저 시-비 리- 경 지 2.0 한민

는 아래 조건 르는 경 에 한하여 게

l 저 물 복제, 포, 전송, 전시, 공연 송할 수 습니다.

다 과 같 조건 라야 합니다:

l 하는, 저 물 나 포 경 , 저 물에 적 된 허락조건 명확하게 나타내어야 합니다.

l 저 터 허가를 면 러한 조건들 적 되지 않습니다.

저 에 른 리는 내 에 하여 향 지 않습니다.

것 허락규약(Legal Code) 해하 쉽게 약한 것 니다.

Disclaimer

저 시. 하는 원저 를 시하여야 합니다.

비 리. 하는 저 물 리 목적 할 수 없습니다.

경 지. 하는 저 물 개 , 형 또는 가공할 수 없습니다.

공학 사 학 논문

지 공동 내 진동

볼트 그라우트 강 변 연

Study on Stiffness alteration of Rock bolt Grout by the Blast

vibration in the Underground cavern

지도 수 원

년 월2011 12

한 해양대학 대학원

해양에너지 원공학과

정 진

차

Abstract ····························································································································· 1

1. ······························································································································ 4

개별 에 링2. ···································································· 6

개별 그램2.1 ······················································································ 6

진동3. ······················································································································ 8

진동 특3.1 ·································································································· 8

진동3.2 ····································································································· 11

진동에 진동 도3.3 ································································· 13

산3.4 ································································································· 18

볼트 그라우트 강4. ······························································································ 20

볼트 링 특4.1 ····································································· 20

볼트 강4.2 ········································································································· 22

링5. ········································································································ 23

링 개5.1 ········································································································· 23

5.2 Mohr-Coulmb ·························································································· 28

산 결5.3 ··················································································· 30

결과5.4 ············································································································· 34

결6. ·························································································································· 50

참고 헌 ··························································································································· 52

List of Table

건 통Table 1. Allowable limit of virbration in abroad ( , 2002) ····· 11

건 통Table 2. Allowable limit of blast vibration in Seoul, Busan ( ,

1999) ············································································································· 12

Table 3. Allowable limit of blast vibration of standard specification in

건 통tunnel ( , 1999) ······································································ 12

Table 4. Quantity of charging in delay time ·············································· 15

Table 5. Determination of peak particle velocity depend on the each

variable ···································································································· 17

Table 6. Various width and Height of major cave ······································· 23

Table 7. Property value from the laboratory test ·········································· 32

Table 8. Strength value from the laboratory test ·········································· 32

Table 9. Joint property from the in-situ test ················································ 33

List of Figure

Fig 1. Distance of horizontal pillar of mine that established the crushing

room ························································································································· 14

Fig 2. Relation between peak velocity and blast distance ······················ 17

Fig 3. Time history curve for the dynamic pressure acting on borehole

wall at the moment of blasting ································································ 19

Fig 4. Conceptual mechanical representation of fully bonded

reinforcement which accounts for shear behaviour of the grout annulus 21

Fig 5. Grout material behavior for cable elements ······································ 21

Fig 6. Diagram of the adopted caving method and ramp way ················ 24

Fig 7. Diagram of model design ············································································ 25

Fig 8. Shape of the designed crushing room ················································· 26

Fig 9. Shape of the modeling of the cavern ···················································· 27

Fig 10. The Mohr-Coulomb failure criterion ···················································· 29

Fig 11. The topography of the study mine and drill log

(a) The topography of the study mine, (b) Geologic columnar

section of a drill hole of the study mine ······································· 30

Fig 12. Displacement of in-situ rock along the direction of excavation

axial ················································································································· 34

Fig 13. A comparision of the displacement of setting on the rockbolt

and non reinforcement in-situ rock ················································ 35

Fig 14. Displacement of excavated position ····················································· 36

: (a) left side wall, (b) right side wall, (c) crown and (d) invert,

respectively ······································································································ 36

Fig 15. Maximum shear stress of the in-situ rock by loading blastwave ·

··························································································································· 39

Fig 16. Maximum shear strain of the in-situ rock by loading blastwave ·

························································································································· 42

Fig 17. Axial force of rockbolt grout by loading blastwave ······················ 45

Fig 18. Axial force of rockbolt grout by loading performance count ····· 46

Fig 19. Plot of Displacement of rockbolt grout by loading performance

count ················································································································ 48

Fig 20. Plot stiffness of rockbolt grout by loading performance count · 48

Fig 21. Distiribution of rockbolt grout fracture ··············································· 49

