발파진동 안정성 평가는 일반적으로 발파 진동추정식을 통해 최대진동속도(PPV)를 산정하고 추정된 속도 값과 법규 혹은 기준에 제시된 허용 기준 값을 비교하여 안정성 여부를 판단한다. 현장 고유의 발파 진동추정식은 시험 발파의 횟수, 대상지반의 지질학적 구조와 발파 조건에 따라 달라지기 때문에 이 식을 통해 정확한 응답 값을 예측하는 것은 한계가 있다. 또한 최대진동속도는 지반에 예상되는 응답 값으로 구조물에 대한 직접적인 평가는 불가능하다. 이와 같은 한계점으로 인해 발파 진동에 대한 구조물의 정밀한 안정성을 평가할 경우 엔지니어들은 상용화된 수치해석 프로그램을 이용한다. 하지만 폭발로 인해 발생하는 발파공 주변 암반의 복합적인 상태변화(파쇄, 분쇄, 균열, 소성변형)를 기존 수치해석 프로그램으로 정확히 모델링 하기가 쉽지 않다. 만약 이러한 일련의 과정을 모사할 경우 절점 수의 제한으로 인해 모델링이 가능한 범위가 한정적이고 긴 연산시간이 소요된다. 따라서, 본 연구에서는 폭발로 발생하는 암반의 복합적 상태변화 과정을 모사하지 않고 파쇄영역 이후 탄성에너지 전파만을 모사하는 해석 방법에 대한 연구를 수행하였으며, 이때 파쇄영역의 형상 및 크기에 따른 속도의 응답특성을 분석하였다. 그 결과 폭원 주변에서는 설정되는 파쇄영역에 따라 계산된 속도의 크기 및 감쇠에 차이를 보였다. 전파되는 진동은 폭원으로부터 멀어질수록 구형으로 확산되는 것으로 나타났다.
발파진동 안정성 평가는 일반적으로 발파 진동추정식을 통해 최대진동속도(PPV)를 산정하고 추정된 속도 값과 법규 혹은 기준에 제시된 허용 기준 값을 비교하여 안정성 여부를 판단한다. 현장 고유의 발파 진동추정식은 시험 발파의 횟수, 대상지반의 지질학적 구조와 발파 조건에 따라 달라지기 때문에 이 식을 통해 정확한 응답 값을 예측하는 것은 한계가 있다. 또한 최대진동속도는 지반에 예상되는 응답 값으로 구조물에 대한 직접적인 평가는 불가능하다. 이와 같은 한계점으로 인해 발파 진동에 대한 구조물의 정밀한 안정성을 평가할 경우 엔지니어들은 상용화된 수치해석 프로그램을 이용한다. 하지만 폭발로 인해 발생하는 발파공 주변 암반의 복합적인 상태변화(파쇄, 분쇄, 균열, 소성변형)를 기존 수치해석 프로그램으로 정확히 모델링 하기가 쉽지 않다. 만약 이러한 일련의 과정을 모사할 경우 절점 수의 제한으로 인해 모델링이 가능한 범위가 한정적이고 긴 연산시간이 소요된다. 따라서, 본 연구에서는 폭발로 발생하는 암반의 복합적 상태변화 과정을 모사하지 않고 파쇄영역 이후 탄성에너지 전파만을 모사하는 해석 방법에 대한 연구를 수행하였으며, 이때 파쇄영역의 형상 및 크기에 따른 속도의 응답특성을 분석하였다. 그 결과 폭원 주변에서는 설정되는 파쇄영역에 따라 계산된 속도의 크기 및 감쇠에 차이를 보였다. 전파되는 진동은 폭원으로부터 멀어질수록 구형으로 확산되는 것으로 나타났다.
In evaluation of blast-induced vibration, peak particle velocity (PPV) is generally calculated by using attenuation relation curve. Calculated velocity is compared with the value in legal requirements or the standards to determine the stability. Attenuation relation curve varies depending on frequen...
