• Technical Note

    횡방향 타입 로드헤더의 터널면 절삭공정 고찰

    Operating Process of Transverse Type Roadheader for Tunnel Excavation in Korea

    조민기, 조정우, 김문규, 정재훈, 최성현

    Min-Gi Cho, Jung-Woo Cho, Mun-Gyu Kim, Jae-Hoon Jeong, Sung-Hyun Choi

    국내 터널현장에 도입된 드럼타입 로드헤더의 작동방식 및 현장 운영 사례를 소개하였다. 축방향 타입과 횡방향 타입의 작동에 따른 절삭력과 반력의 방향을 분석하였다. 텔레스코픽 …

    Roadheaders have been operated in the construction of Korean tunneling projects. The note introduces operation manual and management case of transverse type …

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    국내 터널현장에 도입된 드럼타입 로드헤더의 작동방식 및 현장 운영 사례를 소개하였다. 축방향 타입과 횡방향 타입의 작동에 따른 절삭력과 반력의 방향을 분석하였다. 텔레스코픽 실린더의 사용 유무에 따른 터널면 형성의 차이점을 설명하였다. 실린더를 사용하지 않는 경우, 오목한 작은 반경의 터널면이 형성되어 터널면을 좌우로 구분하여 굴진하는 것으로 조사되었다. 그리고 국내 경암 터널 굴착환경에서 썸핑과 쉬어링 공정의 적용방안을 도해적으로 설명하고, 굴착공정에 대한 기존 설명자료를 일부 보완하였다.


    Roadheaders have been operated in the construction of Korean tunneling projects. The note introduces operation manual and management case of transverse type roadhead in a Korean tunneling site. The cutting and reaction forces of axial and transverse type cutting heads were qualitatively analyzed. The shaping surfaces of tunnel faces were visualized in both cases of fixed and auto-controlled telescopic cylinder conditions. Excavating with fixed cylinder, concave surfaces were shaped on tunnel face. The total processes of sumping and shearing were illustrated for excavating hard rock tunneling. The supplementary graphical explanations for total tunneling procedures in Korea were provided.

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    28 February 2023
  • Technical Note

    암반 내 불연속면의 장기 전단 거동 평가를 위한 고찰

    Case Studies on the Experiments for Long-Term Shear Behavior of Rock Discontinuities

    임주휘, 권새하, 최승범, 김태현, 민기복

    Juhyi Yim, Saeha Kwon, Seungbeom Choi, Taehyun Kim, Ki-Bok Min

    고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안정성을 확보하기 위해서 암반 불연속면의 장기적인 전단 거동을 분석하고 그 안정성을 평가해야 한다. 암반 불연속면의 장기 전단 거동은 크리프 …

    Long-term shear behavior of the rock discontinuities should be analyzed and its stability should be evaluated to ensure the long-term stability of …

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    고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안정성을 확보하기 위해서 암반 불연속면의 장기적인 전단 거동을 분석하고 그 안정성을 평가해야 한다. 암반 불연속면의 장기 전단 거동은 크리프 모델, RSF 모델로 모사될 수 있고, 전단 크리프 시험, 속도 단계 시험, 슬라이드-홀드-슬라이드 시험을 통해 모델에 필요한 파라미터를 결정하거나 여러 조건에서 전단 거동을 분석하는 실험을 수행할 수 있다. 기존 연구에 따르면 전단 실험을 위하여 직접전단시험기, 삼축압축시험기, 이축전단시험기가 주로 이용되었으며 현지 암반의 열-수리-역학적인 조건을 재현하기 위해 다양하게 개선된 장비가 이용되었고 그에 따라 다양한 양상의 전단 거동이 관찰되었다. 그러므로 국내 고준위방사성폐기물 처분장을 설계하기 위해서 처분장 부지의 암종, 열-수리-역학적 조건, 광물의 변성, 그리고 전단 저항의 회복 등을 고려하여 암반 불연속면의 장기 거동을 검토해야 한다.


    Long-term shear behavior of the rock discontinuities should be analyzed and its stability should be evaluated to ensure the long-term stability of a high-level radioactive waste disposal repository. The long-term shear behavior of the discontinuities can be modeled with creep and RSF models. The shear creep test, velocity step test, and slide-hold-slide test can be performed to determine their model parameters or analyze the shear behavior by experiments under various conditions. Testing apparatuses for direct shear, triaxial compression, and biaxial shear were mainly used and improved to reproduce the thermo-hydro-mechanical conditions of local bedrock, and it was confirmed that the shear behavior could vary. In order to design a high-level radioactive waste disposal site in Korea, the long-term behavior of rock discontinuities should be investigated in consideration of rock types, thermo-hydro-mechanical conditions, metamorphism, and restoration of shear resistance.