- 1 -

Study on Stiffness alteration of Rock bolt Grout by

the Blast Vibration in the Underground Cavern

Jeong Jin

Department of Ocean Energy & Resources Engineering

Graduate School of

Korea Maritime University

Abstract

As technology of digging and stiffening members develops and

the importance on environment increases, underground space

starts to be recognized as a spatial resource at a new level, and

it develops as a concept of permanent mines. Such a

characteristic of the permanent mine has various application

ranges from public engineering works such as development of

long tunnel to energy and environmental storage activity such as

underground storage bases and garbage dumps. Also, in an aspect

of resource development business, it creates expansion to spatial

resources for developing environment-friendly mining industry by

converting a breaking ground or concentrators into the

underground mine using a shift draft design of the permanent

mine. On the other hand, as the design and management of the

permanent mine from an aspect of resource development business

has higher characteristics in an aspect of business rather than the

government-initiated business unlike general social overhead

- 2 -

capital businesses, it usually uses a rock bolt as a main stiffening

member which has quite a good ability of reinforcement as well

as is economical under a disadvantaged condition. Also, as a shaft

for mining is irregular unlike a tunnel business and explosive

environment may cause crowding in near shafts, it has a limitation

in measuring cycle. In addition, by creating direct destroy such as

wedge destruction due to a joint according to the effect of free

face in borehole parts having a large influence on explosion or

explosive vibration or large-sized underground mines, or by

declining stiffness of existing rock bolts, it may cause directly or

indirectly safety accidents. So, studies to figure out the safety of

large-sized mines according to explosive vibration or the

characteristics of stiffening members have been conducted

actively in the country and internationally. But, most studies focus

on evaluating the effect on the single explosion, 2-dimensional

discontinuum, or continuum which cannot consider the effect of a

joint, so they have a limitation in figuring out the effect on

digging space minutely.

Therefore, this study aimed to figure out change of stiffness of

existing rock bolts installed initially in large-sized mines caused

by explosive vibration generated repeatedly. For doing this, it

conducted a numerical approach in a 3-dimensional

individually-interpretative way which can consider the effect of a

joint by setting breaking ground in mines, the large-sized mines

which are promoting to change into environment-friendly sites in

currently resource developing sites within the concept of large

mines. Also, it performed a consecutive repetitive dynamic

interpretation considering the displacement of fatigue failure of

rocks due to explosive vibration after working on stabilization of

the initial model through a static interpretation and figured out the

- 3 -

result. In addition, as for setting of detailed modelling of

numerical interpretation and a property of rocks, it aimed to

attain the study result with a sense of realism by selecting a

study mine which are preparing underground breaking ground and

by attaining the property of matter and dynamic characteristics

through a laboratory experiment and on-site tests.

- 4 -

1.

착 보강재 달과 경에 에 라 지 공간 새 운

차원에 공간 원 식 고 공동 개 달 고,

실 다 러 공동 특 개 과 같.

에 지 비 지 폐 처리 과 같 에 지 경비 시

가 다 지고 다 원개 에 도 직갱. (shift draft)

계 여 쇄 나 등 지 지역 시

지 시킴 경 개 공간 원 가 고

다.

러 원개 사업 에 공동 계 간 본

사업과 달리 가주도보다 사업 격 강 에 경

에 각 체 강도특 보강 과

계 고 리 건에 경 고 보강, ,

우 볼트 사 주가 고 다 러 볼트 보강(rock bolt) .

계 경우 루 통 계 채1 2

주 계 에 보편 가지 편 지만 산 경우 채

갱도가 규 채 막 여러 곳 경우 주 에 계,

에 계 가질 다 러 실 에 미.

갱 나 규 지 공동에

쐐 같 직 생시키거나 볼

트 강 시킴 사고 생시키

다.

진동 평가 주 시험 에 진동 과 여러

에 시 진동 식 진동 도 산 그리고,

사 진동 평가가 루어 다 시험 경우 가.

지만 비 많 들 채 막 에 지

주 계 다 에 시 식에 진동.

내 연 과 지질 강도 등 공 지질특,

가 어 운 단 다 지만 근 들어 컴퓨 달.

과 여러 그램 개 여 상

고 그 결과 연 가 진 고 다.

내 경우 상 등 에 진동에 찰(2007:33)

- 5 -

상 에 크리트 라 닝 볼트 거동 평가

훈 등 진동 지 비 지 에, (2006:19)

미 고 도 다 병 등 연 체. (2005:1389)

동 통 경계 역에 여 진동 평가

다 에 어 웅 등 실 진동. (2004:108)

경계 건에 여 동 에 연 도

다 러 연 들 실 시험 결과만 고 연 가.

