[논문]취성파괴에 관한 고찰

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천대성 (한국지질자원연구원) , 박찬 (한국지질자원연구원) , 전석원 (서울대학교)

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그러나 아직까지 취성파괴의 발생메커니즘을 비롯하여, 응력조건에 따라 발생하는 취성파괴의 개시시점, 파괴범위 및 파괴심도 등과 같은 취성파괴의 특성이 명확하게 규명되지 않아 보다 구체적인 연구가 요구된다. 본 보고에서는 최근 관심이 증가하고 있는 취성파괴에 대하여 기존 연구를 중심으로 취성의 정의와 취성파괴의 특성에 대해 알아보았다. 또한 응력조건에 따른 취성파괴의 특성을 규명하기 위해 수행되었던 모형실험과 현장결과를 비교, 분석하였다.

전통적인 파괴역학 역시 균열의 폭이 0 이라는 접근법은 균열개구과정을모사하는 데 한계가 있다고 보고되고 있다(1廁曲, 1998). 또한 연속체 역학에서는 연상 또는 비 연상 유동법칙(associated or non-associated flow rule)이 가정된다. 그러나 실내 시험에서 팽창의 시작은 최대강도보다 아주 낮은 응력수준에서 발생하고 시료의 항복이 팽창의 시작을 의미하지는 않는다.

최근 고심도에 건설되는 암반 구조물이 증가함에 따라 취성파괴의 발생사례가 증가하고 있으며, 더욱이 국내의 저심도 구간에서도 스폴링 현상이 보고되어 취성파괴에 대한 연구의 필요성이 요구된다. 그러나 아직까지 취성파괴에 대해 명확하게 규명되어 있지 않아, 본 보고에서 취성파괴현상을 규명하기위해 수행되었던 기존 연구결과를 중심으로 취성파괴에 대하여 요약, 정리하였다.
본 보고에서는 최근 관심이 증가하고 있는 취성파괴에 대하여 기존 연구를 중심으로 취성의 정의와 취성파괴의 특성에 대해 알아보았다. 또한 응력조건에 따른 취성파괴의 특성을 규명하기 위해 수행되었던 모형실험과 현장결과를 비교, 분석하였다.

현장 측정결과가 보고되었다. 발파에 의한 손상을 배제하기 위해 TBM으로 굴착된 심도 420 m, 지름 3.5 m인 소규모 원형 시험터널의 천정과 바닥부에서 약 0.43 ~ 0.52 m의 노치형태의파괴영역이 발생하였다(그림 4 (a)). Hoek-Brown의 파괴기준식과 구성모델을 바탕으로 유한요소프로그램인 Phase2에 의해 수치실험이 수행되었다(Hoek & Brown, 1997).

52 m의 노치형태의파괴영역이 발생하였다(그림 4 (a)). Hoek-Brown의 파괴기준식과 구성모델을 바탕으로 유한요소프로그램인 Phase2에 의해 수치실험이 수행되었다(Hoek & Brown, 1997). 그러나 그림 6에서와같이 제안된 어느 모델로도 관찰된 V-형태의 파괴형상과 일치하는 파괴영역을 예측할 수 없었다.

취성파괴의 발생은 암반구조물의 안정성을 저해시키기 때문에 구조물의 설계단계에서부터 발생여부 및 파괴범위 등을 파악하는 것이 매우 중요하다. 그러나 아직까지 취성파괴의 발생메커니즘을 비롯하여, 응력조건에 따라 발생하는 취성파괴의 개시시점, 파괴범위 및 파괴심도 등과 같은 취성파괴의 특성이 명확하게 규명되지 않아 보다 구체적인 연구가 요구된다. 본 보고에서는 최근 관심이 증가하고 있는 취성파괴에 대하여 기존 연구를 중심으로 취성의 정의와 취성파괴의 특성에 대해 알아보았다.
입자결합모델은 입자들의 운동으로부터 미소적인 파괴를 모사할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그러나 윤경진(2002)의 연구결과에 따르면 일축 압축시험 결과로부터 얻어진 최적모델을 삼축압축시험에 적용하였으나 , 실제 시험에서 얻어진 삼축 압축 강도보다 매우 낮은 최대강도의 결과를 산출하는 것으로 나타나 정량적인 입력변수의 산정기준과 입자구성방식에 있어 더 많은 연구가 필요한 것으로 나타났다.
그러나 그 이외는 대체로 의미면에서 유사하다. 제시된 취성지수는 결정의 간편성 때문에 유용하게 사용될 수 있으나, 실제 문제에 적용하기 위해서는 취성지수의 완결성과 적용성에 대한 검토가 요구된다.

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