In evaluation of blast-induced vibration, peak particle velocity (PPV) is generally calculated by using attenuation relation curve. Calculated velocity is compared with the value in legal requirements or the standards to determine the stability. Attenuation relation curve varies depending on frequency of test blasting, geological structure of the site and blasting condition, so it is difficult to predict accurately using such an equation. Since PPV is response value from the ground, direct evaluation of the structure is impractical. Because of such a limit, engineers tend to use the commercial numerical analysis program in evaluating the stability of the structure more accurately. However, when simulate the explosion process using existing numerical analysis program, it's never easy to accurately simulate the complex conditions (fracture, crushing, cracks and plastic deformation) around blasting hole. For simulating such a process, the range for modelling will be limited due to the maximum node count and it requires extended calculation time as well. Thus, this study is intended to simulate the elastic energy after fractured zone only, instead of simulating the complex conditions of the rock that results from the blast, and the analysis of response characteristics of the velocity depending on shape and size of the fractured zone was conducted. As a result, difference in velocity and attenuation character were calculated depending on fractured zone around the blast source appeared. Propagation of vibration tended to spread spherically as it is distanced farther from the blast source.
In evaluation of blast-induced vibration, peak particle velocity (PPV) is generally calculated by using attenuation relation curve. Calculated velocity is compared with the value in legal requirements or the standards to determine the stability. Attenuation relation curve varies depending on frequency of test blasting, geological structure of the site and blasting condition, so it is difficult to predict accurately using such an equation. Since PPV is response value from the ground, direct evaluation of the structure is impractical. Because of such a limit, engineers tend to use the commercial numerical analysis program in evaluating the stability of the structure more accurately. However, when simulate the explosion process using existing numerical analysis program, it's never easy to accurately simulate the complex conditions (fracture, crushing, cracks and plastic deformation) around blasting hole. For simulating such a process, the range for modelling will be limited due to the maximum node count and it requires extended calculation time as well. Thus, this study is intended to simulate the elastic energy after fractured zone only, instead of simulating the complex conditions of the rock that results from the blast, and the analysis of response characteristics of the velocity depending on shape and size of the fractured zone was conducted. As a result, difference in velocity and attenuation character were calculated depending on fractured zone around the blast source appeared. Propagation of vibration tended to spread spherically as it is distanced farther from the blast source.
본 논문에서는 발파진동 수치해석 시 설정되는 파쇄영역에 따른 전파특성을 분석하였다. 본 연구를 통해 도출된 파쇄영역에 따른 진동특성은 다음과 같다.
가설 설정
2에 도시하였다. 이때 암반은 균일하다 가정하였으며, 지반물성은 c = 4,000 m/s, υ = 0.25, ρ = 2500 kg/m3 을 적용하였다. 해석영역은 너비 400 m, 심도 40 m이며 발파 위치는 지표면으로부터 20 m 하부로 설정하였다.
제안 방법
따라서, 본 연구에서는 탄성영역에서의 발파진동 수치해석을 수행하였으며 하중이 입력되는 공동(= 파쇄영역)을 기존에 사용되던 구형과 원통형으로 모델링 하였다. 이를 통해 두 파쇄영역에 따른 전파 특성과 응답 차이를 비교하였다.
따라서, 본 연구에서는 탄성영역에서의 발파진동 수치해석을 수행하였으며 하중이 입력되는 공동(= 파쇄영역)을 기존에 사용되던 구형과 원통형으로 모델링 하였다. 이를 통해 두 파쇄영역에 따른 전파 특성과 응답 차이를 비교하였다.
대상 데이터
25, ρ = 2500 kg/m3 을 적용하였다. 해석영역은 너비 400 m, 심도 40 m이며 발파 위치는 지표면으로부터 20 m 하부로 설정하였다. 요소의 크기(Δl)는 민감도 분석을 수행하여 0.
데이터처리
본 연구에서는 상용 유한차분해석 프로그램인 FLAC2D (Itasca Consulting Group, 2011)를 사용하여 2차원 축대칭 조건의 동적해석을 수행하였다.
이론/모형
05 m로 적용하였다. 하부 및 측면 경계조건으로는 Lysmer and Kuhlemeyer (1969)가 제안한 점성댐퍼를 적용하여 발파진동이 반사되지 않고 흡수하도록 하였다. 시간영역에서의 점성감쇠는 [C]를 통해 모사하며 Rayleigh 공식은 다음과 같다.