거나 연 체 차원 에 라 시간 공간 개 에, 2

계 가지 경우가 많다.

라 본 연 에 진동에 라 생 볼트 강 변

보고 그 결과에 라 에 볼트가 경우 거동 어떻게,

변 지 거동과 보강재 가 강도가 것 단

볼트 그라우트 강 에 맞 어 근 보 다 재 원개.

에 경 변 진 고 규 공동 갱내

쇄 공동 개 여 리 고 개별

근 다 체.

링 얻 지 쇄 비 고 산

여 실내 시험 시험 통 과 역 특 취득 여 신,

뢰 결과 도 고 다.

- 6 -

개별 에 링2.

개별 그램2.1

개별2.1.1

공 에 링 크게 연 체 과 연 체

다 러 들 리나 단 과 같 연 들.

시 포 가 시 포 가에 라 가 큰 차,

가지게 다 개별 처 공. Cundall

들 과 식 고 다 연 사.

특 나타내 여 리 강 고 고 운동 식,

여 시 차 사(explicit finite difference method)

것 그 특징 다.

리망 연결 어 블 들 집 체 다루어지 리,

개별 블 간 간주 다 연 블 간 경계 건. ,

취 어 지게 다 고 블 집 체 에.

과 변 블 시 란 통(contact force) (disturbance)

생 다 것 도가 개별 시 리(propagation) .

에 동 과 다(Baton, 1981:255).

개별 계산 든 변 과 든 블- 2

운동 갈 다 변 진 변 찾. -

사 고 운동 블 에 진 생, 2

블 동 계산 다 만 블 변 가 동 블 내 삼. ,

각 변 에 계산 다 그 블 재료 계- . ,

내에 새 운 여 다 공( , 2005).

2.1.2 3DEC (3 Dimensional Distinct Element Code)

본 연 에 사 그램 3DEC(3 Dimensional Distinct

연 체 링 개별 에 차원Element Code) 3

그램 에 여 리 과 같 연static dynamic

매질 에 시뮬 가 다 각 들 미리 결.

비 변 계 에 여 게 연 들- ,

상 운동 직과 단 운동에 비 변-

- 7 -

에 지 다 규 운동과 블 시 변 링. 3DEC

계산 에 다“Lagrangian" (Itasca consulting, 2007).

- 8 -

진동3.

진동 특3.1

통 착에 폭 시 생 격 과 가

여 착단 거 게 다 란 연 에 간.

고 많 열과 가 사 여 시키 것

말 다 폭 공 내에 폭 격 폭 격. ( ),

연 에 지연 폭 가 그리고 상 고 생 다, 3,000℃

폭원 차원 어 격 에 격(Persson, 1994). 3

거리에 라 감쇠 어 에 에 지 가 탄0.5~20%

태 어 가 지 진동 생시키 진

동 라 다 진동 진폭과 주 갖 진동 진(blast vibration) .

동 크 진동 달 매질 변, (particle displacement,

진동변 도 진동변 가 도 진동가 도 진동변, ), (particle acceleration,

가 도 진동 가 도 시 다 진동 태 주 단, ) .

진동 가 경우 진동변 도 가 도 사 에 다 식, (1)

식 같 계가 립 다(2) (Bollinger, 1980).

여 진동변 미 진동 도 진동가 도 진동주u , v , a , f

진동주 진동 각 도 상차 미 다 지, T , , .ω θ

진동 여 상 에 가 므 ,

라 진동변 진동 도 진동가 도umax=U, vmax = V, amax=A , ,

식 과 같 계가 립 다(3) .

(1)

(2)

- 9 -

편 진동 특 연 가 계 어 나 지,

내 연 과 지질 복 여 진동 에

근에 많 어 움 게 같 에 도 건,

등에 라 특 달라지므 경험 연 가 다

에 상에 변 차원 근거 여(Digby,1983:393). ,

많 진동 경험 지상 척도가 지

진동 도 지 당 량과 폭원 거리 매개변 여

경험 계식 시 었다 지 진동 도 지 당 량과 원.

거리 주 변 여 식 같 태 시 다(4)

본에 지 특 산식 라 여 식(Hendron & Oriad, 1972:1585).

같 태 많 시 지만 진동 도 원 거리 지(5)

당 량 시 것 역시 언 동 다고

다.

