• Technical Notes

    MIRECO EYE 시스템을 활용한 광산 지하공동의 수치화 및 형상화 분석 연구

    A Study on Digitization and Figuration Analysis of the Underground Mine Cavity Using MIRECO EYE System

    김수로, 박제현, 양인재

    Soo Lo Kim, Jay Hyun Park, In Jae Yang

    광해방지사업은 인간의 과거 광산 활동과 현재의 삶(환경)과 밀접하게 관련되어 있다. 이는 광산지역이 국가적 관리가 필요한 이유 중 하나이다. 광해방지사업의 효율적 시행을 위해서는 ...

    Mine reclamation project is closely related to human’s past mining activities and the current human’s living environment. It is a reason for ...

    + READ MORE
    광해방지사업은 인간의 과거 광산 활동과 현재의 삶(환경)과 밀접하게 관련되어 있다. 이는 광산지역이 국가적 관리가 필요한 이유 중 하나이다. 광해방지사업의 효율적 시행을 위해서는 폐광산 지하공간에 대한 정밀한 조사 및 분석이 필요하다. 한국광해관리공단은 지하공동을 실측하고 조사하는 실용화 기술을 개발해오고 있다. MIRECO EYE 시스템은 지하공동의 3차원 수치화 및 형상화 조사장비이다. 레이저, 소나 및 영상측정 기술이 융복합되어 있으며, 접근이 불가능하였던 지하공동에 대한 정보를 획득하고, 광산 지역의 침하 위험관리에 사용되고 있으며, 최근에는 도심지 싱크홀 분야 등 다양한 목적으로도 활용되고 있다. 본 연구는 MIRECO EYE 시스템을 통해 획득된 정밀 수치정보 및 형상정보의 분석에 관한 연구이다.


    Mine reclamation project is closely related to human’s past mining activities and the current human’s living environment. It is a reason for the national management. In order to efficiently carry out mine reclamation projects, a precise investigation and analysis of the underground space of the abandoned mine is required. Korea MINE RECLAMATION Corp. is developing a practical technology that is effective in investigating and actually measuring underground cavities. MIRECO EYE system is an exploration equipment for 3D digitization and figuration of underground cavities. As combining a laser, sonar and image acquisition technology, it enables access to information about inaccessible underground cavities and effective management of subsidence risk of mined area. and currently it is also utilized for various purposes in related areas such as investigating urban sinkholes. This article is precise numerical and geometric information analysis obtained through MIRECO EYE system.

    - COLLAPSE
    October 2018
  • Original Article

    유체 주입에 의한 단층의 수리역학적 거동 해석: 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task B 연구 현황(Step 1)

    Hydro-Mechanical Modelling of Fault Slip Induced by Water Injection: DECOVALEX-2019 TASK B (Step 1)

    박정욱, 박의섭, 김태현, 이창수, 이재원

    Jung-Wook Park, Eui-Seob Park, Taehyun Kim, Changsoo Lee, Jaewon Lee

    본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 ‘Fault slip modelling’으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, ...

    This study presents the research results and current status of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named ‘Fault slip modelling’ is ...

    + READ MORE
    본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 ‘Fault slip modelling’으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.


    This study presents the research results and current status of the DECOVALEX-2019 project Task B. Task B named ‘Fault slip modelling’ is aiming at developing a numerical method to simulate the coupled hydro-mechanical behavior of fault, including slip or reactivation, induced by water injection. The first research step of Task B is a benchmark simulation which is designed for the modelling teams to familiarize themselves with the problem and to set up their own codes to reproduce the hydro-mechanical coupling between the fault hydraulic transmissivity and the mechanically-induced displacement. We reproduced the coupled hydro-mechanical process of fault slip using TOUGH-FLAC simulator. The fluid flow along a fault was modelled with solid elements and governed by Darcy's law with the cubic law in TOUGH2, whereas the mechanical behavior of a single fault was represented by creating interface elements between two separating rock blocks in FLAC3D. A methodology to formulate the hydro-mechanical coupling relations of two different hydraulic aperture models and link the solid element of TOUGH2 and the interface element of FLAC3D was suggested. In addition, we developed a coupling module to update the changes in geometric features (mesh) and hydrological properties of fault caused by water injection at every calculation step for TOUGH-FLAC simulator. Then, the transient responses of the fault, including elastic deformation, reactivation, progressive evolutions of pathway, pressure distribution and water injection rate, to stepwise pressurization were examined during the simulations. The results of the simulations suggest that the developed model can provide a reasonable prediction of the hydro-mechanical behavior related to fault reactivation. The numerical model will be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOLVAEX-2019 Task B and validated using the field data from fault activation experiments in a further study.