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    28 February 2023
  • Technical Note

    압입시험을 이용한 암석의 취성도 평가에 관한 연구

    A Study on Evaluation of Rock Brittleness Index using Punch Penetration Test

    정호영

    Hoyoung Jeong

    암석의 취성은 암석의 파쇄 및 파괴특성에 주요한 영향을 미치는 인자로 알려져 있으나, 현재까지 표준화된 정의가 없고 연구자들은 취성을 정의하기 위한 다양한 취성도의 …

    The brittleness of rocks plays an important role in determining the fragmentation and failure behavior of rock. However, there is still no …

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    암석의 취성은 암석의 파쇄 및 파괴특성에 주요한 영향을 미치는 인자로 알려져 있으나, 현재까지 표준화된 정의가 없고 연구자들은 취성을 정의하기 위한 다양한 취성도의 산정방식을 제안하여 오고 있다. 암석의 드릴링 및 암반의 기계굴착과정에서도 암석의 취성은 기계굴착장비의 굴진효율 혹은 암석의 굴진저항성을 평가하기 위한 중요한 파라미터로 평가되고 있으며, 다양한 취성도와 기계굴착장비의 굴진효율 사이의 상관관계를 규명하려는 연구들이 지속적으로 수행되고 있다. 본 연구에서는 압입시험으로부터 암석의 취성도를 산출하기 위한 방법에 대하여 소개하고, 압입시험에서 산정되는 취성도와 기존의 암석의 일축압축강도와 간접인장강도로부터 계산되는 기존의 취성도의 상관관계에 대하여 분석하고자 하였다. 상관관계분석 결과로부터 다양한 취성도들 간의 상관관계를 확인할 수 있었으며, 압입시험으로부터 계산되는 PSI와 BI3가 기존의 취성도들과 좋은 상관관계를 보임을 확인하였다. 또한 기존의 취성도 중에서는 B3와 B4가 암반기계굴착분야에서의 굴진효율 및 굴진저항성을 나타내기에 적합한 취성도인 것으로 판단되었다.


    The brittleness of rocks plays an important role in determining the fragmentation and failure behavior of rock. However, there is still no standard method to evaluate the brittleness of rock, and previous studies have suggested the several definitions for estimation of brittleness of rock. Even in the process of mechanical rock excavation and drilling, the brittleness of rock is considered as an important property for evaluating the excavation efficiency of mechanical excavators or boreability of rock. The previous studies have been carried out to investigate the correlation between different brittleness of rock and cutting efficiency and boreability of rock. This study introduced a method for calculating the brittleness of rock from punch penetration test, and analyzed the correlation between the brittleness of rock calculated by the uniaxial compressive and Brazilian tensile strengths and that from punch penetration test. From the results of correlation analysis, the relationship between various brittleness was confirmed, and it was found that PSI and BI3 showed a good correlation with the strength-based brittleness index. In addition, the results indicated that B3 and B4 are suitable to represent the brittleness of rock in the field of mechanical rock excavation.

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    28 February 2023
  • Original Article

    천연방벽 내 암반 절리의 수리-역학적 조건에서의 마찰회복 거동에 대한 실험적 연구

    Experimental Study on Frictional Healing Behavior of Rock Joints in the Natural Barriers under Hydro-Mechanical Conditions

    이용기, 최승범, 박경우, 김진섭, 김태현

    Yong-Ki Lee, Seungbeom Choi, Kyung-Woo Park, Jin-Seop Kim, Taehyun Kim

    고준위방사성폐기물의 심층처분시스템에서 천연방벽은 처분시설을 물리적으로 지지함과 동시에 방사성 핵종의 이동을 지연시키는 역할을 최소 수십만년 이상 수행해야 한다. 천연방벽의 지구조적 장기진화 평가를 위해서는 …

    In deep geological disposal of high-level radioactive waste (HLW), the natural barrier must physically support the disposal facility and delay the movement …

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    고준위방사성폐기물의 심층처분시스템에서 천연방벽은 처분시설을 물리적으로 지지함과 동시에 방사성 핵종의 이동을 지연시키는 역할을 최소 수십만년 이상 수행해야 한다. 천연방벽의 지구조적 장기진화 평가를 위해서는 암반 절리의 장기거동 분석이 필수적이며, 여기에는 마찰회복 거동이 포함된다. 본 연구에서는 암반 절리의 수리-역학적 조건 하 마찰회복 거동을 슬라이드-홀드-슬라이드(slide-hold-slide, SHS) 실험을 통해 실험적으로 분석해 보고자 하였으며, 이를 위해 서로 다른 거칠기의 절리 시험편을 대상으로 역학적 및 수리-역학적 조건에서 SHS 실험을 수행하였다. 수리-역학적 조건에서 마찰회복률은 더 증가하는 경향을 보였으며, 이는 거칠기가 큰 시험편에서 더 분명하게 나타났다. 또한, 절리면에 작용하는 유효 수직응력이 작은 경우에 수리-역학적 조건의 영향이 더 크게 작용함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들은 천연방벽 암반 절리의 마찰회복 거동을 파악하는 데 유용한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.


