선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이 연구는 터널내부 또는 노천의 현장상태 암반에서 암반역학시험을 수행할 수 있는 직접전단시험기를 설계･제작하는 데에 중점을 두었으며, 본고는 새로이 설계･제작된 현장직접전단시험기의 제원, 특징 및 현장적용성 파악에 대한 내용을 수록하였다.
가설 설정
- 이 연구에서는 각각의 수직하중 단계별로 전단과정이 종료되면 전단된 상부 상자를 원위치 시킨 후 동일 수직하중으로 재전단하는 방식이 적용되었다. 전단된 상태에서 재전단하는 경우는 당김(pull) 재하를 가정한 시험이다. Fig.
제안 방법
- 연구지역에서 선형조사선을 설치하고 트레이스 멥핑에 의한 절리자료를 토대로 절리암반의 절리분포 특성이 파악되었다. 이를 위하여 절리분포 특성을 정밀하게 기술하는 데 필요한 절리의 방향성, 간격, 연속성, 간극, 충전물, 거칠기 등과 블록형태, 블록크기분포, 절리면의 상태 등에 대한 심도 있는 평가가 수행되었다.
- 이 연구는 한 개의 공시체에 파괴면을 달리 가정한 면에 개별적으로 수직하중을 가하는 방식으로 현장직접전단시험 방법을 개선하였으며 더불어 터널 내부뿐만 아니라 노천･개착 현장에서도 시험을 수행할 수 있도록 현장전단시험기를 설계하고 원형을 제작하였다.
- 이 연구에서는 각각의 수직하중 단계별로 전단과정이 종료되면 전단된 상부 상자를 원위치 시킨 후 동일 수직하중으로 재전단하는 방식이 적용되었다. 전단된 상태에서 재전단하는 경우는 당김(pull) 재하를 가정한 시험이다.
- 절리간격 및 절리선 반길이에 대한 확률분포 모델로 음지수, 감마 및 대수정규 분포가 모두 적합한 것으로 분석되었다. 이들 통계분포를 도출하기 위해서 절리간격과절리선 반길이에 관계된 자료왜곡을 보정하였다. 방향성 분석에 의한 각 절리군의 방향분포와 간격 및 빈도 분석에 의한 간격분포를 사용하여 몬테칼로 시뮬레이션에 의해 암석 블럭을 모사한 후, 생성된 개별 블록의 체적을 계산하면 연구지역에 대한 암석블록의 체적분포가 추정될 수 있다(Wang et al.
- 연구지역에서 선형조사선을 설치하고 트레이스 멥핑에 의한 절리자료를 토대로 절리암반의 절리분포 특성이 파악되었다. 이를 위하여 절리분포 특성을 정밀하게 기술하는 데 필요한 절리의 방향성, 간격, 연속성, 간극, 충전물, 거칠기 등과 블록형태, 블록크기분포, 절리면의 상태 등에 대한 심도 있는 평가가 수행되었다. 조사 자료에 대한 방향성 분석 결과 연구지역은 높은 변동성을 갖는 4개의 절리군이 분포하는 것으로 해석되었다.
- 하중프레임 시스템에 대해서는 다양한 프레임 구조에 대한 3차원 유한요소 모델을 구성하여 구조해석이 수행되었다(김용필, 2007). 일정변위 제어장치는 DC 모터의 회전운동을 렉기어(rack gear)를 이용하여 왕복운동으로 전환하여 핸드펌프 2대에 연결하는 방식을 취했다. 성능시험 결과 시간-변형량 관계가 직선임이 확인되었다.
- 지질공학적으로 암석의 풍화와 관련하여 단층 및 절리 구간에 협재되어 산출되는 점토광물은 물의 침투에 의한 팽창성으로 인하여 암반의 안정성에 영향을 미치는 주요 요인으로 작용할 수 있다. 특히, 점토광물은 풍화산물로서 암석의 풍화정도를 지시하기도 하므로, 단층 주변암의 조성과 관련하여 점토광물의 함유여부 및 함유량을 정량적으로 분석하고자 X-선 회절분석이 수행되었다. 현장에서 채취된 점토 시료는 상온에서 자연건조시켜 아게이트 몰탈을 이용하여 분말화하여 분석을 실시하였다.
- 특히, 점토광물은 풍화산물로서 암석의 풍화정도를 지시하기도 하므로, 단층 주변암의 조성과 관련하여 점토광물의 함유여부 및 함유량을 정량적으로 분석하고자 X-선 회절분석이 수행되었다. 현장에서 채취된 점토 시료는 상온에서 자연건조시켜 아게이트 몰탈을 이용하여 분말화하여 분석을 실시하였다. Table 2는 X-선 회절계에 의한 회절기록에 근거하여 점토광물의 종류를 분류한 결과이다.
