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불연속면의 최대경사벡터를 활용한 사면거동해석
Analysis of Rock Slope Behavior Utilizing the Maximum Dip Vector of Discontinuity Plane 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.29 no.5, 2019년, pp.332 - 345  

조태진 (부경대학교 에너지자원공학과)

초록
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평사투영도에서 불연속면을 대표하는 유일한 점으로 정의되는 최대경사벡터를 해당 면의 경사와 경사방향에 의거하여 형성하였다. 평사투영해석에서 평면의 극점이 대원과 역방향에 제도되는 것에 비해 최대경사벡터는 대원의 최대 경사지점에 위치하여 불연속면의 미끄러짐 방향을 직접 투영도 상에서 지시한다. 투영도 상에서 불연속면의 거동방향을 직접적으로 지시하는 최대경사벡터를 활용하여 평면 및 전도파괴 양상을 직관적으로 확인하였다. 특히 평면 파괴의 경우 블록의 옆면을 형성하는 고 경사 절리의 존재를 확인하여 실제 미끄러짐 블록의 형성가능성을 산정하였다. 또한 사면 방향과 반대방향을 갖는 고경사절리들의 존재를 확인하여 3각형 단면을 갖는 미끄러짐 블록의 형성여부를 판별하고 안전율을 도출하였으며, 4각형 단면을 갖는 가장 취약한 블록의 안전율과 비교분석하였다. 쐐기파괴 경우에는 절리면 교차에 의해 형성되는 쐐기의 기저선 방향이 최대경사벡터 속성을 지니고 있어 쐐기파괴 영역을 평면 및 전도파괴 영역이 제도된 투영도 상에 함께 도시하여 분석을 수행하였다. 특히 쐐기 상부 면을 형성하는 절리를 추출할 수 있어 전체 쐐기형상을 추정하고 역학적 거동분석을 수행하는데 요구되는 쐐기의 기하학적 특성자료를 도출하는 토대를 확립하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Maximum dip vector of individual joint plane, which can be uniquely defined on the hemispherical projection plane, has been established by considering its dip and dip direction. A new stereographic projection method for the rock slope analysis which employs the maximum dip vector can intuitively pre...

주제어

표/그림 (15)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 미끄러짐 면의 마찰각 영향영역도 극점을 사용하여 분석되는 평면 및 전도파괴의 경우와 두 개 면의 교선에 의거해 분석되는 쐐기파괴의 경우에 평사투영도 상에서 상이한 영역을 차지하게 되어 사면해석의 일관성이 결여되어있다. 본 연구에서는 3차원 불연속면에서의 극점과 동일한 유일성을 지닌 최대 경사선을 지시하는 최대경사벡터를 활용하여 개착사면의 평사투영해석을 수행하는 방법론을 고찰하였다. 불연속면의 경사방향과 경사에 의거하여 단위 길이의 최대경사벡터를 형성하였으며, 최대경사벡터 선의 선주 향과 선경사를 평사투영도에 제도하여 개착면 대원과 직접적으로 대비시켰다.
  • 본 연구에서는 삼각형 단면 블록형성에 따른 사면 안정성 변화를 고찰하고 사각형 단면의 경우와 비교하여 현실적으로 가장 미끄러짐 가능성이 높은 블록단면형상을 도출하였다. 이를 위하여 Cho(2018)에 기술된 사각형 단면 블록(Fig.
  • 7(a) 참조), 추가적으로 블록 단면이 개착면에 국한된 삼각형 형태인지 또는 사면 상부면으로 연장되어 사각형 형태로 형성되는지 판단되어야한다. 본 연구에서는 최대경사벡터 개념을 평사투영 해석에 도입하여 블록 옆면의 형성 가능성과 파괴블록의 단면 형상을 유추하고 평면파괴 가능성 분석을 수행할 수 있는 기법을 고찰하였다. 일차적으로 경사방향/경사 = 300/70을 갖는 예제적 개착사면의 대원과 절리면 마찰각 30° 콘을 Fig.

