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
- 본 연구에서는 인공절리를 터널 굴착에 적용하기 위한 기초실험 해석으로 콘크리트 블록에 다양한 인공절리를 적용하여 수치해석을 수행하였다. 인공절리의 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수를 달리하여 AUTODYN를 이용하여 수치해석을 수행하였다.
제안 방법
- 해석변수는 인공절리 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수이다. 각 해석조건별 발파압력과 균열양상은 인공절리 구간에서 분석하였으며, 발파속도는 콘크리트 블록 경계면에서 비교 분석하였다. 모든 case의 동일 지점에서 계측된 초기 발파속도 및 발파압력이 유사하게 측정되어 균일한 발파속도 및 발파압력의 전파를 확인하였다.
- 공기의 대기조건 부여를 위해 내부에너지를 표준대기 조건인 2.068×105J/kg을 적용하였고, 이상기체 상태방정식을 사용하였다.
- 각 해석조건별 발파압력과 균열양상은 인공절리 구간에서 분석하였으며, 발파속도는 콘크리트 블록 경계면에서 비교 분석하였다. 모든 case의 동일 지점에서 계측된 초기 발파속도 및 발파압력이 유사하게 측정되어 균일한 발파속도 및 발파압력의 전파를 확인하였다.
- 해석에 사용한 폭약의 약경은 ∅32mm를 사용하여 발파공의 중심에 일치시켜 모형화하였다. 발파공과 폭약사이의 공간은 공기를 이용하여 모형화하였다. 고체와 유체가 함께 포함된 형태의 문제를 해결하고자 할 경우, 고체 부분에는 Lagrange solver를 적용하고, 기체, 유체 그리고 대변형을 갖는 고체에는 Euler solve를 적용하여 여러 가지 물리 현상이 복합된 Multi-physics 문제를 해결한다.
- 2와 같다. 발파압력의 초기 전파를 측정하기 위해 발파원에서 사방으로 50mm 떨어진 거리에 4개의 게이지를 설치하였고, 발파원과 수직인 방향으로 콘크리트 블록 경계에 게이지를 설치하여 인공절리 모사 구간을 통과한 후 발파 속도를 측정하였다.
- 인공절리의 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수를 달리하여 AUTODYN를 이용하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석의 결과로 압력전파, 균열전파에 대해 평가하였으며, 콘크리트 블록 모델 표면에 게이지를 설치한 후 산출된 발파속도를 비교 분석하였다.
- 인공절리는 공기로 모델링하였다. 공기의 대기조건 부여를 위해 내부에너지를 표준대기 조건인 2.
- 인공절리에 의한 압력전파, 균열전파, 발파속도의 영향을 AUTODYN을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 해석변수는 인공절리 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수이다.
- 본 연구에서는 인공절리를 터널 굴착에 적용하기 위한 기초실험 해석으로 콘크리트 블록에 다양한 인공절리를 적용하여 수치해석을 수행하였다. 인공절리의 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수를 달리하여 AUTODYN를 이용하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석의 결과로 압력전파, 균열전파에 대해 평가하였으며, 콘크리트 블록 모델 표면에 게이지를 설치한 후 산출된 발파속도를 비교 분석하였다.
- 발파속도는 발파 후 발생하는 압축파가 콘크리트 블록 모형을 통해 전파되는 압축파의 속도이다. 인공절리의 경사와 인공절리와 발파공 사이의 거리는 콘크리트 블록에 적용 가능한 최대치를 고려하여 결정하였다.
- 인공절리에 의한 압력전파, 균열전파, 발파속도의 영향을 AUTODYN을 사용하여 수치해석을 수행하였다. 해석변수는 인공절리 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수이다. 각 해석조건별 발파압력과 균열양상은 인공절리 구간에서 분석하였으며, 발파속도는 콘크리트 블록 경계면에서 비교 분석하였다.
- 인공절리의 실제 형성 시 사용한 와이어-쏘의 절삭 폭을 기준으로 11mm로 산정하였으며, 인공절리의 길이는 800mm로 설정하였다. 해석변수로 인공절리 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수를 달리하여 해석하였다. 해석조건에 따라 Fig.
- 해석에 사용한 폭약의 약경은 ∅32mm를 사용하여 발파공의 중심에 일치시켜 모형화하였다.
- 콘크리트 블록의 외부 경계는 자유면으로 모사하였으며, 콘크리트 블록 외부 경계와 자유면 사이에는 공간경계에서의 반사 문제를 해결하기 위하여 AUTODYN Eulerian 코드에서는 flow out 경계조건을 제공하고 있다. 해석에서 콘크리트 블록 주위의 경계면은 무한한 유동흐름을 위해 flow out 경계조건으로 설정하였다. 발파 후 발파속도 및 발파압력을 측정하기 위한 게이지 위치는 Fig.