여 지 진동 도 미 원 거리PPV , R ,

지 당 량 말 상 미 다 식 에W , K, m, n, b . (4)

거리 지 당 량 비 산거리 라R/Wb (Scaled distance, SD) ,

승근 산거리 삼승근 산거리라 다 각각b=1/2 , b=1/3 .

거리 승 삼승 비 산 태 다.

승근 산거리 막 태 포 것 본 것 삼승근

산거리 경 에 보 태 가 경우

므 다 사 고 다 식 산거리가 단 경우. (5) ,

근 에 것 다 승근과 삼승근 산 계 실질.

차 거리에 큰 차 가 없 나 상 거리6~30m 30m

에 승근 산거리 사 삼승근 산거리 사 보다 지 당

량 훨 게 결 어 게 나타나 가 운 거, 6m

(3)

(4)

(5)

- 10 -

리에 삼승근 산거리 사 다 짧 거.

리에 삼승근 거리에 승근 욱 맞 것 다,

지공사( , 1993).

- 11 -

진동3.2

진동에 나타내었다 건 에 진동1 .

허 주1.0~5.0cm/sec ,

어 것 다.

가 진동규 비고

지역 1.0cm/sec

드 지역 2.5cm/sec

주 천12Hz 1.2cm/sec

미

상 주 갖 진동40Hz 5.0cm/sec

상 주 갖 진동15Hz 1.0cm/sec

주 갖 진동1Hz 0.5cm/sec

트리 상 주 갖 진동15Hz 1.9cm/sec

주 갖 진동15Hz 0.02cm 진동변

본

가 생 지 0.2cm/sec

진동 감지 나,

생 지0.2~0.5cm/sec

에 특별 에

미 가 생0.5~1.0cm/sec

건 통Table 1. Allowable limit of virbration in abroad ( , 2002)

건 통 울 산 지 철에 시 진동 허2 3

다 내 지 철 경우 도심지 공사 특 상 주변에.

취 주택들 많고 민원 생 가 고 어 여,

재 여 진동 허0.3~0.5 cm/sec

고 다 러 들 산에 경우 등 경우 강.

도가 비 철근 크리트 보다 강도가 크고 내진 에 강 것 단 에,

라 진동 도가 상 단 나 리 등 비 큰5.0 ,

경우 허 가 매우 낮 것 단 다 라 지동 허 통.

격거리 산 시 강도 가 매우 다 에 격거리

량 통 결과 가 다.

- 12 -

건 등 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

건 재

주택 트,

실(

도)

상가

균열 없(

도)

철근 크리트

빌 공

건 에

허 진동

도

(cm/sec)

0.2 0.5 1.0 1.0~4.0

건 통Table 2. Allowable limit of blast vibration in Seoul, Busan ( ,1999)

건Table 3. Allowable limit of blast vibration of standard specification in tunnel (

통 , 1999)

건 등건

Allowable limit of

Blast vibration level

(cm/sec)

진동 민재 등 0.3

식 벽체 재 천

가진

재래 가

가 등1.0

지 크리트 슬

래 갖 식 건 연립주택 등2.0

철근 크리트 골 슬

래브 갖 건,트,

상가 공3.0

철근 크리트 철근 골,

슬래브 갖 건내진 고 트, ,

건 등5.0

- 13 -

진동에 진동 도3.3

진동에 진동 도 가 크게 나타난다고

다 진동 도 변 격거리 지 당 량 상. , ,

지 가 러 변 들 지 특 포 지질, ,

특 에 산별 차 가 다 라 실 산에 생.

진동 격거리에 진동 도 규

어 다 연 시험 통 계.

니라 생산 워진 계상에 량 복

에 볼트 그라우트 것 에

진동식 산 과 생략 다.

격거리3.3.1

산 경우 맥 나 경 에 라 채 달라지게 어 결과,

격거리가 달라지게 다 특 에 평 주 크 나.

막 진 격거리가 달라지 가변 생 도 다 우 등.

지 연 체 가 여 각각(2003) UDEC

직 주 평 주에 여 원 갱도 폭에 갱도 에

연 실시 그 결과 평 주 직 주 폭 공동 폭보다,

상 어 집 것 다 연1.5 .

상 내에 갱내 쇄 립 산 경우 그림 과 같OO 1

채 갱도 격거리 나타내고 것4.5m 7m

다 러 결과에 라 격거리 격거리 여. 7m

루 착 진 다 가 에 간격3m 10m, 13m, 16m, 19m 3m

변 여 그 결과 고 다.

