의한 원통관 표면의 변형률을 측정하여 그 결과를 기본으로 원통관에 발생한 응력을 계산하고 얇은 원통관이론(Yazici and Kaizer, 1992)을 이용하여 지보재의 구속압을 검토하였다. 인발하중-변형률 관계에서 인발하중이 낮은 단계에서는 선형관계를 보이며, 이는 원통관이 탄성체이며 탄성거동을 보이는 것과 일치한다.
성능/효과
6에 나타내었다 Fig. 6(a)에서 보이는 바와 같이 양생기간 7일의 경우 시험을 시작한 후 두 지보재 모두 완만한 경향을 보이다가록 볼트는 인발하중이 변위가 12.5 mm지점인 198 kN 까지 급격하게 증가하다 그 이후로 완만하게 증가하는 경향을 보였다. 인발하중-변위 곡선에서 알 수 있듯이록 볼트의 최대변위는 18.
록 볼트는 최대내부압이 H.5 GPa에서 최대전단응력 9.6 MPa, 스파이럴 볼트는 최대내부압이 28.1 GPa 에서 최대전단응력 12.1 MPa를 보인 반면, 양생기간 28 일의 경우 록 볼트는 최대내부압이 22.9 GPa에서 최대전단응력 10.2 MPa, 스파이럴 볼트는 최대내부압이 43.0 GPa에서 최대전단응력 12.2 MPa를 보였다.
30이다. 그라우트의 물리적 성질은 인발시험용 공시체와 같은 시기에 제작한 원주형 시험편을 이용하여 일축 압축시험을 각각 5회 실시하여 그 평균값을 택하였다 시멘트꼬르타르 그라우트에 있어서 일축압축강도, 영률 및 포아송비는 양생기간 7일의 경우 24.76 MPa, 28.18 GPa, 0.27이며, 28일의 경우 36.97 MPa, 42.27 GPa, 0.25로 나타났다.
또한 같은 조건하에 있는지 반이나 암반에 지보재를 설치할 경우 새로운 형태의 지보재인 스파이럴 볼트가 기존의 지보재인 록 볼트보다 인발하중과 구속압을 더 크게 발휘하는 것으로 사료된다. 아울러, 지보재에 있어서 경제성, 현장에서의 지보재 시공성 뿐만 아니라 지보재 설치 전후의 지반이나 암반의 안정성 측면 등을 고려할 때 스파이럴 볼트가록 볼트에 비하여 더 효과적일 것으로 판단된다.
3배 큼을 보인다. 역학적 성질인 신장률은 스파이럴 볼트가 록 볼트보다 2배 높은 반면 항복하중과 인발하중은 록 볼트가 스파이럴 볼트보다 각각 3.7배와 3.5배 높게 나타났다. 즉, 두 지보재의 역학적 성질은 신장률을 제외한 항복 하중과 인발하중에서 단면적이 큰 록 볼트가 스파이럴 볼트보다 높게 나타났다.
이상의 결과들을 종합해 볼 때, 지보재의 지보특성은그라우트 재료의 양생기간과 지보재의 형상에 따라서 다르게 나타남을 알 수 있다. 또한 같은 조건하에 있는지 반이나 암반에 지보재를 설치할 경우 새로운 형태의 지보재인 스파이럴 볼트가 기존의 지보재인 록 볼트보다 인발하중과 구속압을 더 크게 발휘하는 것으로 사료된다.
5배 높게 나타났다. 즉, 두 지보재의 역학적 성질은 신장률을 제외한 항복 하중과 인발하중에서 단면적이 큰 록 볼트가 스파이럴 볼트보다 높게 나타났다.
3 GPa의 구속압을 보였다. 즉, 스파이럴 볼트가 록 볼트보다 약 1.9배 (28일)~2.4배(7일) 정도 큰 구속압이 작용한 것으로 나타났다. 지보재 구속압은 양생기간의 증가할수록 증가하는 비례관계에 있음을 알 수 있다.
내부압-전단응력 곡선에서 알 수 있듯이 내부압은 양생기간의 증가와 함께 증가하는 경향을 보인 반면, 전단응력의 경우 뚜렷한 특징을 보이지 않는다. 지보재와 그라우트 사이의 내부압은 스파이럴 볼트가 록 볼트보다 더 크게 작용한 것으로 나타났다.
첫째, 인발하중변위 관계에서 양생기간 7일에 대한록 볼트의 최대변위는 18.3 mm, 최대인발하중은 226.4 kN, 스파이럴 볼트의 최대변위는 20.9 mm, 최대인 발 하중은 285.6 kN인 반면, 양생기간 28일의 경우 록 볼트의 최대변위는 14.0 mm, 최대인발하중은 240.1 kN, 스파이럴 볼트의 최대변위는 19.1 mm이고 최대인 발 하중은 287.1 kN로 나타났다. 즉, 양생기간이 길 경우 두 지보재의 변위는 거의 동일하거나 감소하는 경향을 보였는데, 그 원인은 양생기간에 따라 그라우트의 압축강도가 증가하므로 지보재와 그라우트 사이의 부착력이 증가하기 때문으로 사료된다.
참고문헌 (13)
김낙경, 2001, 인장형 앵커와 압축형 행커의 하중전이에 관한 연구, 한국지반공학회지, 17, 59-68
김래현, 이기환, 이우진, 김대규, 김낙경, 2002, 현장시험에 의한 그라운드 앵커 시스템의 크리프 및 단기거동 특성 연구, 대한토목학회지, 22, 585-594
Bawden, W.F., Hyett, AJ. and Lausch, P., 1992, An experimental procedure for the in situ testing of cable bolts, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 29, 525 -533
Dally, W. and Riley, F., 1991, Experimental stress analysis, 3rd ed., McGraw-Hill, 311-340
Hirata, A., Kokaji, S., Kang, S.S. and Goto, G., 2005, Study on the estimation of the axial resistance of spiral bar based on interaction with ground, Journal of the Mining and Materials Processing Institute of Japan, MMIJ, 121, 370-377
Hudson, J.A,. 1989, Rock mechanics principles in engineering practice, CIRlA, London, 40-47
Hyett, A.J., Bawden, W.F., Macsporran, G.R. aod Moosavi, M., 1995, A constitutive law for bond failure of fully-grouted cable bolts using a modified Hoek cell, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 32, 11-36
Indraratna, B. and Kaiser, P.K., 1990, Design for grouted rock bolts based on the convergence control method, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 27, 269-281
Ito, F., Nakahara, F., Kawano, R., Kang, S.S. and Obara, y., 2001, Visualization of failure in a pull-out test of cable bolts using X-ray CT, Construction and Building Materials, 15, 263-270
Jeng, F.-S. and Huang, T.-H., 1999, The holding mechanism of under-reamed rockbolts in soft rock, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 36, 761-775
Oreste, P.P. and Peila, D., 1996, Radial passive rock bolting in tunnelling design with a new convergence -confinement model, International Journal of Rock Mechanics aod Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 33, 443-454
Tannaot, D.O., Brummer, R.K. and Vi, X., 1995, Rockbolt behavior under dynamic loading: Field tests and modeling, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 32, 537-550
Yazici, S. and Kaizer, P.K., 1992, Bond strength grouted cable bolts, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 29, 279-292
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