    - COLLAPSE
    October 2018
  • Original Article

    일반화된 Hoek-Brown 파괴조건식에 내포된 전단강도 근사식

    Approximate Shear Strength Formula Implied in the Generalized Hoek-Brown Failure Criterion

    이연규

    Youn-Kyou Lee

    일반화된 Hoek-Brown (GHB) 파괴조건식은 최근 각종 암반공학적 계산에 활발히 이용되고 있지만 Mohr 파괴포락선이 해석적 수식으로 표시되지 않아 적용범위를 넓히는데 어려움이 있다. 이러한 ...

    Recently, the generalized Hoek-Brown (GHB) failure criterion has been actively employed in various rock engineering calculations, but the analytical form of the ...

    + READ MORE
    일반화된 Hoek-Brown (GHB) 파괴조건식은 최근 각종 암반공학적 계산에 활발히 이용되고 있지만 Mohr 파괴포락선이 해석적 수식으로 표시되지 않아 적용범위를 넓히는데 어려움이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 이 연구에서는 GHB 파괴함수에 내포된 수직응력 - 접선마찰각 관계식을 다항식으로 최적 근사시켜 접선마찰각을 수직응력의 명시적 근사함수로 표시하는 새로운 방법을 제안하였다. 이 수직응력 - 접선마찰각 관계식을 직선 또는 2차 다항식으로 최적 근사시킬 경우 접선마찰각에 대한 해석적 해가 존재한다. 이 해를 전단응력 - 접선마찰각 관계식에 대입하면 GHB 파괴함수의 근사적 Mohr 파괴포락선을 유도하는 것이 가능하다. 유도한 근사 Mohr 파괴포락선은 GSI 값 전체 범위에서 정해와 매우 근사함이 입증되었다.


    Recently, the generalized Hoek-Brown (GHB) failure criterion has been actively employed in various rock engineering calculations, but the analytical form of the corresponding Mohr failure envelope is not available, making it difficult to extend the application of the GHB criterion. In order to overcome this disadvantage, this study proposes a new method to express the tangential friction angle as an explicit function of normal stress by invoking the polynomial best-fitting to the relationship between normal stress and tangent friction angle implied in the GHB failure function. If this normal stress - tangential friction angle relationship is best-fitted with linear or quadratic polynomial function, it is possible to find the analytical root for tangential friction angle. Subsequently, incorporating the root into the relationship between shear stress and tangential friction angle accomplishes the derivation of the approximate Mohr envelope for the GHB criterion. It is demonstrated that the derived approximate Mohr failure envelopes are very accurate in the entire range of GSI value.

    - COLLAPSE
    October 2018
  • Original Article

    터널 축소모형실험을 통한 이방성 암반내 록볼트의 보강효과 검토

    Evaluation of Reinforcement Effect of Rock Bolts in Anisotropic Rock Mass Using Tunnel Scaled Model Tests

    김종우

    Jong-Woo Kim

    본 연구에서는 터널의 축소모형실험을 통해 이방성 암반에 설치되는 록볼트의 보강효과를 검토하였다. 이를 위해 터널규격, 암석강도, 이방성 경사, 측압계수를 달리한 두 가지 터널사례를 ...

    Scaled model tests were performed to evaluate the reinforcement effect of rock bolts in anisotropic rock mass. For this purpose, two tunnel ...

    + READ MORE
    본 연구에서는 터널의 축소모형실험을 통해 이방성 암반에 설치되는 록볼트의 보강효과를 검토하였다. 이를 위해 터널규격, 암석강도, 이방성 경사, 측압계수를 달리한 두 가지 터널사례를 실험하였다. 구슬달린 자수용 시침핀을 사용하여 전면접착식 D25 이형봉강 록볼트를 모델링하였고 이들을 모형터널의 천반과 측벽에 체계적으로 설치하였다. 첫 번째 사례에서, 무지보 모형은 터널 천정부에서 초기균열이 발생하였지만 록볼트 설치 모형은 록볼트가 설치되지 않은 영역인 터널 바닥부에서 초기균열이 발생하였다. 또한, 록볼트 설치 모형은 무지보 모형에 비해 균열개시압력과 최대압력이 각각 11%, 7% 더 컸고, 이방성 암반의 불연속면이 터널의 파괴거동에 미치는 영향은 작아져서 록볼트의 보강효과를 실험적으로 검증할 수 있었다. 지보패턴을 달리 적용한 두 번째 사례에서는, 록볼트의 길이와 수량이 큰 모형일수록 균열개시압력이 크고 하중에 따른 터널면적 축소비율은 작게 나타나, 록볼트의 길이와 수량을 증가시킬수록 록볼트의 성능이 향상됨을 알 수 있었다.