- 14 -

(a) Drawing of cross section

of excavated route on the mine

(b) Drawing of longitudinal section of excavated route

on the mine

Fig 1. Distance of horizontal pillar of mine that established the crushing room

- 15 -

지 당 량3.3.2

에 생 탄 지 도 연 상태에

라 도 가진다 사 지 뇌 후단700 m/sec ~ 5800 m/sec . ,

지연시차 가지20~25ms(milli second)

거리 지 채 진동 미 다 라 동14m , .

사 지 경우 지 진동 첩 지 고 각각 진 므 비 폭

사 다 지라도 게 지 뇌 사 게 진동 도

결과 가 다 동 뇌 에 폭 량. ,

지 당 량 라고 다 통상 지연시차가 내‘ ’ . 8ms

취 여 진동 첩 것 취 게 다.

지 당 량 경우 산 막 크 가 에1 4.5m x 4.5m

계 값 여 다 에 결과 같 지1 . 4

당 량 에 나타난 것 었다5.27 41.58 .

라 본 연 에 값 값 택 여 진동 도41.58kg

다.

Explosive

diameter

(mm)

No. of

hole

No. of

detonator

Total

charge

(kg)

Drilling

length

(m)

Charge

per

hole

(kg)

Charge

per

delay

(kg)

45 55 19 223.53 3.3~3.6 4.065.27 ~

41.58

Table 4. Quantity of charging in delay time

- 16 -

진동 상 감쇠지3.3.3 (K) (n)

진동 상 보 상 에 보(K) , ,

값 강도 복 변 곱 루어 ,

량 평가 없 에 값 지질 건,

에 라 변 므 시험 에 계 결과 여, ,

값 게 다 내 등에.

미 상 리 고 다k = 160 .

감쇠지 경우 역시 에 언 변 상 같 지질 건(n) ,

에 라 변 량 평가 없,

값 시험 에 통 지 당 량 고 시키고 계.

달리 여 거리에 감쇠지 게 다 건 통.

에 간 지 경우 미 에 도 결과에(2003)

라 고 내 참고 역시 동 값 참고n=-1.6 ,

사 고 에 본 연 에 도 감쇠지 여 진동-1.6

도 계 다.

- 17 -

진동 도 결3.3.4

에 변 들 통 득 진동 도 다 같 나타5

나 러 변 들 계산 그림 같 산거리만 변 시킨, 2

진동 도 었다 상 내 진동 도. 20m

승근 산과 삼승근 산 차 가 없지만 지 당 량 원,

승근 산거리 삼승근 산 거리에 차 가 경우

차 가지 에 연 에 승근 값과 삼승근 값50cm/sec

볼트 강 변 에 가 큰 차 나타낼 것 단 승근 값

여 진동 도 값 결 여 격거리에 등가 산 다.

Fig 2. Relation between peak velocity and blast distance

Case

Scale

distance

(m)

Charge

per delay

(kg)

Damping

PPV

승근( )

(cm/s)

PPV

삼승근( )

(cm/s)

Case1 7 25 -1.6 93.39 38.91

Case2 10 25 -1.6 52.78 21.99

Case3 13 25 -1.6 34.68 14.45

Case4 16 25 -1.6 24.88 10.36

Case5 19 25 -1.6 18.90 7.87

Table 5. Determination of peak particle velocity depend on the each variable

- 18 -

산3.4

동 에 원 사 헌들에 다

근 통 들 시 어 다 등 개별. Chen (1998:99)

그램 여 연 체 에 폭 과 사 주변UDEC

폭 진동 도 태 나 에,

러 상 그램 내에 사 계 재

경계 에 가 태 것 다 라.

내에 경험 사 고 지 당 량에 근거 비 량 통

에 계 폭 폭 사 여 산 다 비 평균.

값 1.2kg/cm3과 평균 폭 도 여 식5,500m/sec (6)

경우 계산 다 여96,400kg . Pb

(kg/cm2), Ve 평균 폭 도(cm/sec), ρe 평균비 (g/cm3)

나타낸다.

에 계 폭 직경 고 내에 시 천공경38mm

시공 므 식 계산 폭 에 커 링45mm , (decoupling)

고 시 공벽 에 가 지 공 등Liu (1995:95)

식 여 공 벽 에 등가 산(7), (8) , (

산 미 에 시 식) , National Highway Institute(1991)

통 시간 변 여 링(9)

값 사 다.

