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Mohr-Coulomb 파괴곡면에 근사하는 암석의 3차원 파괴조건식 고찰
Study on a 3-Dimensional Rock Failure Criterion Approximating to Mohr-Coulomb Surface 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.21 no.2 = no.91, 2011년, pp.93 - 102  

이연규 (군산대학교 해양건설공학과)

초록
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암석의 파괴조건식으로 Mohr-Coulomb 및 Hoek-Brown 함수가 널리 이용되고 있으나 이들 함수는 중간주 응력을 고려할 수 없다는 단점이 있다. 최근의 연구결과에 의하면 암석의 파괴강도는 중간주응력의 크기에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 주요 암반구조물의 안전설계를 위해서는 중간주응력이 고려된 3차원 암석파괴조건식이 도입될 필요성이 있다. 이 연구에서는 주응력좌표계의 자오면에서 선형으로 나타나며 또한 Mohr-Coulomb 파괴곡면의 모서리에 부드럽게 접하는 3차원 파괴함수인 Jiang & Pietruszczak(1988) 함수가 암석의 진삼축압축강도 예측에 활용될 수 있는 가능성에 대하여 논의하였다. Jiang & Pietruszczak 함수를 이용하여 실제 진삼축압축시험 결과를 모사함으로써 이 함수의 성능을 평가하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In spite of being unable to take into the effect of intermediate principal stress, Mohr-Coulomb and Hoek-Brown criteria are very popular as rock failure criteria. The recent researches reveal that the influence of intermediate principal stress on the failure strength of rock is substantial, so that ...

주제어

#중간주응력   #진삼축압축시험   #암석의 파괴조건   #Mohr-Coulomb 파괴조건  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 암석의 진삼축압축강도 예측을 위한 Jiang & Pietruszczak 파괴함수의 적용성을 검토하기 위하여 여러 문헌에 보고된 진삼축압축시험 결과를 모사하였다.
  • 이 연구에서는 Jiang & Pietruszczak(1988)가 제안한 3차원 파괴조건식의 적용성이 검토되었다.
  • 이 연구에서는 기존의 파괴함수와 비교 분석을 통하여 암석 파괴강도 예측을 위한 Jiang & Pietruszczak 함수의 활용 가능성을 평가하였다.
  • 이 연구에서는 암석의 진삼축압축강도 예측을 위한 Jiang & Pietruszczak(1988)의 3차원 파괴함수 적용성이 검토되었다.

가설 설정

  • 여기서 내부마찰각은 Φ = 38°, 일축압축강도는 σc = 50 MPa로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
큰 지압이 작용하는 심부조건에서 암반의 파괴는 무엇에 영향을 받는가? 양수발전소, 방사성폐기물 처분장, 유류비축기지 등대심도 암반구조물의 건설이 최근 국내외적으로 활발히 진행됨에 따라 대심도 3차원 지압조건에서 암석의 파괴 특성을 규명하려는 연구가 많은 관심을 끌고 있다. 천부 조건에서 암반의 파괴는 구조적 불연속면의 분포특성에 좌우되는 경향이 있는 반면 큰 지압이 작용하는 심부조건에서 암반의 파괴는 응력의 크기와 분포특성에 직접적으로 영향을 받는다. 그러므로 심부 암반구조물 건설을 위한 설계기술 확보를 위해서는 3차원 응력조건에서 암반의 파괴특성을 정확히 이해해야할 필요가 있다.
대표적인 파괴함수인 Mohr-Coulomb 함수와 Hoek-Brown 함수의 특징은 무엇인가? Mohr-Coulomb 함수와 Hoek-Brown 함수(Hoek & Brown, 1980)는 암석역학 분야에서 널리 적용되고 있는 대표적인 파괴함수이다. 이 두 함수는 최소 및 최대주응력을 이용하여 암석의 파괴를 판단하며 중간주응력을 고려하지 않는 불완전한 2차원 파괴함수이다. 진삼축압축시험(true triaxial compression test)에 의하면 중간주응력의 크기도 암석의 파괴강도에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다(Mogi, 1967, Mogi, 1971, Chang & Haimson, 2000a,b).
3차원 응력조건에서 암반의 파괴특성을 정확히 이해해야하는 이유는 무엇인가? 천부 조건에서 암반의 파괴는 구조적 불연속면의 분포특성에 좌우되는 경향이 있는 반면 큰 지압이 작용하는 심부조건에서 암반의 파괴는 응력의 크기와 분포특성에 직접적으로 영향을 받는다. 그러므로 심부 암반구조물 건설을 위한 설계기술 확보를 위해서는 3차원 응력조건에서 암반의 파괴특성을 정확히 이해해야할 필요가 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Al-Ajmi, A.M and Zimmerman, R.W., 2005, Relation between the Mogi and the Coulomb failure criteria, Int J. Rock Mech. Min. Sci., 42, 431-439. 

  2. Chang, C. and Haimson, B.C., 2000a, A new true triaxial cell for testing mechanical properties of rock and its use to determine rock strength and deformability of Westerly granite, Int J. Rock Mech. Min. Sci., 37, 285-296. 

  3. Chang, C. and Haimson, B.C., 2000b, True triaxial strength and deformability of the German Continental deep drilling program (KTB) deep hole amphibolite, J. Geophys. Res., 105, 18999-19013. 

  4. Colmenares, L.B. and Zoback, M.D., 2002, A statistical evaluation of intact rock failure criteria constrained by polyaxial test data for five different rocks, Int J. Rock Mech. Min. Sci., 39, 695-729. 

  5. Drucker, D. and Prager, W., 1952, Soil mechanics and plastic analysis or limit design. Q. Appl. Math., 10, 157-.65. 

    상세보기 crossref

  6. Drucker, D., 1959, A definition of stable inelastic material, J. Appl. Mech., 26, 101-106. 

  7. Ewy, R., 1999, Wellbore-stability predictions by use of a modified Lade criterion. SPE Drill Completion, 14(2), 85-91. 

    상세보기 crossref

  8. Hoek, E. and Brown, E.T., 1980, Underground excavation in rock, Institute of Mining and Metallurgy, London. 

  9. Jiang, J. and Pietruszczak, S., 1988, Convexity of yield loci for pressure sensitive materials, Comput. Geotech., 5, 51-63 

    상세보기

  10. Mogi K., 1967, Effect of the intermediate principal stress on rock failure, J. Geophys. Res., 72, 5117-5131. 

  11. Mogi, K., 1971, Fracture and flow of rocks under high triaxial compression. J. Geophys. Res., 76, 1255-1269. 

  12. Mogi, K., 2007, Experimental rock mechanics, Taylor & Francis. 

  13. Pietruszczak, S., 2010, Fundamentals of plasticity in geomechanics, CRC Press. 

  14. Takahashi, M. and Koide, H., 1989, Effect of the intermediate principal stress on strength and deformation behavior of sedimentary rocks at the depth shallower than 2000m, Rock at great depth (V. Maury & D. Fourmaintraux Ed.), Vol 1, 19-26. 

  15. Zhou, S., 1994, A program to model the initial shape and extent of borehole breakout. Comput. Geosci., 20, 1143-1160. 

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