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개요

• 비탈면에서 설정된 파괴유형에 따라 절리면의 방향, 각도, 강도특성을 정의합니다.
• 평면파괴, 쐐기파괴 모두 절리면의 강도특성 정의를 위해 5가지 모델종류를 제공하고 있으며, 추가로 절리사이 충전물의 강도특성 및 충전율을 설정할 수 있습니다.
• 비탈면의 크기와 각도(방향)에 따라 입력된 절리면의 정보로 파괴블럭을 형성할 수 없는 경우가 발생합니다. 이 경우 어떤 원인에 의해 형성되지 않는지에 대한 오류메세지를 출력합니다. 평사투영 해석결과를 바탕으로 정확히 파괴가능영역에 포함된 절리정보를 입력해야 합니다.
• 비탈면을 정의한 이후 절리면 메뉴가 활성화 되며 절리면을 정의한 이후에 보강재 배치 및 하중(수압, 정적지진하중, 외부하중)조건을 설정할 수 있습니다.

상세설명

1. 평면파괴

구분	상세설명
발생조건/가정	절리면의 주향이 비탈면의 주향과 거의 평행하거나 오차범위 20도 이내여야 합니다. 절리면의 경사는 비탈면의 경사보다 완만하여 절리면이 비탈면에 노출되어 있어야 합니다. 절리면의 경사는 절리면 마찰각보다 커야 합니다. 참고 파괴블럭은 단위두께를 가지고 파괴블럭의 양 측면은 미끄럼 저항이 없는 자유면으로 가정합니다. 파괴블럭 규모와 절리면 각도 및 강도 특성에 따라 발생하는 저항력을 활동력으로 나누어 안전율을 계산합니다. 절리면의 전단 강도와 보강재, 또는 활동력을 저하시키는 외부하중에 의해 전체 저항력이 계산되고, 파괴블럭의 무게, 정적지진하중, 수압 등에 의해 활동력이 계산됩니다. 모든 하중은 파괴블럭의 도심에 작용하는 것으로 고려하며, 전도에 의한 모멘트는 계산에 반영하지 않습니다. 따라서 전도발생 가능성이 있는 파괴블럭의 형상은 평면파괴 해석을 수행해서는 안됩니다.
경사각(α₁)	계측된 파괴가능 절리면의 경사각을 입력합니다.
인장균열(αt, Lt)	체크 시 인장균열의 각도와 길이를 설정하여 파괴블럭의 규모를 결정할 수 있습니다. 각도는 수평면을 기준으로 한 경사각이며 0보다 크고 90도보다 작거나 같은 수치를 입력할 수 있습니다. 인장균열 길이는 최상단 비탈면 끝점에서 X축에 평행한 방향으로 측정한 거리입니다.
위경사계산	평면파괴에만 적용합니다. 평면파괴 해석 시 비탈면과 절리면의 경사방향 차이에 따라 아래 수식을 이용하여 절리면의 진경사 (True dip) 대신 자동계산된 위경사 (Apparent dip) 를 적용할 수 있습니다.
모델종류	5가지 강도특성을 정의하는 모델종류 중 하나를 선택할 수 있으며 각 재료모델의 구성은 아래와 같습니다. 선택한 재료모델과 추가 파라미터에 따라 결과는 많은 편차를 보이기 때문에 암반특성과 현장조건에 적합한 재료모델을 설정해야 합니다.

모델종류	입력 파라미터	강도식
Mohr - Coulomb		\(\tau = c + \sigma_n \tan \varphi\) \(c\) = 점착력, \(\varphi\) = 절리면마찰각
Barton-Bandis		\(\tau = \sigma_n \tan \left[ \varphi_b + JRC \log_{10}\left(\dfrac{JCS}{\sigma_n}\right) \right]\) \(\varphi_b\) = 절리마찰각 \(JRC\) = 절리거칠기계수 \(JCS\) = 절리 압축강도
Hoek-Brown		\(\sigma_1 = \sigma_3 + \sigma_{ci}\left( m \dfrac{\sigma_3}{\sigma_{ci}} + s \right)^{1/2}\) \(\sigma_1\) = 최대주응력, \(\sigma_3\) = 최소주응력 \(\sigma_{ci}\) = 암반 일축압축강도 \(m, s\) = 암반재료상수
Generalized Hoek-Brown		\(\sigma_1 = \sigma_3 + \sigma_c \left( m_b \dfrac{\sigma_3}{\sigma_c} + s \right)^a\) \(\sigma_1\) = 최대주응력, \(\sigma_3\) = 최소주응력 \(\sigma_c\) = 암반 일축압축강도 \(m_b, s, a\) = 암반재료상수
Power Curve		\(\tau = a(\sigma_n)^b + c\) \(a, b, c\) = 전단시험데이터로 회귀분석한 결과 파라미터 (Least Square Regression Analysis Fit)