여 색 시, PA (kg/cm2 색 도 래), a ( : 1.7g/cmρ 3),

Ca 격 도 래( : 700m/sec), PB 커 링 시

(kg/cm2), de 직경(mm), dh 천공경(mm), P(t)

값 계 미 다 그림 식 에 계산 시간에, b . 3 (9)

(6)

× (7)

× (8)

× ×

(9)

- 19 -

변 나타낸다.

Fig 3. Time history curve for the dynamic pressure acting on a borehole wall

at the moment of blasting

- 20 -

볼트 그라우트 강4.

볼트 링 특4.1

보강 에 지지 도 평가 어 연(rock reinforcement)

에 보강뿐만 니라 지 공간 착시 생 신 (intact

역 보강에 고 가 다 러 경우rock) (inelastic zone) .

에 연 통과 지 에 볼트reinforced system

사 에 가 생 가 재bonding agent(grout)

다 볼트 도 크리트 께 삼(Moosavi, 2003). NATM

상태 지 역 내 지 가지 지 보강재

단계에 경 지 상 단 고 나,

착 개 어 연 지 포 역 가

보강재 다 착 볼트 경우 착 지 시 트(Kilic, 1976). ,

타 시 트 크 등 여 볼트 체 에 착시키게,

볼트 고 링 시 볼트 블 과 볼트, , ( ),

시키 그라우트 고 가 게 다 러 단3 .

착 볼트 그림 같 결4 segment ,

러싼 볼트 달 포 트 강 강 그segment slider, , ,

라우트 강 결 어 단 생에 단변 생

과 단강 가 커니 가진다(Hyett, 1992:503).

라 단 생 그라우트 단강 찰

볼트 그라우트 단강 그라우트 착 등 통 간

게 다.

- 21 -

Fig 4. Conceptual mechanical representation of fully bonded reinforcement

which accounts for shear behaviour of the grout annulus

Fig 5. Grout material behavior for cable elements

- 22 -

볼트 강4.2

볼트 그라우트 강 직 단

볼트 통 에 산 다 지만 러.

실질 실험 경 도 습도 몰타, ,

생 경 크다 라 볼트 강.

볼트 게 다 볼트 경우에.

거동 볼트나 크리트 같 에 지지 다고 가

게 다 라 볼트 주변 단강 에 미 게.

단 나 변 경우 볼트 변 가량(incremental axial

에 다 과 같 식 통 다displacement) ( 10) .

여 F△ t 변 가량 미 보강재 보, E , A

강재 단 보강재, L , u△ t 변 량 미 다 볼트 그라.

우트 단 강 (Kbond 경우 볼트 볼트 주변 사 에 그라)

우트 단강도에 상 변 미 다 식 과 같 산, (11)

다.

여 그라우트 단변 계 볼트 포 그라우트 직경, G , D

미 볼트 체만 께 미 다 러 볼트 단강, t .

변 그림 같 단 에 볼트 체 변 통 탄 계5

강도 상에 격 생 게 다.

Δ Δ (10)

π π (11)

- 23 -

링5.

링 개5.1

산에 규 공동 천채 에 주 사 채 리

공 갱내 갱내 쇄(glory hole) (crusher room)

사 다 러 내 갱내 쇄 민원감 산.

경 계 계 산 가 고 다 라 본 연 에.

내에 계 에 재 천 산 갱내 쇄 원 참6 OO

고 여 연 상 산 갱내 링 비 탄,

산에 가 많 보 단채 채(sub-leveling stoping)

에 갱내 쇄 상 다 단채 그림. 6 (a)

같 상 단 여 맥 채 개 식 채 갱,

도 채 미 운 운 갱도 어 다 그림. 6

같 운 갱도 경우 램 웨 식 운 러 상(b) ,

운 갱도 사 에 쇄 갱내 쇄 비가 지 게 다, .

CaveCrusher

room

Shift

draft

Transport

cave

Operation

cave

Diameter(B) 10m 3m 6m 4.5m

Height(H) 12m 3m 6m 4.5m

Width(W) 85m - - -

Table 6. Various width and Height of major cave

- 24 -

(a) Diagram of the sub-level stoping

(b) Diagram of Ramp-way

Fig 6. Diagram of the adopted caving method and ramp way

- 25 -

링 계 에 어 가 갱내 쇄 심 경계 역

다 경계 역 심 상 역.

에 미 지 크 게 다 링에.

심 역 직경 에 우 상 통(D) , 3D, 3D, 2D

사 고 다 라 본 연 에 도 그림 과 같 갱내 쇄 크. 7

여 경계 역 폭10m x 12m (B x H) 70m x 64m ,

경우 개 여 갱내 쇄 주변

게 찰 도 다 경우 실 곤란 여.