대상 데이터
- 아직까지 RHT concrete 모델의 매개변수를 결정하기 위한 실험은 압축강도 35MPa와 140MPa에 대해서만 수행되어, 현재 두가지 강도의 콘크리트에 대한 매개변수가 제안되고 있다. 본 해석에는 콘크리트 압축강도가 35MPa인 모델(Riedel et al., 1999)을 사용하였고, 해석에 사용한 물성은 Table 2와 같다.
- 인공절리 경사의 경우 case 별 Fig. 2의 6번 게이지에서 획득된 발파속도와 인공절리와 발파공 사이의 거리가 동일한 case 3의 8번 게이지에서 획득된 발파 속도를 해석에 사용하였다. 해석결과 인공절리 경사가 30°, 45°, 60°, 90°로 증가함에 따라 발파속도 감쇠율이 78%, 84%, 91%, 96%로 측정되었으며, 인공절리 경사는 발파원에 수직일수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 것으로 판단한다.
- 해석결과 인공절리 경사가 30°, 45°, 60°, 90°로 증가함에 따라 발파속도 감쇠율이 78%, 84%, 91%, 96%로 측정되었으며, 인공절리 경사는 발파원에 수직일수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 것으로 판단한다. 인공절리와 발파공 사이의 거리의 경우 case 별 Fig. 2의 8번 게이지에서 획득된 발파속도를 해석에 사용하였다. 인공절리가 없는 case 1의 8번 게이지의 발파속도와 비교한 결과 인공절리와 발파공과의 간격이 250mm, 500mm, 750mm로 증가함에 따라 발파속도 감쇠율이 96%, 94%, 89%로 측정되었으며, 인공절리와 발파원과의 거리가 750mm 이내일 때 발파속도의 감쇠가 두드러졌다.
- 해석모델은 콘크리트 블록, 폭약, 인공절리로 모형화하였고, 콘크리트 블록의 크기는 길이 2,000mm, 폭 1,500mm이며, 발파공은 ∅45mm이다. 인공절리의 실제 형성 시 사용한 와이어-쏘의 절삭 폭을 기준으로 11mm로 산정하였으며, 인공절리의 길이는 800mm로 설정하였다. 해석변수로 인공절리 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수를 달리하여 해석하였다.
- 해석모델은 콘크리트 블록, 폭약, 인공절리로 모형화하였고, 콘크리트 블록의 크기는 길이 2,000mm, 폭 1,500mm이며, 발파공은 ∅45mm이다.
데이터처리
- 각 조건별 발파속도 감쇠 경향을 파악하기 위해 회귀분석을 수행하여 Fig. 6의 그래프와 인공절리 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수에 대한 회귀분석식 (9)∼(11)를 도출하였다.
이론/모형
- RHT model은 다공성 콘크리트 모델의 압력에 의한 거동을 해결하기 위해 Hermann(1969)이 제시한 식 (1)과 같은 P–α 상태방정식을 사용한다.
- 고체와 유체가 함께 포함된 형태의 문제를 해결하고자 할 경우, 고체 부분에는 Lagrange solver를 적용하고, 기체, 유체 그리고 대변형을 갖는 고체에는 Euler solve를 적용하여 여러 가지 물리 현상이 복합된 Multi-physics 문제를 해결한다. 본 해석에 사용한 폭약과 인공절리를 모사하는 공기 부분은 Euler mesh를 이용하였고, 콘크리트 블록의 경우 Lagrange mesh를 이용하여 모형화하였다. 콘크리트 블록의 외부 경계는 자유면으로 모사하였으며, 콘크리트 블록 외부 경계와 자유면 사이에는 공간경계에서의 반사 문제를 해결하기 위하여 AUTODYN Eulerian 코드에서는 flow out 경계조건을 제공하고 있다.
- 비선형성이 큰 동역학 문제를 해결하고 대변위와 대변형 문제에 적용되는 AUTODYN을 해석에 적용하였다. 해석모델은 콘크리트 블록, 폭약, 인공절리로 모형화하였고, 콘크리트 블록의 크기는 길이 2,000mm, 폭 1,500mm이며, 발파공은 ∅45mm이다.
- 068×105J/kg을 적용하였고, 이상기체 상태방정식을 사용하였다. 해석에 사용된 폭약은 에멀전을 사용하였고, 높은 팽창성을 가진 거동해석에 사용되는 JWL (Jones-Wilkins-Lee) 상태방정식을 사용하였다. JWL 상태방정식은 식 (8)과 같이 폭발 물질을 나타내기 위해 사용되는 경험적 식이다.
