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LS-DYNA 발파 모델링에서 현장암반의 특성을 반영하기 위한 Hoek-Brown 파괴기준과 Holmquist-Johnson-Cook 콘크리트 재료모델의 접목
Integrating the Hoek-Brown Failure Criterion into the Holmquist-Johnson-Cook Concrete Material Model to Reflect the Characteristics of Field Rock Mass in LS-DYNA Blast Modeling 원문보기

화약·발파 = Explosives & blasting, v.38 no.3, 2020년, pp.15 - 29  

최병희 (한국지질자원연구원) ,  선우춘 (한국지질자원연구원) ,  정용복 (한국지질자원연구원)

초록
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본 논문에서는 Hoek-Brown (HB) 파괴기준을 Holmquist-Johnson-Cook (HJC) 콘크리트 재료모델에 접목시킴으로써 LS-DYNA 상에서 암반발파를 모델링할 때 현장암반의 고유한 특성이 잘 반영될 수 있도록 도모하였다. 이것은 많은 지질학적 불연속면을 포함하고 있는 현장암반이 지니고 있는 독특한 특징을 강조하기 위함이다. 두 모델의 접목은 HB 파괴기준으로 HJC 재료모델의 정적 강도 부분을 교체함으로써 이루어지며, 교체과정은 통계학적 곡선적합 기법에 의해 수행된다. 본 논문에서는 접목의 과정이 상세하게 소개되며, 획득된 HJC 재료모델의 사용에 대한 실례도 제시된다. 제시된 수치계산은 현장의 석회암 암반의 단일공 발파에 대한 평면변형률 모델링으로서 LS-DYNA가 제공하는 유체-구조물 상호작용(FSI) 기법과 다중재료 라그랑주-오일러(MMALE) 정식화 기법을 조합하여 수행된다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper the Hoek-Brown (HB) failure criterion is integrated into the Holmquist-Johnson-Cook (HJC) concrete material model to reflect the inherent characteristics of field rock masses in LS-DYNA blast modeling. This is intended to emphasize the distinctive characteristics of field rock masses t...

주제어

#Hoek-Brown 파괴기준   #Holmquist-Johnson-Cook 콘크리트 재료모델   #암반발파   #유체-구조물 상호작용   #다중재료 라그랑주-오일러 정식화 기법  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 LD-DYNA에서 암반발파를 모델링할 때 “암반”이라는 독특한 재료의 특성을 잘 모사할 수 있도록 HJC 콘크리트 재료모델에 기존에 암반평가 분야에서 많이 쓰이고 있는 HB 파괴기준을 접목시키는 과정을 소개하였다. 또한, 이를 통해 결정된 HJC 재료모델을 이용하여 LS-DYNA 상에서 단일공 벤치발파를 모사하는 모델링의 예도 제시하였다.

가설 설정

  • 본 절에서는 암반이 석회암으로 이루어져 있 다고 가정한다. 석회암은 국내에서 나타나는 여러 암반들 중에서 강도가 매우 낮은 편에 속한다.
  • 암반은 석회석으로 가정하였으며, 이 암반의 물성으로는 앞에서 유도한 HJC 콘크리트 재료모델(표 8)을 사용하였다.
  • 폭약은 에멀션 폭약(emulsion explosive)을 사용하는 것으로 가정하였다. 이 폭약을 표현하기 위해 LS-DYNA에서 제공되는 *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 재료모델과 이 재료모델을 지원하는 *EOS_JWL 상태방정식을 사용하였다(Yi, 2013).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
암반발파(rock mass blasting)를 모사하여 LS-DYNA에서 쓸 수 있는 재료모델로 사용하기 어려운 이유는 무엇 때문인가? 예를 들어, 암반발파(rock mass blasting)를 잘 모사하려면 암반의 특성과 발파의 특성을 잘 반영할 필요가 있다. 그런데 암반의 특성은 무결암의 역학적 특성보다는 절리와 같은 불연속면의 특성에 의해 좌우되는 경향이 강하므로 LS-DYNA에서 쓸 수 있는 연속체 역학 기반의 재료모델로는 암반이라는 불연속체(discontinuum)의 특징을 잘 반영하기가 매우 어렵다.
Holmquist-Johnson-Cook (HJC) 콘크리트 모델은 어떤 용도로 제안되었는가? LS-DYNA에서 암석용으로 쓸 수 있는 재료모델에는 여러 가지가 있으나 본 논문에서는 취성재료 모델링용으로 제안된 Holmquist-Johnson-Cook (HJC) 콘크리트 모델(LS-DYNA에서는 “JH Concrete” 모델로도 명명됨)을 채택하였다(Holmquist et al., 1993).
RMR 시스템을 이용하여 암반의 파괴기준을 평가할 수 있는 방법을 제안한 인물은 누구인가? Hoek and Brown(1980)은 RMR 시스템을 이용하여 암반의 파괴기준을 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 암반에 대한 가장 일반적인 형태의 파괴조건식은 다음과 같다.
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참고문헌 (9)

  1. 김교원, 김수정, 2006, 한반도의 암종별 공학적 특성의 상관성 분석, J. Eng. Geology, Vol.16, No.1, pp.59-68. 

  2. Hoek, E. and E.T. Brown, 1980, Underground Excavation in Rock. 

  3. Hoek E., D. Wood and S. Sha, 1992, A modified Hoek-Brown criterion for jointed rock masses. Rock Characterization. Proceedings of ISRM Symposium EUROCK'92 (ed. J. Hudson), Chester, UK, pp. 209-213. British Geotechnical Society, London. 

  4. Hoek, E., P. K. Kaiser and W. F. Bawden, 1995, Support of Underground Excavations in Hard Rock. Rotterdam: Balkema, p.215. 

  5. Hoek, E., C. Torres and B. Corkum, 2002, Hoek-Brown failure criterion - 2002 edition, Rocscience Inc.. Canada. 

  6. Hoek E. and M. S. Diederichs, 2006, Empirical estimation of rock mass modulus. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, vol. 43(2), pp.203-215. 

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  7. Holmquist, T. J., G. R. Johnson and W. H. Cook, 1993, "A computational constitutive model for concrete subjected to large strains, high strain rates, and high pressures", Proceedings 14th Int. Symp. on Ballistics, Quebec, Canada, pp.591-600. 

  8. Ma, G. W. and X. M. An, 2008, Numerical simulation of blasting-induced rock fractures, Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 45, pp.966-975. 

    상세보기 crossref

  9. Yi, Changpin, 2013, Improved blasting results with precise initiation - Numerical simulation of sublevel caving blasting, Swebrec Report 2013:3, Swedish Blasting Research Centre, Stockholm, p.8. 

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