[논문]GREAT 셀을 이용한 삼축압축시험의 수치모사: 수리역학 실험

박도현; 박찬희

doi:10.7474/tus.2023.33.2.083

GREAT 셀을 이용한 삼축압축시험의 수치모사: 수리역학 실험
Numerical Simulation of Triaxial Compression Test Using the GREAT Cell: Hydro-Mechanical Experiment 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.33 no.2, 2023년, pp.83 - 94

박도현 (한국지질자원연구원 심층처분환경연구센터) , 박찬희 (한국지질자원연구원 심층처분환경연구센터)

초록
AI-Helper

원통형 시료의 측면에 일정하게 구속압이 적용되는 통상적인 삼축시험 셀과는 달리, GREAT 셀은 독립적으로 제어되는 8쌍의 측면 가압장치들을 이용하여 차등적으로 구속압을 가할 수 있고, 이를 통해 다양한 크기와 방향의 수평 응력장을 생성시킬 수 있다. 본 연구의 선행 논문에서는 다양한 역학적 재하 조건에서 GREAT 셀 시험을 수치해석적으로 모사하고, 원주변형률에 대한 수치해석 및 실험측정 결과를 비교하여 적용된 수치모델의 적정성을 분석하였다. 본 연구에서는 역학적 재하 조건과 유체흐름 조건을 함께 고려하여 균열이 포함된 인공시료에 대한 GREAT 셀 시험을 수치모사하였다. 값이 알려지지 않은 균열면의 역학적 물성을 다양하게 설정하여 시료의 거동(원주변형률)에 대한 수치해석과 실험 결과를 비교하였으며, 균열면의 특정 역학적 조건에서 실험결과와 잘 일치하는 것으로 검토되었다. 추가적으로 유체흐름 조건이 시료의 역학적 거동에 미치는 영향을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Unlike the conventional triaxial test cells for cylindrical specimens, which impose uniform lateral confining pressures, the GREAT (Geo-Reservoir Experimental Analogue Technology) cell can exert differential radial stresses using eight independently-controlled pairs of lateral loading elements and thereby generate horizontal stress fields with various magnitudes and orientations. In the preceding companion paper, GREAT cell tests were numerically simulated under different mechanical loading conditions and the validity of the numerical model was investigated by comparing experimental and numerical results for circumferential strain. In the present study, we simulated GREAT cell tests for an artificial sample containing a fracture under both mechanical loading and fluid flow conditions. The numerical simulation was carried out by varying the mechanical properties of the fracture surface, which were unknown. The numerical responses (circumferential strains) of the sample were compared with experimental data and a good match was found between the numerical and experimental results under certain mechanical conditions of the fracture surface. Additionally, the effect of fluid flow conditions on the mechanical behavior of the sample was investigated and discussed.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Schematic illustration of the pressure exerting elements for lateral loading (McDermott et al., 2018)
$Fig. 2. Location and dimensions of the fracture and boreholes in the HM1 experiment (McDermott et al., 2018)$ 그림 Fig. 2. Location and dimensions of the fracture and boreholes in the HM1 experiment (McDermott et al., 2018)
표 Table 1. Lateral loading conditions applied in the HM1 experiment of McDermott et al. (2018)
표 Table 2. Fluid flow conditions applied in the HM1 experiment of McDermott et al. (2018)
표 Table 3. Material properties used in the numerical simulation of McDermott et al. (2018)
그림 Fig. 3. Fracture dimensions drawn from McDermott et al. (2018) and McDermott (2022)
그림 Fig. 4. Numerical model for FLAC3D calculation
그림 Fig. 5. Numerical model for OpenGeoSys calculation
그림 Fig. 6. Distribution of hydraulic pressure applied in the HM1 experiment
$Table 4. Parameters of fracture surface used in the present study$ 표 Table 4. Parameters of fracture surface used in the present study
그림 Fig. 7. Comparison between experimental and numerical results for circumferential strain in McDermott et al. (2018)
그림 Fig. 8. Comparison between experimental and numerical results in the present study where the experimental data were plotted by the screen-capture and digitization of Fig. 7
그림 Fig. 9. Distributions of hydraulic pressure
그림 Fig. 10. Comparison between experimental and numerical results for circumferential strain
그림 Fig. 11. Variations in circumferential strain wth time
그림 Fig. 12. Differences in circumferential strain between M and HM analyses where M denotes the case considering only mechanical loading conditions and HM denotes the case under both mechanical loading and fluid flow conditions

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