    In deep geological disposal of high-level radioactive waste (HLW), the natural barrier must physically support the disposal facility and delay the movement of radionuclides for at least hundreds of thousands of years. To evaluate the long-term geological evolution of the natural barriers, it is essential to analyze the long-term behavior of rock joints, including the frictional healing behavior. This study aimed to experimentally analyze the frictional healing behavior of rock joints under hydro-mechanical (H-M) conditions through the slide-hold-slide (SHS) test. The SHS tests were performed under mechanical and H-M conditions for joint specimens of different roughness. In the H-M conditions, the frictional healing rate tended to increase, which was more evident in the specimens with large roughness. In addition, it was confirmed that the effect of the hydro-mechanical conditions was more significant when the effective normal stress acting on the joint surface was small. These results are expected to be used as fundamental data to understand the frictional healing behavior of rock joints in the natural barriers.

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    28 February 2023
  • Original Article

    2차원 수리-역학적 연계 입자유동코드를 사용한 가스생산 유발지진 모델링: 네덜란드 그로닝엔 천연가스전에서의 지진 사례 연구

    Modelling Gas Production Induced Seismicity Using 2D Hydro-Mechanical Coupled Particle Flow Code: Case Study of Seismicity in the Natural Gas Field in Groningen Netherlands

    윤정석, AnneStrader, JianZhou, OnnoDijkstra, RamonSecanell, 민기복

    Jeoung Seok Yoon, Strader Anne, Zhou Jian, Dijkstra Onno, Secanell Ramon, Ki-Bok Min

    본 연구에서는 2차원 수리-역학적연계 개별요소모델링(DEM)을 사용하여 네델란드 그로닝엔(Groningen) 천연가스전 저류층의 유발지진을 모사하였다. 수치해석 코드는 ITASCA社의 상용프로그램인 PFC2D (Particle Flow Code 2D)를 사용하였으며 …

    In this study, we simulated induced seismicity in the Groningen natural gas reservoir using 2D hydro-mechanical coupled discrete element modelling (DEM). The …

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    본 연구에서는 2차원 수리-역학적연계 개별요소모델링(DEM)을 사용하여 네델란드 그로닝엔(Groningen) 천연가스전 저류층의 유발지진을 모사하였다. 수치해석 코드는 ITASCA社의 상용프로그램인 PFC2D (Particle Flow Code 2D)를 사용하였으며 본 수치해석 연구에 적용하기 위해 수리-역학적 연계모델 외 1) 비균질 저류층 압력분포 초기화, 2) 비선형 압력-시간이력 경계조건, 3) 국소 응력 분포 계산 등의 개별모듈을 추가개발, 적용하였다. 그로닝엔 가스전에 분포하는 복잡한 단층 형상을 포함하는 40 × 50 km2 크기의 2차원 모델을 생성하였고, 1960년부터 2020년까지 약 60년 동안의 가스생산, 즉 압력저하로 인한 단층의 파괴거동을 모사하였다. 유발지진의 시공간적 발생을 수치해석모델로 재현하였고 그 발생 메커니즘을 규명하였다. 또한 저류층 압축으로부터 지표에서의 지반침하의 분포를 예측하였고 그로닝엔에서의 실측자료 사이에 유사성을 확인할 수 있었다. 이를 통해 본 연구에서 소개한 2차원 수리-역학적연계 개별요소모델링(DEM)의 복잡한 지질조건과 수리-역학적 연계 프로세스에 의한 단층거동을 구현할 수 있는 툴(tool)로서의 활용성을 확인하였다.


    In this study, we simulated induced seismicity in the Groningen natural gas reservoir using 2D hydro-mechanical coupled discrete element modelling (DEM). The code used is PFC2D (Particle Flow Code 2D), a commercial software developed by Itasca, and in order to apply to this study we further developed 1)initialization of inhomogeneous reservoir pressure distribution, 2)a non-linear pressure-time history boundary condition, 3)local stress field monitoring logic. We generated a 2D reservoir model with a size of 40 × 50 km2 and a complex fault system, and simulated years of pressure depletion with a time range between 1960 and 2020. We simulated fault system failure induced by pressure depletion and reproduced the spatio- temporal distribution of induced seismicity and assessed its failure mechanism. Also, we estimated the ground subsidence distribution and confirmed its similarity to the field measurements in the Groningen region. Through this study, we confirm the feasibility of the presented 2D hydro-mechanical coupled DEM in simulating the deformation of a complex fault system by hydro-mechanical coupled processes.

    - COLLAPSE
    28 February 2023