[논문]평면이방성 암석의 단일시험편에서 탄성상수 결정에 제안된 수식들의 적용연구

박철환; 박찬; 정용복; 박의섭

[국내논문] 평면이방성 암석의 단일시험편에서 탄성상수 결정에 제안된 수식들의 적용연구
Application of Suggested Equations to determine the Elastic Constants of A Transversely Isotropic Rock from Single Specimen 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.20 no.3 = no.86, 2010년, pp.153 - 168

박철환 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) , 박찬 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) , 정용복 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부) , 박의섭 (한국지질자원연구원 지구환경연구본부)

초록
AI-Helper

단일시험편의 일축압축시험에서 평면이방성 암석의 5개의 독립적 탄성상수를 얻기 위하여 제 5의 수식이 반드시 필요하다. Saint-Venant에 의하여 제안된 근사식은 오랫동안 전통적으로 사용되어 왔지만 시험편의 특성에 따라 문제를 해결하지 못하는 경우가 있다. 지난 일련의 연구에서 이 식을 대체할 수 있는 3개의 수식이 제안되었으며, 모델연구를 통하여 이들은 적용가능한 수식으로 밝혀졌다. Saint-Venant 근사식은 제안된 식들 가운데 첫째식과 같은 것으로 밝혀졌는데, 이로서 겉보기 탄성계수는 이방성각도에 따른 단조증가함수라는 특성이 있다. 본 연구에서는 단일시험편에 대한 일축압축시험을 수행하여 얻어진 4개의 독립적 변형률로부터 탄성상수를 구하는 자세한 방법이 언급되었으며, 제안된 수식의 필요성과 적합성이 검토되었다. 이방성각도가 중간 또는 큰 크기일 때에는 Saint-Venant 근사식의 적용으로 참값에 가까운 탄성상수를 결정할 수 있기 때문에 다른 수식의 제안은 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고 제안된 식들은 이와 비슷한 결과를 유도하므로 적용가능하다고 판단된다. 이방성각도가 작은 경우에는 Saint-Venant 근사식으로 일반적인 여러 구속조건을 만족시키는 값을 얻지 못하는 반면에, 제안된 식들은 참값에 가까운 결과를 유도할 수 있었다. 따라서 보다 더 적합한 수식이 알려지기 전에는 이들 식을 적용하는 것을 제안한다. 모델연구에서 얻어진 지침도를 활용하면, 3개의 수식 가운데 가장 적합한 수식을 결정할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

A fifth equation is required to determine the five independent elastic constants of a transversely isotropic rock from compression test of a single specimen. As an approximation proposed by Saint-Venant has been used for long time, it may cause an erroneous result in some cases, especially for specimen with low angle of anisotropy. Three equations were suggested replacing this traditional equation and proved to be applicable by the model analysis in the previous studies. As Saint-Venant's approximation is turned out the same as the first one of them, it has the characteristics that the apparent Young's modulus is monotonously increasing according to the anisotropic angle. The methodology to analyze the elastic constants from four independent strain measurements by uniaxial compressive test of a single standard specimen is concisely described, and the necessity and compatibility of new suggested equations are discussed. Saint-Venant's approximation can determine the elastic constants close to true values and other equations may be unnecessary in specimens with medium to large angle. Nevertheless, they may become applicable because they can produce the almost same amount. For the specimens of small angle of anisotropy, Saint-Venant's approximation may result in out of general ranges or thermodynamic constraints, but other suggested equations can produce the almost true value. Thus they can be applied before other alternative equation is known. The guide map constructed by model study may decide the most compatible one of the three equations.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	철도와 도로 산업의 특징은 무엇인가?	국가의 기간산업인 철도와 도로는 고속화를 달성하기 위하여 직선화로 설계되어 많은 구간이 터널로 계획되면서 심부 암반내에 건설되고 있으며, 세계적인 에너지 위기상황과 관련하여 대규모 지하공간의 구축사업도 활발하다. 암반구조물의 안정성 설계는 암반내에 존재하는 절리의 특성이나 지하수의 유동에 의하여 크게 좌우되며, 암석 자체가 갖는 역학적 특성도 주요한 요소이다.
	암반구조물의 안정성 설계에서 중요한 요소는 무엇인가?	국가의 기간산업인 철도와 도로는 고속화를 달성하기 위하여 직선화로 설계되어 많은 구간이 터널로 계획되면서 심부 암반내에 건설되고 있으며, 세계적인 에너지 위기상황과 관련하여 대규모 지하공간의 구축사업도 활발하다. 암반구조물의 안정성 설계는 암반내에 존재하는 절리의 특성이나 지하수의 유동에 의하여 크게 좌우되며, 암석 자체가 갖는 역학적 특성도 주요한 요소이다. 이 때 암석의 이방성 특성은 암석 및 암반의 주요 인자로 작용할 경우가 많다.
	이방성이란 어떤 특성인가?	일반적으로 암반은 구성하고 있는 입자 또는 조직의 배열에 따라 방향성을 갖고 있으며, 층리와 절리 등이 복잡하게 구성된 경우 방향에 따라 역학적 특성이 달라진다. 이러한 특성을 이방성이라 하며, 이때 조직배열이 평면(planar texture)을 형성하고 있거나 층리나 편리 등이 한 개의 방향으로 발달되어 있는 암반을 평면이방성 또는 횡등방성(transverse isotropy) 암반이라 한다.

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