가설 설정

  • 12에 도시된 사면 형태를 기준으로 역 경사방향 절리의 경사가 30°, 45° 및 60° 경우에 형성되는 삼각형 단면형상을 추정하였다. 블록 상부면을 형성하는 절리면이 사각형 단면의 인장균열 최 하부 점을 통과하는 것으로 가정하였으며, 개착면에서의 표출 위치를 산출하여 삼각형 단면 형상을 Fig. 12에 도시하였다.
  • 블록의 옆면을 형성시킬 수 있는 절리들은 70° 이상의 고 경사를 갖고 경사방향이 개착사면과 거의 직각을 유지해야한다는 가정 하에 경사방향/경사 = (020 – 040)/(70 – 90) 및 (200 –220)/(70 –90) 구간에 블록 옆면 방향성 영역을 설정하였다.
  • 이와 같은 단면 형성 양상을 고려하여 삼각형 단면형상을 형성하는 절리들의 경사방향은 개착면 경사방향과 역방향이고 중간 정도의 경사를 갖는다고 가정하고 경사방향/경사 = (110 –130)/(30 –70) 구간에 최대경사벡터 개념의 3각형 단면형성영역을 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
개착사면의 안전성을 해석할 때 활용하는 것은? 개착사면의 안전성은 현장암반에 우세하게 발달된 불연속면의 전단강도와 대표방향성을 활용하여 해석되어왔다. 절리면의 방향성 벡터를 활용하여 Shanley and Mahtab(1976)과 Mahtab and Yegulalp(1982)는 일정기준 이상의 밀집도를 나타내는 dense point 개념을 도입하여 군집성을 판별하는 클러스터링 알고리즘을 개발하였으며, 이 원리에 의거하여 방향성 벡터가 밀집된 절리 군을 도출하고 대표 방향성을 산정하였다.
평면파괴의 역할은? 투영도 상에서 최대경사벡터 위치가 해당 불연속면의 미끄러짐 방향을 직접 지시하는 속성을 활용하여 극점을 사용할 경우에 도출되기 곤란한 파괴블록의 형성 가능성을 용이하게 도출하였다. 평면파괴의 경우 블록 옆면 및 상부면을 형성하는 절리면의 존재성을 파악하여 블록형상에 따른 거동 특성을 분석할 수 있었다. 블록의 상부면 경사에 따른 블록 자중의 증가가 안전율에 가장 큰 영향을 끼치는 것으로 분석되었으며, 수압 및 지진 효과를 고려하여도 블록의 미끄러짐 면적이 동일하게 유지될 경우 삼각형 단면 블록보다는 상대적으로 규모가 큰 사각형 단면 블록에서 평면파괴가 용이하게 발생되는 것으로 고찰되었다.
쐐기파괴를 이용해 확립한 토대는 무엇인가? 쐐기파괴 경우에는 절리면 교차에 의해 형성되는 쐐기의 기저선 방향이 최대경사벡터 속성을 지니고 있어 쐐기파괴 영역을 평면 및 전도파괴 영역이 제도된 투영도 상에 함께 도시하여 분석을 수행하였다. 특히 쐐기 상부 면을 형성하는 절리를 추출할 수 있어 전체 쐐기형상을 추정하고 역학적 거동분석을 수행하는데 요구되는 쐐기의 기하학적 특성자료를 도출하는 토대를 확립하였다.
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참고문헌 (16)

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  3. Cho T. 2018. A Study for the Optimum Joint Set Orientations and Its Application to Slope Analysis. TUNNEL & UNDERGROUND SPACE Vol.28, No.4, 2018, pp.343-357. 

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  14. Sjoberg J. 2000. Failure mechanism high slopes in hard rock. Slope Stability in Surface Mining. Society of Mining, Metallurgy and Exploration. Littleton, CO. pp. 71-80. 

  15. Wyllie D.C. and Mah C.W. 2004. Rock Slope Engineering. Civil and mining 4th edition. Spon Press. 

  16. Yoon K.S., Cho T.F., You B.O. and Won K.S. 2003. A new approach for borehole joint investigation - Development of Discontinuity Orientation Measurement drilling system. Proc. 10th Congress of the ISRM. pp. 1355-1358. 

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