욱 연 결과 탕 쇄 계 고 지(1991)

가 상 지 탕 여 주100m 1:1

비 -2.75 x 106 여 다 볼트 경우 각각 갱pa .

도 쇄 착 후 변 찰 통 가 링 실시

도 변 차 매 변 가, 3m

여 변 고 다 링Tetrahedral .

갱내 쇄 상과 변 그림 과grid point 8

같 경우 리에 고 여 과 동, grid point

에 갱도 착 라 간격 열 여 변 결과5m

고 다 그림 경우 체 링 상태 보. 9 (a)

여주고 계 식도 착 역 다, (b) .

Fig 7. Diagram of model design

체 에 에 경계 건 변 가 없3

과 달리 진동 나 에 동(static)

- 26 -

경계 건상에 에 당 도나 여 게 다 러 경.

계 건 링 지 경계 건과 경계상에 도차가 생

경우 나 진동에 경계 건에 사 어 돌 가

생 에 경계 건 고 가 다 라 에 경계, .

건 내 에 생 건 변경

여 동 격거리가 에 에, 10m

공 다.

Fig 8. Shape of the designed crushing room

- 27 -

(a) Entire Shape of modeling

(b) Shape of Excavated area

Fig 9. Shape of the modeling of the cavern :(a) Entire Shape of modeling,

(b) Shape of Excavated area

- 28 -

5.2 Mohr-Coulmb

개별 채 결 블 -

변 에 거동 결 블 식과 블 간 경계

리 거동 결 리 지 식 다 에 라 본 연 에.

공 에 가 통 사 고 Mohr-Coulmb

블 과 리 지 식 사 다.

건식 러 강도 특 고 비Mohr-Coulomb

간단 식 에 크리트 등 복 건식, ,

리 고 다 에 단 과 직.

식 다 식 같 착 여 나타낼Mohr-Coulmb 12

게 다.

여 착강도 내 마찰각 라 린다 그림 에c (cohension), . 10Φ

건식 상 건식 만 므 식N( f, f ) (13)σ τ

주 여 다 과 같 다시 것 가 다.

식에 볼 듯 건에 간주Mohr-Coulomb ( 2)σ

에 미 지 게 다.

= C + tanτ σ Φ (12)

( 1- 3) = ( 1+ 3) sin + 2c cosσ σ σ σ Φ Φ (13)

- 29 -

Fig 10. The Mohr-Coulomb failure criterion

- 30 -

산 결5.3

산 개 시 사5.3.1

본 연 산 주에 규 산 지질

주 계 산 지역 계 산 식 여 계 산 과 신리 돌

마 트 그리고 산규 등 지 과 들 생 주

강 어 다 산 리 특 규.

시 사 채취 지 직 개 평 개 그림 에2 , 3 , 11 (a)

보 같 직시 경우 편 상 원 시 갱

어진 지 지 갱SE45° 115m A ,

어진 지 지 여 어 사 시NW60° 32m B

그림 같 시 주상도 다, 11 (b) .

시 간 심도 차 지 결과 상 산 갱,

고도에 고 다165m .

(a)

(b)

Fig 11. The topography of the study mine and drill log : (a) The topography of

the study mine, (b) Geologic columnar section of a drill hole of the study mine

- 31 -

실내 시험5.3.2

결 리 께 주 역 거동에 큰

미 다 에 라 그 역 특 달라진다 본 연 상지. .

역에 본 상 규 탕 과 질 열

달 것 나타났다 시 결과 집 들 강도시험에.

큰 차 보 에 라 다 역 특

보 것 상 다 에 라 시 시험 통 득 각 심도.

별 별 실내 실험 그에 리 다 과, 7

같 나타내었다 각 별 값 결 차 상 연건 량. 3 ,

습 량 강 건 량 량 통 득 시 역에, ,

가 많 비 차지 고 별 값 게 었다.

강도 산 별 강도 시험 간 강도

시험 에 균질 공, Deer Miller

여 강도에 결과값 탕 재 리 리 과 결,

경우 경 (1,120 kg/cm2 강도 에 라 경 과) ,

보통 여 값 결 다 에 라 재 리.

강도 과 같 리 링8 ,

다.