    Scaled model tests were performed to evaluate the reinforcement effect of rock bolts in anisotropic rock mass. For this purpose, two tunnel cases were experimented which had different tunnel sizes, rock strengths, anisotropic angles and coefficients of lateral pressure. The fully grouted rock bolts of the D25 deformed bar were modeled as the basting pins with bead and were systematically installed at the roof and the side wall of the model tunnel. As results of the first case experimentations, the unsupported model showed initial crack at the roof of tunnel, but the supported model with rock bolts showed initial crack at the floor of tunnel where rock bolts were not installed. The crack initiating pressure and the maximum pressure of the supported model with rock bolts were 11% and 7% larger than those of the unsupported model, respectively. Moreover, the effect of the existing discontinuities in anisotropic rock mass on the fracture behavior of tunnel was reduced in the supported model, and so the reinforcement effect of rock bolt turned out to be experimentally verified. As results of the second case experimentations considering different support patterns, the crack initiating pressures of models were larger and the reduction ratios of tunnel area according to applied load were smaller as the length and the quantity of rock bolts were larger. Therefore, it was found that the performance of the rock bolts turned out to be improved as they were larger.

    - COLLAPSE
    October 2018
  • Original Article

    실측진동파형을 이용한 석회석 갱내채광장의 안정성 분석 연구

    A Study on the Stability Analysis of Underground Limestone Openings using the Measurement Vibration Waveform

    김병렬, 이승중, 최성웅

    Byung-Ryeol Kim, Seung-Joong Lee, Sung-Oong Choi

    본 연구에서는 갱내채광장의 발파현상을 보다 현실적으로 수치해석상에서 반영하기 위하여 현장에서의 발파를 통해 획득한 발파진동 파형을 발파지점의 진동속도로 변환하여 이를 동적수치해석의 입력 자료로 ...

    For increase of reality in numerical analysis, a blasting vibration waveform obtained from field blast operations has been directly used for input ...

    + READ MORE
    본 연구에서는 갱내채광장의 발파현상을 보다 현실적으로 수치해석상에서 반영하기 위하여 현장에서의 발파를 통해 획득한 발파진동 파형을 발파지점의 진동속도로 변환하여 이를 동적수치해석의 입력 자료로 직접 활용하였다. 석회석 갱내채광장의 지질특성과 채광단계를 반영한 수치모델을 구성하였으며, 이를 바탕으로 동적수치해석을 수행하여 석회석 갱내광산의 발파작업이 채광장의 안정성에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과와 현장에서 계측된 발파진동의 비교를 통하여 실측발파진동의 적정성을 확인하였으며, 연속되는 채광작업은 응력의 교란에 의한 천반붕락 및 채굴공동 주변의 활동성 파괴영역의 발생을 야기할 수 있는 것으로 분석되었다. 이로부터 연구대상 광산에서의 안정적인 채광활동을 위해서는 추가적인 보강대책이 필요할 것으로 판단된다.


    For increase of reality in numerical analysis, a blasting vibration waveform obtained from field blast operations has been directly used for input parameters of dynamic analysis in the form of vibration velocity. A numerical model was built considering the geological characteristics of underground limestone opening as well as the mining stages in this opening, and the effect of blast operations on stability of underground limestone opening was investigated by dynamic numerical analysis. The adequacy of applying the real vibration waveform to dynamic analysis has been approved from the preliminary analysis, and the dynamic numerical analysis results show that the continuous mining operation can cause the collapse of roof in openings and the active yield zone around openings. Therefore, the additional reinforcements should be applied for ensuring the stability of underground limestone openings.

