초록 ▼

1) 기존 발파패턴의 분석을 시행하고 문제점 및 개선방안을 도출한다.
2) 등방성 지반조건에서 발파공 특성을 고려한 공 주변 암반의 파괴메카니즘에 대한
이론을 구명한다.
3) 퇴적암,편마암등 이방성 지반조건을 고려한 파괴메카니즘에 대한 이론을 규명한다.
4) 발파하중작용시 주변 암반의 손상 및 이완하중 발생에 대한 메커니즘을 규명한다.
5) 이를 이용하여 암반의 여굴 및 손상영역을 최소화하는 발파시스템을 개발한다.
국내 산악터널의 발파패턴을 검토하고 패턴별로 심발공, 확대공, 외곽공의 발파메카

1) 기존 발파패턴의 분석을 시행하고 문제점 및 개선방안을 도출한다.
2) 등방성 지반조건에서 발파공 특성을 고려한 공 주변 암반의 파괴메카니즘에 대한
이론을 구명한다.
3) 퇴적암,편마암등 이방성 지반조건을 고려한 파괴메카니즘에 대한 이론을 규명한다.
4) 발파하중작용시 주변 암반의 손상 및 이완하중 발생에 대한 메커니즘을 규명한다.
5) 이를 이용하여 암반의 여굴 및 손상영역을 최소화하는 발파시스템을 개발한다.
국내 산악터널의 발파패턴을 검토하고 패턴별로 심발공, 확대공, 외곽공의 발파메카
니즘과 암반거동에 미치는 영향을 분석하였다. 발파공별 암반손상 범위를 분석한 결
과 확대공에 의한 손상영역이 너무 큰 문제점을 도출하고 현 발파설계의 개선안을 제
안하였다. 발파압력은 충격파이론을 적용하여 이론적으로 유도하였다. 이론적인 발파
압력과 응력파 전파특성의 적정성을 확인하기 위해 콘크리트 시편을 이용하여 실내모
형 및 현장시험을 시행하고 분석하였다. 또한 시험과정을 모델링하여 수치해석을 시
행하였으며 수치해석결과의 정확도를 높이는 방안을 강구하였다.
화약이 폭발하면 충격파가 발생하고 발파공 주변 암반에 전파된다. 충격파는 거리감
쇠가 현저하여 발파공 주변 일부를 제외하고 대부분 탄성파 형태로 발파압력이 전파
된다. 발파압력 작용시 등방성 암반의 균열발생 및 손상메카니즘을 규명하였다. 암반
손상은 암반 초기균열, 인장하중 재하율, 하중재하 시간의 함수로 정의되었다. 또한
암반손상 정도는 균열밀도(crack density)를 이용하여 파괴확률(the probability of
fracture)로 정의하였다. 암반손상은 역학적으로 암반강성(stiffness)을 감소시키는 역
할을 한다. 이방성 특성을 고려한 암반의 동적 거동방정식을 유도하고 균열 및 손상
정도를 산출할 수 있는 수치해석 프로그램을 개발하였다. 수치해석 결과의 암반 균열
및 손상 정도를 확인하기 위하여 발파압력파 전파시험과 손상영역시험을 시행하였다.
수치해석결과의 등방성과 이방성 손상영역은 시험결과와 거의 유사하였다.
암반손상을 평가할 수 있는 현장시험은 텔레뷰어(teleview)탐사, 시추공 영상촬영
(BIPS), 시추공간 탄성파탐사, 탄성파토모그래피 등이 있다. 이런 기법을 검토하고 새
로운 기법을 연구하여 웨이브렛을 이용한 암반손상 평가기법을 개발하였다. 현장 발
파시험을 시행하고 웨이브렛 손상평가 기법의 적용성을 검증하였으며 합리적인 방법
으로 확인되었다. 손상영역을 평가하기 위하여 개발된 수치해석 프로그램을 사용하여
현행 발파패턴도의 적합성 및 문제점을 분석 보완하고 중점 연구하여 암반손상을 최
소화하는 최적 발파패턴 설계방안을 개발하였다.
발파압력을 이론적으로 유도하고 이것이 여굴 및 암반손상에 미치는 영향을 수치해
석으로 정량화하였다. 따라서 현재 경험적으로 시행되었던 발파설계와 시공분야에 이
론적 기초를 확립하였다. 특히 터널의 장기적 안정성에 영향을 미치는 암반손상을 평
가함으로서 터널안정성 확보에 중요한 기여를 하였다. 또한 여굴 및 암반손상을 감소
시킴으로서 터널붕괴 가능성을 최소화하고 건설비 감소함으로서 인적 및 경제적 손실
을 최소화하였다. 연구활동 결과, 국내의 학술논문지 7편 및 학술발표회 4편, 해외 학
술발표회 1편의 논문을 발표하였다. 또한 이 연구를 통하여 발파설계 분야 전문인력
인 박사 2명, 석사 3명을 배출하였고 각종 학술활동을 통한 연구발표로 수 많은 발파
분야 전문인력들에게 직간접적인 교육효과를 성취하였다.