성능/효과
1. 원통형 파쇄영역에서는 구형과 달리 전단파가 발생함에 따라 경계 주변의 입자운동의 방향성을 파악하기 힘든 것으로 나타났다. 하지만 파쇄영역에서 멀어질수록 전단파가 압축파보다 크게 감쇠되어 먼 거리에서는 압축파가 주요한 것으로 나타났다.
2. 최대 진동속도의 감쇠특성은 파쇄영역의 형상에 따라 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이때 원통 직경에 대한 길이 비가 커질수록 지표면에서의 감쇠 기울기는 구형 전파보다 완만해 진다.
3. 원통형 파쇄영역의 직경에 대한 길이 비(LF/a)가 1인 경우 전파 특성이 구형과 유사해지는 것으로 나타났다. 따라서 예상되는 파쇄영역의 LF/a가 1에 가까울 경우 구형 전파의 감쇠식을 통해 폭발 에너지 및 이격거리에 따른 발파진동 속도의 예측이 가능하다.
후속연구
4. 본 연구에서는 단일공 발파로 가정된 파쇄영역을 분석하였지만, 이는 다수의 발파공의 파쇄영역 설정에도 사용될 수 있으리라 판단된다. 예를 들어 터널 발파의 경우 심발발파에서 다수의 발파공이 밀집된 공간에 동시에 폭발하기 때문에 단일공 발파보다 큰 에너지를 유발되고 각각의 발파공에서 발생한 진동이 중첩되어 긴 주기의 진동이 생성될 것이다.
예를 들어 터널 발파의 경우 심발발파에서 다수의 발파공이 밀집된 공간에 동시에 폭발하기 때문에 단일공 발파보다 큰 에너지를 유발되고 각각의 발파공에서 발생한 진동이 중첩되어 긴 주기의 진동이 생성될 것이다. 이와 같은 폭발 특성을 고려하여 단순화된 하나의 파쇄영역 설정하고 이에 적합한 발파하중을 적용한다면 신뢰도 있는 발파 진동해석이 가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
발파진동 안정성 평가는 무엇인가?
발파진동 안정성 평가는 일반적으로 발파 진동추정식을 통해 최대진동속도(PPV)를 산정하고 추정된 속도 값과 법규 혹은 기준에 제시된 허용 기준 값을 비교하여 안정성 여부를 판단한다. 현장 고유의 발파 진동추정식은 시험 발파의 횟수, 대상지반의 지질학적 구조와 발파 조건에 따라 달라지기 때문에 이 식을 통해 정확한 응답 값을 예측하는 것은 한계가 있다.
현장 고유의 발파 진동추정식은 어떤 한계를 가지는가?
발파진동 안정성 평가는 일반적으로 발파 진동추정식을 통해 최대진동속도(PPV)를 산정하고 추정된 속도 값과 법규 혹은 기준에 제시된 허용 기준 값을 비교하여 안정성 여부를 판단한다. 현장 고유의 발파 진동추정식은 시험 발파의 횟수, 대상지반의 지질학적 구조와 발파 조건에 따라 달라지기 때문에 이 식을 통해 정확한 응답 값을 예측하는 것은 한계가 있다. 또한 최대진동속도는 지반에 예상되는 응답 값으로 구조물에 대한 직접적인 평가는 불가능하다.
발파 진동해석 시 복합적인 암반의 상태변화를 모사하지 않고 손상된 영역을 하나의 파쇄영역으로 가정한 해석의 이점은 무엇인가?
따라서, 발파 진동해석 시 복합적인 암반의 상태변화를 모사하지 않고 손상된 영역을 하나의 파쇄영역으로 가정한 해석이 수행된다. 이와 같은 해석은 발파공 주변의 파괴 모사를 생략하기 때문에 연산시간을 크게 단축할 수 있으며 폭발전용 해석프로그램이 아닌 상용화된 다양한 유한요소 혹은 차분해석으로 수행이 가능하다는 이점이 있다.
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