    - COLLAPSE
    October 2018
  • Original Article

    포화에 의한 암석물성 변화에 대한 실험적 연구

    Experimental Study on the Change of Rock Properties due to Water Saturation

    최승범, 이수득, 전석원

    Seung-Beom Choi, Sudeuk Lee, Seokwon Jeon

    본 연구에서는 한반도 남부 지역에서 취득 가능한 응회암, 현무암, 섬록암 시험편에 대하여 다양한 실내시험을 수행하였다. 건조/포화 조건으로 대별하여 실내실험을 수행했으며 이를 바탕으로 ...

    In this study, various laboratory experiments were conducted on tuff, basalt and diorite specimens, which were obtained in the southern part of ...

    + READ MORE
    본 연구에서는 한반도 남부 지역에서 취득 가능한 응회암, 현무암, 섬록암 시험편에 대하여 다양한 실내시험을 수행하였다. 건조/포화 조건으로 대별하여 실내실험을 수행했으며 이를 바탕으로 포화에 따른 암석 물성변화를 실험적으로 고찰하였다. 실험결과, 비교적 공극률이 작은 시험편을 대상으로 했음에도 불구하고 확연한 강도 저하와 변형 특성 변화가 관찰되었다. 실험결과를 바탕으로 암석의 주요 역학적 물성인 일축압축강도, 탄성계수, 간접인장강도를 예측할 수 있는 회귀모델을 구성하였다. 비파괴 물성인 P파 속도, Shore 경도를 독립변수로 이용하였으며 그 결과 만족할 만한 수준의 물성 예측 모델이 구성되었음을 확인하였다.


    In this study, various laboratory experiments were conducted on tuff, basalt and diorite specimens, which were obtained in the southern part of Korean Peninsula. Experiments were performed under dry and water saturated conditions. Results showed that strength degradation and change of deformation characteristics were remarkable although the specimens had small porosity. Based on the results, regression models that are capable of predicting important mechanical rock properties, such as uniaxial compressive strength, Young’s modulus, Brazilian tensile strength were proposed. P-wave velocity and Shore hardness were selected as independent variables and the results showed satisfactory prediction performance for the experimental data collected in this study.

    - COLLAPSE
    October 2018
  • Original Article

    앵커 긴장력 상시확인을 위한 육안확인장치 개발

    Development of Visual Confirmation Device for Anchor Tensile Force

    윤환희, 이용주, 오동욱, 김동현, 정혁상

    Hwan Hee Yoon, Yong Joo Lee, Dong Wook Oh, Dong Hyun Kim, Hyuk Sang Jung

    본 논문에서는 그라운드 앵커의 긴장력 손실에 대응하고자 긴장력 상시확인을 위한 앵커 긴장력 상시 육안확인장치에 대한 내용을 다루었다. 그라운드 앵커는 사회적 인프라 시설의 ...

    This paper deals with visual confirmation device for tensile force verification in order to cope with tensile force loss of ground anchor. ...

    + READ MORE
    본 논문에서는 그라운드 앵커의 긴장력 손실에 대응하고자 긴장력 상시확인을 위한 앵커 긴장력 상시 육안확인장치에 대한 내용을 다루었다. 그라운드 앵커는 사회적 인프라 시설의 안정성을 확보하기 위해 시공되었지만 지속적인 긴장력 손실로 인해 시설물에 대한 안전이 심각하게 우려되고 있는 실정이다. 이에 앵커의 유지관리가 요구되지만 현재 잔존긴장력의 계측은 경제적인 측면을 고려하여 표본조사로 이루어지고 있어 정밀도에 대한 한계점을 지니고 있다. 따라서 본 논문에서는 앵커의 긴장력을 육안으로 확인할 수 있는 앵커 긴장력 상시 육안확인장치의 개발을 목적으로 개념설계, 실내 인장실험을 통한 규격화를 수행하였으며, 현장시험을 통해 성능을 확인하였다.


    This paper deals with visual confirmation device for tensile force verification in order to cope with tensile force loss of ground anchor. Ground anchors are constructed to ensure the stability of social infrastructure facilities, but continuous loss of tensile force is seriously concerned about safety of the facilities. This requires the maintenance of the anchors, but the current measuring of residual tensile force is done by sampling, taking into account economic aspects, which limits precision. In this paper, conducted a conceptual design, tensile experiment, and field test for the purpose of developing an anchor tensile force visual device to check the tensile force of the anchors.

    - COLLAPSE
    October 2018