대상 데이터
- 개발된 현장직접전단시험기의 현장적용성을 파악하기 위하여 전술한 방법으로 현장에서 350×350×430 mm 규모의 TB(TB-1, TB-2) 2개가 형성되었다.
- 공시체는 각주형의 블록으로 최대 크기는 400×400×460 mm이다.
- 록볼트(D25.4) 장착을 위한 천공은 신커드릴 (sinker drill)을 사용하였으며 장착공의 제원은 D52×L2500 mm이다.
- 연구지역은 분산-울산 고속국도(2008. 12 개통) 건설현장의 일부 구간인 부산광역시 기장군 장안읍 명례리 일대이다. 이 현장은 심한 열수변질의 영향으로 주로 백색 내지 담홍색을 띠는 백악기 화산암이 분포하며 일광단층의 영향으로 절리 발달 및 파쇄 정도가 심하고, 부분적으로 열수의 영향으로 산화되어 적색을 띠는 부분도 관찰된다(Fig.
- 24 MPa로 나타났다. 이 연구에서는 8개의 록볼트를 설치하여 총 하중 500 kN이상을 확보하였다. 여기서, 인발시험 시 록볼트 시스템의 최대 수직 변형량은 1.
- 수직하중은 록볼트의 인발저항력을 이용하며 일정하중 제어장치로 제어된다. 하중프레임을 이루는 주재료는 SM570으로서 강종은 용접구조용 압연강재(KS D 3515)이다.
- 현장직접전단시험기의 주요 구성은 전단하중 반력판 1 & 2 및 하중 전달판, 유압실린더, 로드셀, 다단계 전단상자, 전단상자고정장치, 수직하중 반력판 및 하중전달판, 마찰저항 감소용 롤러 등이다.
이론/모형
- 현장상태로 공시체를 형성해서 현장에서 시험하는 것이 가능하다면 강도정수 산정의 불확실성을 줄일 수 있고, 또한, 시험결과의 신뢰도가 높아질 수 있으므로 암반구조물의 설계, 시공, 감리 및 유지에 최적의 기본 정보가 제공될 수 있을 것이다. 전단강도와 관련된 현장상태 암석의 강도정수 산정은 갱도에서 공시체를 형성하여 직접전단시험을 수행하는 방식의 표준시험법(ASTM D 4554-02(2006))을 적용할 수 있다. 이와 같은 시험법을 응용한 연구 업적(Ishida et al.
성능/효과
- Test block의 크기가 ASTM의 추천치보다 작더라도 현장시험으로 강도정수를 구할 수있다면 설계, 시공, 감리 및 사후관리에 불확실성이 경감된 최적의 자료가 제공될 수 있을 것이다. 개발된 현장직접전단시험기는 경량화, 이동성 및 내구성을 추구하였으며 터널에서는 물론 open-cut 현장에서도 시험이 가능하다. 또한 수직응력을 재하하는데 사용되는 수직반력판, 록볼트 시스템 및 유압실린더 시스템은 풍화 및 파쇄암반에 대한 평판재하시험 또는 일축압축시험에 적용할 수 있다.
- 이 연구를 통하여 새로이 설계･제작된 현장직접전단시험기는 상당한 기간 동안 수많은 시행착오를 해결하며 수정･보완을 거처 완성하였다. 개발된 현장직접전단시험기는 현장상태 암석의 전단강도에 대한 정보를 제공할 수있는 성능을 확보하였다. Test block의 크기가 ASTM의 추천치보다 작더라도 현장시험으로 강도정수를 구할 수있다면 설계, 시공, 감리 및 사후관리에 불확실성이 경감된 최적의 자료가 제공될 수 있을 것이다.
- 따라서 링커터, 절삭 및 연마 겸용 소형 소우, 햄머, 정, 체인쏘우 등을 사용하여 TB를 중심으로 W1500×L2000 mm의 공간이 확보되었다(Fig.
- 연구지역에 노출된 암반은 지질공학적으로 매우 취약하며 이는 지질학적 관점과도 일치한다. 따라서 연구지역은 개발된 현장직접전단시험기의 현장적용성을 파악하기 위한 장소로 매우 적합하다고 판단된다.
- 일정변위 제어장치는 DC 모터의 회전운동을 렉기어(rack gear)를 이용하여 왕복운동으로 전환하여 핸드펌프 2대에 연결하는 방식을 취했다. 성능시험 결과 시간-변형량 관계가 직선임이 확인되었다. 일정하중 제어장치는 에어컴프레서, 레귤레이터 및 ADLP(air driven liquid pump) 등으로 구성되는데, 5 MPa 이하의 설정압에서 70분 동안 정압유지 오차는 -0.
