- Rock bridges를 고려한 수치 해석적 수압파쇄 균열거동 연구
- ㆍ 저자명
- 최성웅
- ㆍ 간행물명
- 터널과 지하공간: 한국암반공학회지
- ㆍ 권/호정보
- 2000년|10권 3호|pp.447-456 (10 pages)
- ㆍ 발행정보
- 한국암반공학회
- ㆍ 파일정보
- 정기간행물| PDF텍스트
- ㆍ 주제분야
- 기타
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일반적으로 암반 구조물의 안정성에 심각한 영향을 미칠 수 있는 것으로 알려진, 암반 내의 rock bridges는 일종의 opening-mode fracture로 간주될 수 있다. 초창기에는 재료의 저항 특성을 고려하여 rock bridges 자체의 거동 특성에 대한 연구가 있었으나, 최근에 와서는 수치 해석적 연구를 통해 파괴역학의 개념을 적용하여 rock bridges의 분포특성이 암반 구조물의 안정성에 미치는 영향 등을 새롭게 연구하고 있다. 본 연구에서는 rock bridges가 수압파쇄 균열의 분포특성에 미치는 영향을 규명하고자, rock bridges의 분포형태에 따른 암반 내 응력 분포 특성과 균열의 bridge 현상을 먼저 살펴보았다. 즉 , 균열의 길이에 대한 균열의 간격의 비 (s/L 비) 균열의 길이에 대한 균열의 오버랩의 비 (d/L 비)를 변화시키면서 응력 분포 특성을 수치 해석적으로 살펴본 결과, 2개의 균열만으로도 여러 개의 균열 분포 특성을 대표할 수 있음을 알았고, s/L 비가 감소할수록 또는 d/L비가 증가할수록 암반 내 응력 집중은 커짐을 알 수 있었다. 이러한 수치 해석결과를 토대로, 수압파쇄 균열과 rock bridges의 상호 관계를 수치 해석적으로 연구한 결과, rock bridges가 없을 경우 탄성이론에 맞게 발전하던 수압파쇄 균열이, rock bridges의 존재에 의해 수압파쇄 균열의 전파 방향이 왜곡됨은 물론 수압파쇄 균열에 수직으로 작용하는 원거리 응력도 정확히 표현하지 못함을 알았다. 즉 , 수압파쇄 균열 선단에서의 mode I 응력집중계수는 s/L비가 감소할수록 또는 d/L 비가 증가할수록 커짐을 알 수 있었다. 이러한 연구결과로부터, 균열의 분포특성을 규명하기 위해 노두에서 일반적으로 실시되는 scanline 조사에서 얻을 수 있는 s/L 비와 d/L 비를 통하여 암반 내에 존재하는 응력의 평가 방법이 새로이 제안할 수 있을 것이다.
Rock bridge in rock masses can be considered as one of several types of opening-mode fractures, and also it has been known to have a great influence on the stability of structures in rock mass. In the beginning of researching a rock bridge it used to be studied only in characteristics of its behavior, as considering resistance of material itself. However the distribution pattern of rock bridges, which can affect the stability of rock structures, is currently researched with a fracture mechanical approach in numerical studies. For investigating the effect of rock bridges on the development pattern of hydraulic fractures, the author analyzed numerically the stress state transition in rock bridges and their phenomena with a different pattern of the rock bridge distributions. From the numerical studies, a two-crack configuration could be defined to be representative of the most critical conditions for rock bridges, only when cracks are systematic and same in their length and angle. Moreover, coalescence stresses and onset of propagation stresses could be known to increase with decreasing s/L ratio or increasing d/L ratio. The effect of pre-existing crack on hydraulic fracturing was studied also in numerical models. Different to the simple hydraulic fracturing modeling in which the fractures propagated exactly parallel to the maximum remote stress, the hydraulic fractures with pre-existing cracks did not propagate parallel to the maximum remote stress direction. These are representative of the tendency to change the hydraulic fractures direction because of the existence of pre-existing crack. Therefore s/L, d/L ratios will be identical as a function effective on hydraulic fractures propagation, that is, the K$_1$ value increase with decreasing s/L ratio or increasing d/L ratio and its magnification from onset to propagation increases with decreasing s/L ratio. The scanline is a commonly used method to estimate the fracture distribution on outcrops. The data obtained from the scanline method can be applied to the evaluation of stress field in rock mass.