참고사항

• 충전물 고려 옵션

  • 충전물은 강도, 거칠기, 수압과 함께 절리면의 전단거동을 지배하는 대표적인 요소로 인접한 절리면 사이를 채우고 있는 물질입니다.
  • 대부분 모래,실트,점토와 같이 절리면의 전단강도를 저하시키는 물질로 충전물의 두께와 충전물의 강도 특성이 암반비탈면의 안정성을 좌우한다고 볼 수 있습니다.
  • 특히, 충전물은 투수특성이 최대 10000배 이상 작은것이 일반적이기 때문에 충전물 배후로 지하수 유입이 차단되어 수압이 형성될 가능성이 높습니다.
  • SoilWorks-Rock 모듈에서는 충전된 절리면의 전단강도 특성을 정의하기 위해, 충전물의 특성과 충전물의 두께비(충전율)에 따른 전단강도 실험에 대한 논문과 제안식을 활용하여 충전물의 영향을 안정성 평가에 반영하였습니다.
  

  (Goodman, 1970)

  • 위 그래프는 Goodman(1970)에 의해 제시된 이상화된 톱니형태의 인공절리를 가진 절리면의 충전율에 따른 전단강도 관계입니다.
  • 충전물 자체의 전단강도와 충전율에 따라 충전물이 포함된 절리면의 전단강도 변화를 보여주고 있습니다.
  • 여기서, 충전율은 충전물질의 두께(f) / 절리거칠기 높이(a) 의 백분율로 나타냅니다.
  • 하단에 첨부된 실험 자료들과 같이 충전율과 전단강도 관계는 Goodman(1970)의 이상화된 곡선과 유사한 경향을 보이고 있습니다.
  

  (Barton, 1974 / Phien-wej, 1990 / Kim Yong Jun, 2006)

  • 충전된 절리면의 전단강도는 절리면의 거칠기와 충전물의 종류에 따라 작은 충전물의 두께에도 급격히 전단강도가 감소하거나 두께에 따라 완만하게 감소하게 됩니다.

  • 특정 두께 이상이 되면 절리면 전단강도는 충전물의 전단강도와 동일해 지며, 이 때의 충전율(두께비)을 한계비라고 할 수 있습니다.

  • SoilWorks-Rock 모듈에서는 실험에 의해 제안된 다음의 전단강도 모형을 이용하여 충전물고려 옵션을 적용할 수 있으며 각 입력변수에 따른 절리면 전단강도 특성은 아래 그래프와 같습니다.

  \[ \begin{aligned} \mu &= \mu_{\max} - (\mu_{\max} - \mu_{\min}) \tanh\left(m \cdot \frac{t}{a}\right) \end{aligned} \]

  — Kim Yong Jun, 2006

  • \(\mu\): 응력비 (\(\tau/\sigma\))
  • \(\mu_{\max}\): 충전되지 않은 절리면의 응력비
  • \(\mu_{\min}\): 충전재의 응력비
  • \(t/a\): 충전재 두께와 asperity 높이의 비
  • \(m\): 상수 (degree)

  
  • Goodman(1970)의 이상화 모형실험 결과와 같이 절리면 전단강도 = 6, 충전물 전단강도 = 1.3으로 설정할 경우 m = 1일때 충전율에 따른 전단강도 감소 그래프가 일치하고 있습니다.