- 4) 장착을 위한 천공은 신커드릴 (sinker drill)을 사용하였으며 장착공의 제원은 D52×L2500 mm이다. 연구지역의 암반에 대한 록볼트의 인발시험 결과 부착응력(bond strength)은 0.24 MPa로 나타났다. 이 연구에서는 8개의 록볼트를 설치하여 총 하중 500 kN이상을 확보하였다.
- 이 연구를 통하여 새로이 설계･제작된 현장직접전단시험기는 상당한 기간 동안 수많은 시행착오를 해결하며 수정･보완을 거처 완성하였다. 개발된 현장직접전단시험기는 현장상태 암석의 전단강도에 대한 정보를 제공할 수있는 성능을 확보하였다.
- 270 m3로 산정되었다. 전체 블록 중 70%가 0.216 m3 이하의 작은 블록에 해당함을 알 수 있으며, 26%가 0.008 m3이하의 매우 작은 블록으로 구성된다. 블록의 크기분포에 대한 해석결과는 연구지역의 암반 등급이 매우 낮을 수 있음을 시사한다.
- 조사 자료에 대한 방향성 분석 결과 연구지역은 높은 변동성을 갖는 4개의 절리군이 분포하는 것으로 해석되었다. 절리간격 및 절리선 반길이에 대한 확률분포 모델로 음지수, 감마 및 대수정규 분포가 모두 적합한 것으로 분석되었다. 이들 통계분포를 도출하기 위해서 절리간격과절리선 반길이에 관계된 자료왜곡을 보정하였다.
- 이를 위하여 절리분포 특성을 정밀하게 기술하는 데 필요한 절리의 방향성, 간격, 연속성, 간극, 충전물, 거칠기 등과 블록형태, 블록크기분포, 절리면의 상태 등에 대한 심도 있는 평가가 수행되었다. 조사 자료에 대한 방향성 분석 결과 연구지역은 높은 변동성을 갖는 4개의 절리군이 분포하는 것으로 해석되었다. 절리간격 및 절리선 반길이에 대한 확률분포 모델로 음지수, 감마 및 대수정규 분포가 모두 적합한 것으로 분석되었다.
- 10 (a)와 (b)는 일정수직응력에 따른 전단변위와 전단강도의 관계인데, 각각의 수직응력 단계별 최대전단강도는 재전단 시료보다 원상태 시료가 더 높게 나타났다. 최대전단강도에 이르는 전단변형률은 원상태 시료가 3~4%, 재전단 시료가 3.5%~4.5% 로서재전단 시료가 항상 높게 나타났다. Fig.
후속연구
- 개발된 현장직접전단시험기는 현장상태 암석의 전단강도에 대한 정보를 제공할 수있는 성능을 확보하였다. Test block의 크기가 ASTM의 추천치보다 작더라도 현장시험으로 강도정수를 구할 수있다면 설계, 시공, 감리 및 사후관리에 불확실성이 경감된 최적의 자료가 제공될 수 있을 것이다. 개발된 현장직접전단시험기는 경량화, 이동성 및 내구성을 추구하였으며 터널에서는 물론 open-cut 현장에서도 시험이 가능하다.
- 1에서와 같이 갱도 천단부에 부착된 강화 콘크리트 패드에 의한 반력으로 현장의 공시체에 수직하중을 유지하면서 수평하중을 경사방향으로 재하하는 방식이다. 이러한 시험 방법은 갱도의 내벽이 전단 및 수직하중에 대한 반력 지지대로 사용 가능할 경우로 제한된다. Rocha(1964)는 다양한 수직 하중 조건에서 현장직접전단시험을 수행하여 강도정수를 제시한 바 있다(Table 1).
- 또한 수직응력을 재하하는데 사용되는 수직반력판, 록볼트 시스템 및 유압실린더 시스템은 풍화 및 파쇄암반에 대한 평판재하시험 또는 일축압축시험에 적용할 수 있다. 향후 다양한 현장에 대한 사례연구가 더욱 많이 축적된다면 기존에 사용되고 있는 강도규준이나 RMR 또는 GSI 등을 이용한 암반의 강도정수 추정과 비교하여 진일보된 상호보완적 연구가 촉진될 수 있다고 사료된다.
- 현장상태로 공시체를 형성해서 현장에서 시험하는 것이 가능하다면 강도정수 산정의 불확실성을 줄일 수 있고, 또한, 시험결과의 신뢰도가 높아질 수 있으므로 암반구조물의 설계, 시공, 감리 및 유지에 최적의 기본 정보가 제공될 수 있을 것이다. 전단강도와 관련된 현장상태 암석의 강도정수 산정은 갱도에서 공시체를 형성하여 직접전단시험을 수행하는 방식의 표준시험법(ASTM D 4554-02(2006))을 적용할 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.