성능/효과
- 각 case 별 측정된 최대 발파속도 값을 인공절리 경사, 인공절리와 발파공 사이의 거리, 인공절리 수에 따라 비교하여 발파속도의 감소 경향을 확인하였다. Table 5는 각 해석에 사용된 발파속도이다.
- 해석결과 발파압력은 발파원을 중심으로 방사상으로 전파되어 진행되다 자유면 역할을 하는 인공절리 구간에서 반사인장파가 발생하였다. 또한, 발파원과 인공절리 사이에서 콘크리트 블록의 균열이 우세하게 발생하였는데, 이는 자유면 역할을 하는 인공절리에서 발생한 인장응력파가 콘크리트 블록의 인장파괴를 유도하여 균열이 우세하게 발생하였다고 판단된다. 해석조건별 인공절리 구간을 통과 한 후 발파속도를 비교하였을 때 인공절리와 발파공의 간격이 가까운 구간에서 감쇠가 가장 크게 평가되었다.
- 해석조건별 인공절리 구간을 통과 한 후 발파속도를 비교하였을 때 인공절리와 발파공의 간격이 가까운 구간에서 감쇠가 가장 크게 평가되었다. 인공절리 경사의 경우 인공절리 경사의 증가에 따라 발파속도 감쇠율이 78%, 84%, 91%, 96%로 측정되어 인공절리 경사가 발파공에 수직일수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 경향을 보였다. 인공절리와 발파공의 사이의 거리의 경우 발파공과 인공절리의 간격이 증가함에 따라 96%, 94%, 89%로 측정되었고, 인공절리와 발파공 과의 간격이 짧을수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 것으로 판단된다.
- 2의 8번 게이지에서 획득된 발파속도를 해석에 사용하였다. 인공절리가 없는 case 1의 8번 게이지의 발파속도와 비교한 결과 인공절리와 발파공과의 간격이 250mm, 500mm, 750mm로 증가함에 따라 발파속도 감쇠율이 96%, 94%, 89%로 측정되었으며, 인공절리와 발파원과의 거리가 750mm 이내일 때 발파속도의 감쇠가 두드러졌다. 또한, 인공절리의 수의 경우 Fig.
- 인공절리 경사의 경우 인공절리 경사의 증가에 따라 발파속도 감쇠율이 78%, 84%, 91%, 96%로 측정되어 인공절리 경사가 발파공에 수직일수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 경향을 보였다. 인공절리와 발파공의 사이의 거리의 경우 발파공과 인공절리의 간격이 증가함에 따라 96%, 94%, 89%로 측정되었고, 인공절리와 발파공 과의 간격이 짧을수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 것으로 판단된다. 인공절리가 존재할 때 확연한 발파 속도의 감쇠를 확인하였으나, 인공절리의 수가 증가함에 따라 발파속도의 감쇠는 미미하였다.
- 해석결과 각 case 별 동일한 이격거리를 갖는 1∼4 게이지에서 측정된 발파속도의 값이 거의 유사하게 나타났으며, 인공절리가 없는 case 1의 경우 발파공과 자유면사이의 거리가 1,000mm로 동일한 게이지 5, 6, 8번에서 모두 4.03m/s로 측정되어 발파속도의 전파가 균일하게 발생하였다고 판단한다.
- 해석결과 발파압력은 발파원을 중심으로 방사상으로 전파되어 진행되다 자유면 역할을 하는 인공절리 구간에서 반사인장파가 발생하였다. 또한, 발파원과 인공절리 사이에서 콘크리트 블록의 균열이 우세하게 발생하였는데, 이는 자유면 역할을 하는 인공절리에서 발생한 인장응력파가 콘크리트 블록의 인장파괴를 유도하여 균열이 우세하게 발생하였다고 판단된다.
- 해석결과 인공절리 경사가 30°, 45°, 60°, 90°로 증가함에 따라 발파속도 감쇠율이 78%, 84%, 91%, 96%로 측정되었으며, 인공절리 경사는 발파원에 수직일수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 것으로 판단한다.
- 또한, 발파원과 인공절리 사이에서 콘크리트 블록의 균열이 우세하게 발생하였는데, 이는 자유면 역할을 하는 인공절리에서 발생한 인장응력파가 콘크리트 블록의 인장파괴를 유도하여 균열이 우세하게 발생하였다고 판단된다. 해석조건별 인공절리 구간을 통과 한 후 발파속도를 비교하였을 때 인공절리와 발파공의 간격이 가까운 구간에서 감쇠가 가장 크게 평가되었다. 인공절리 경사의 경우 인공절리 경사의 증가에 따라 발파속도 감쇠율이 78%, 84%, 91%, 96%로 측정되어 인공절리 경사가 발파공에 수직일수록 발파속도의 감쇠율이 증가하는 경향을 보였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.