• 거칠기 고려 옵션

  • 충전물 고려에서 언급된 절리면 거칠기 지수로 거칠기 각에 따라 전단강도는 증가하고, 안전율도 선형으로 증가합니다.
  • SoilWorks-Rock 결과파일에서는 각 추가고려 옵션이 전단강도 증/감에 미치는 영향을 전단응력으로 출력해 주고 있습니다.
  • 아래 식과 같이 작용하는 법선방향 응력에 대해 거칠기 각도만큼 증가되는 전단강도를 더해주는 역할을 합니다.
  \[ \begin{aligned} \tau_i &= \sigma_n \tan(i) \end{aligned} \]

2. 쐐기파괴

구분	상세설명
발생조건/가정	두 절리면의 교차선이 갖는 경사 (Plunge)는 절리면의 내부 마찰각보다 커야 합니다. 두 절리면의 교차선이 갖는 경사 (Plunge)는 비탈면 경사보다 작아야 합니다. 두 절리면의 교차선이 갖는 방향 (Trend)은 비탈면의 경사방향과 평행하거나 오차범위 20도 이내로 비탈면과 교차해야 합니다. 참고 쐐기파괴는 두 절리면의 교차선을 따라 미끄러지는 2면 쐐기파괴와 한 절리면에 의해 절단되면서 분리되어 다른 면을 따라 미끄러지는 1면 쐐기파괴 형태로 분류될 수 있습니다.
쐐기형상 가이드	쐐기형성 조건은 두 절리 교차선의 방향과 각도에 따라 좌우됩니다. 따라서 교차선의 방향/각도 정보없이 두 절리면 정보를 무작위로 추출하여 입력할 경우 쐐기형성여부와 형태를 미리 가늠하기 어렵습니다. 정확한 평사투영 해석결과를 바탕으로 쐐기형성 가능성을 판단한 이후 형상정보 입력을 권장합니다. 입력한 이후 쐐기형성에 성공할 경우 안전율과 미끄러짐 방향인 두 절리 교차선의 침강방향/침강각을 결과확인창에서 검토할 수 있습니다. 참고 절리면 1, 2에 입력된 정보에 의해 쐐기가 형성될 경우 J1, J2 표시로 어떤 절리면이 어느 지점에 위치하는지 표시되며 두 절리면 경사방향이 모두 비탈면 경사방향보다 크거나 작을 때 한 절리면이 다른 절리면 위에 놓여지는 형상도 모델링됩니다. 추가되는 수압, 외부하중 등의 입력 없이 형상만으로도 한 절리면에서 마찰저항이 발생하지 않는 1면 쐐기파괴가 발생할 수 있으며 이 경우 어떤 절리면을 따라 미끄러짐이 발생하는지 결과확인창에서 검토할 수 있습니다. 2면 쐐기형상 1면 쐐기형상
인장균열 고려	평면파괴의 인장균열 고려 시와 동일하게 절리면 1에 입력된 절리면 (J1)을 기준으로 비탈면 최상단 끝점에서 X축 방향과 평행한 방향으로의 거리를 입력합니다. 참고 절리면 1, 2 중 어떤 면이 좌측 혹은 우측에 놓일지는 오직 절리방향/각도에 따라 좌우되기 때문에 인장균열 길이 입력 기준을 쐐기형상에서 결정하고자 할 경우 절리면이 놓인 위치에 따라 절리면 1, 2에 입력된 정보를 서로 뒤바꾸면 됩니다. 비탈면, 절리면 1, 2 경사방향 크기에 따라 정면 View에서 왼쪽에 놓일 절리면 정보를 미리 예측할 수 있으며 다음과 같이 두 가지 경우로 분류됩니다. (1) 비탈면 경사방향 크기가 절리면 1, 2 경사방향 사이에 있을 때 절리면 1, 2 중 작은 경사방향을 가진 절리면이 왼쪽에 놓입니다. (2) 비탈면 경사방향 크기가 절리면 1, 2 경사방향보다 작거나 클 경우 절리면 1, 2 경사방향 중 큰 경사방향을 가진 절리면이 왼쪽에 놓입니다. 절리면1 < 비탈면 < 절리면2 절리면1 < 절리면2 < 비탈면
절리면 특성	(평면 파괴 참조) 평면파괴와 동일하게 절리면 1, 2에 대해 각각 절리면 강도특성 및 충전물, 거칠기고려 여부를 설정할 수 있습니다. 각 절리면 강도특성 정의를 위해 평면파괴 절리면과 동일하게 5가지 모델 종류를 제공합니다.