평면이방성 Mohr-Coulomb 암석 강도의 중간주응력 의존성 = Intermediate Principal Stress Dependency in Strength of Transversely Isotropic Mohr-Coulomb Rock

국문 초록 (Abstract)

1960년대 후반 이래로 수행된 여러 진삼축압축시험 결과에 의하면 암석의 파괴강도는 중간주응력의 크기에 상당한 영향을 받는 것으로 나타나고 있다. 이러한 실험적 결과를 바탕으로 지금까지 중간주응력이 파괴에 미치는 영향을 고려할 수 있는 다양한 3차원 파괴조건식들이 제안되고 있다. 그러나 문헌에 보고된 대부분의 3차원 파괴기준식들은 암석의 진삼축압축 강도를 현상학적으로 재현하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 관련된 강도정수들의 역학적 의미가 명확하지 않다. 이 연구에서는 암석강도의 중간주응력 의존성이 암석 내에 포함된 연약면들의 공간적 분포특성과 관련성이 있다는 가능성을 확인하기 위해 평면이방성 암석모델을 대상으로 수치 진삼축압축시험을 수행하였다. 미소구조텐서 개념을 활용하여 이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식을 개발하였으며 이를 강도기준식으로 활용하고 임계면법을 적용하여 평면이방성 암석의 파괴강도 및 파괴면 방향의 중간주응력 의존성을 분석하였다. 분석결과는 암석에 포함된 미시적 연약면들의 주응력 방향에 대한 방향성이 암석강도의 중간주응력 의존성과 밀접한 관련성이 있음을 암시해준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A number of true triaxial tests on rock samples have been conducted since the late 1960 and their results strongly suggest that the intermediate principal stress has a considerable effect on rock strength. Based on these experimental evidence, various 3-D rock failure criteria accounting for the effect of the intermediate principal stress have been proposed. Most of the 3-D failure criteria, however, are focused on the phenomenological description of the rock strength from the true triaxial tests, so that the associated strength parameters have little physical meaning. In order to confirm the likelihood that the intermediate principal stress dependency of rock strength is related to the presence of weak planes and their distribution to the preferred orientation, true triaxial tests are simulated with the transversely isotropic rock model. The conventional Mohr-Coulomb criterion is extended to its anisotropic version by incorporating the concept of microstructure tensor. With the anisotropic Mohr-Coulomb criterion, the critical plane approach is applied to calculate the strength of the transversely isotropic rock model and the orientation of the fracture plane. This investigation hints that the spatial distribution of microstructural planes with respect to the principal stress triad is closely related to the intermediate principal stress dependency of rock strength.

목차 (Table of Contents)

• Abstract
• 초록
• 1. 서론
• 2. 이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식
• 3. 평면이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식
• 4. 평면이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식을 적용한 진삼축압축시험
• 5. 결론
• References

참고문헌 (Reference)

• 1 이연규, "중간주응력을 고려한 선형 및 비선형 암석파괴조건식의 비교 고찰" 한국암반공학회 22 (22): 12-21, 2012
• 2 이연규, "임계면법을 이용한 횡등방성 암석의 강도 예측" 한국암반공학회 17 (17): 119-127, 2007
• 3 Chang, C., "True triaxial strength and deformability of the German Continental deep drilling program (KTB) deep hole amphibolite" 105 : 18999-19013, 2000
• 4 Haimson, B.C., "The effect of the intermediate principal stress on fault formation and fault angle in siltstone" 32 : 1701-1711, 2010
• 5 Pietruszczak, S., "On failure criteria for anisotropic cohesive-frictional materials" 25 : 509-524, 2001
• 6 이연규, "Mohr-Coulomb 파괴곡면에 근사하는 암석의 3차원 파괴조건식 고찰" 한국암반공학회 21 (21): 93-102, 2011
• 7 Descamps, F., "Limiting evelopes of a dry porous limestone under true triaxial stress states" 56 : 88-99, 2012
• 8 Cai, M., "Influence of intermediate principal stress on rock fracturing and strength near excavation boundaries - Insight from numerical modeling" 45 : 763-772, 2008
• 9 Mogi, K., "Experimental rock mechanics" Taylor & Francis 2007
• 10 Takahashi, M., "Effect of the intermediate principal stress on strength and deformation behavior of sedimentary rocks at the depth shallower than 2000m, In Rock at great depth 1" 19-26, 1989
• 11 Mogi, K., "Effect of the intermediate principal stress on rock failure" 72 : 5117-5131, 1967
• 12 Liolios, P., "Comparison of a hyperbolic failure criterion with established failure criteria for cohesive-frictional materials" 63 : 12-16, 2013
• 13 Colmenares, L.B., "A statistical evaluation of intact rock failure criteria constrained by polyaxial test data for five different rocks" 39 : 695-729, 2002
• 14 Benz, T., "A quantitative comparison of six rock failure criteria" 45 : 1176-1186, 2008
• 15 Chang, C., "A new true triaxial cell for testing mechanical properties of rock and its use to determine rock strength and deformability of Westerly granite" 37 : 285-296, 2000
• 16 이연규, "3차원 파괴조건식을 이용한 콘크리트 플러그의 안전도 평가" 한국암반공학회 21 (21): 526-535, 2011