Abstract ▼

1. Analyzing existing blasting patterns to find drawbacks of current methods.
2. Proposing a theoretical fracture mechanism around blasting hole considering
rock characteristics under isotropic ground condition.
3. Proposing a theoretical fracture mechanism under anisotropic ground
condi

1. Analyzing existing blasting patterns to find drawbacks of current methods.
2. Proposing a theoretical fracture mechanism around blasting hole considering
rock characteristics under isotropic ground condition.
3. Proposing a theoretical fracture mechanism under anisotropic ground
conditions such as a blasting hole in sedimentary rocks or gneiss.
4. Proposing a mechanism of rock damage and load relaxation around blasting
hole under blasting pressure.
5. Developing a blasting system to minimize over-excavation and rock damage.
In this study, blasting patterns for tunnelling in mountaineous area in Korea
were analyzed under cut, stoping, and contour hole conditions. Analysis results
showed that rock damages from blasting in stoping hole were most significant.
The blasting pressure was estimated using shock-wave theory. Laboratory tests
using concrete samples and field tests were performed to verify the theoretical
estimation of blasting pressure and the characteristics of blasting pressure
propagation. In addition to tests, numerical simulations for testing procedures
were conducted to further verify analysis results.
When an explosive is detonated in a blasting hole, a shock-wave is generated
and transferred to surrounding rock. Since the shock-wave can propagate up to
a very short distance around the blasting hole due to its attenuation
characteristic, the blasting pressure is propagated as an elastic-wave form after
detonation. Rock damage mechanism under blasting pressure is defined in an
isotropic rock. Damages in rock are defined as a function of initial damage in
rock, applied tensile stress ratio, and applied stress duration. The degree of
damage in rock is also defined as the probability of fracture considering crack
density. Damages in rock may cause the decrease of rock mass strength. A
numerical analysis program is developed to estimate rock damages based on
proposed governing equation for the dynamic behavior of anisotropic rock.
Blasting pressure propagation and rock damage assessment testings were
conducted to verify numerical analysis results, which showed good agreements
with numerical analysis results.
In-situ testing methods to evaluate rock damages are teleview testing,
Borehole Image Processing System(BIPS), elastic-wave testing between
boreholes, elastic-wave topography, and so on. Those testing methods were
evaluated and a new testing method using wavelet transform was proposed to
evaluate rock damages. The proposed method was validated using the data from
in-situ blasting tests. A numerical analysis methodology to estimate rock
damages was developed based on proposed blasting pressure estimation method.
Current blasting patterns were evaluated using developed numerical analysis
program in this study. According to analysis results, an optimum blasting
pattern design method to minimize rock damage was proposed. The theoretical
background is also established to design blasting pattern which has been
designed only based on empirical methods.
Rock damages affecting long-term stability of tunnel are evaluated, which
confirms the long-term stability of tunnel in this study. The proposed method
can minimize over-excavations and rock damages in tunnelling, so that the
application of proposed method can decrease construction cost and the probability
of loss of human life. During the period of this study, 5 Korean journal papers,
3 conference papers in Korea, and 1 international conference paper were
published, and 2-Ph.D and 3 master's degrees were also endowed.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 2. 연구방법 및 이론...12
• 3. 결과 및 고찰...60
• 4. 결론...97
• 5. 인용문헌...101