- 32 -

Sample

Water

content

(%)

Porosity

(%)

Void

ratio

Bulk

Density

(g/cm3)

Dry

Density

(g/cm3)

Grain

Density

(g/cm3)

s

i

t

e

A

Mixing

rock0.84 2.02 0.02 2.75 2.73 2.80

Quartzit

e0.68 1.96 0.02 2.87 2.86 2.93

Igneous

rock0.71 2.60 0.03 3.01 2.94 3.02

Weathered

rock1.01 2.62 0.03 2.59 2.58 2.65

s

i

t

e

B

Mixed

rock0.68 1.85 0.02 2.73 2.72 2.77

Quartzit

e0.44 1.34 0.01 2.77 2.76 2.80

Igneous

rock0.43 1.19 0.01 2.61 2.60 2.82

Weathered

rock0.42 1.82 0.02 2.64 2.62 2.67

Table 7. Property value from the laboratory test

Type　

Property　Joint rock Rock Hard rock

Unit Weight

(kg/m3)2477 2471 2656

Young's Modulus

(GPa)9.41 11.17 20.97

Bulk Modulus

(GPa)4.51 5.39 10

Shear Modulus

(GPa)4.11 4.80 9.11

Friction angle

(°)41.56 44.25 56.09

Cohension

(Mpa)10.68 13.33 21.56

Poisson

ratio0.15 0.16 0.15

Table 8. Strength value from the laboratory test

- 33 -

시험5.3.3

연 체 리 라 다 러.

리 경우 실내 실험 계 가짐에 라 리 경사,

리 강도 거 얻 시험 다 본 연 에, , .

리 얻 개 막 사 사 미트3 , ,

체사진 비 클리 미 게 지 다(Shape matrix), , .

시험 결과 개 리 었 에 리3 ,

같다9 .

Joint 　

Property　 Joint 1 Joint 2 Joint 3

JCS(Mpa) 180 270 85

JRC 7.8 8.5 5.6

Dip 12.01 31.72 7.56

Direction 257.70 109.48 72.90

Table 9. Joint property from the in-situ test

- 34 -

결과5.4

결과5.4.1

동 에 볼트 택 변,

가 가 큰 간 택 다 에 결과 살펴보 그림. 12

같 착 변 편 상 시 착, 0m

나타내 진 에 변 가 게 나타났 벽 에, 30m ,

변 가 가 크게 나타났다 러 변 상 지 과.

지 직 평 비가 경우 벽 변, / 2

가 크게 나타나 상에 결과 단 다 에 라 볼트.

간격 직 단 상 개 볼트 다4m 6 .

Fig 12. Displacement of in-situ rock along the direction of excavation axial

- 35 -

Before the setting of rock-bolt After the setting of rock-bolt

Fig 13. A comparision of the displacement of setting on the rockbolt and non

reinforcement in-situ rock

- 36 -

(a) (b)

(c) (d)

Fig 14. Displacement of excavated position: (a) left side wall, (b) right side

wall, (c) crown and (d) invert, respectively

- 37 -

벽 변 경우 1.3x10-2 천 닥 에 비 비 큰m

변 나타내 것 착 진 변 가 감,

것 다 볼트 후 결과 값 그림. , 13

그림 결과 같 벽 고 거 결과 차 가 없 것14

벽 경우 변 차가 생 것, 0.2~1%

다 러 결과 링 상 경 경우 볼트 후. ,

변 차 가 변 차가 매우 다 연규 연2~3% ( , 1995:123)

거 다고 볼 다 리 경우 마찰각 착 값. ,

매우 크 에 지 에 직 평 에 단

거동 보 지 단 다 본 볼트 경우.

상에 비 크게 미 지 담 다고,

다.

- 38 -

에 결과5.4.2

실 진동 착 등 에 라 체, ,

포 비 같 강도 에 라 탄 거동 가지게 시간,

에 라 변 가지게 다 라 러 고.

여 차 실 여 변 변1~5

비 그에 감 시 지 다 그 결과, .

후 변 변 차가 매우 게 나타남에 라 후5 6

동 진동 여 통 결과50

다 볼트 그라우트 볼트 착.

상태 에 라 그 결과 다 진동에 볼트.

강 변 여 실 진동20%

다 에 근거 여 값Bollinger 20% 1590 kg/cm2 값

지 감 시 진 다.

에1.)

차 가 시 공동 주변 생 단

상 그림 같 단 역 리 빈도가 큰15

역 라 동 여 공동 집 공동 변 생에 공동,

감 께 단 차 감 것

다 러 특 에 에 단 에.

지가 집 미 역 공동 집 고,

다 러 특 그림 집 단 변. 16

감 통 도 다 러 탄 에 지.

가 변 시키 여 공동 상 체 틀어

지 상 다.

- 39 -

(a) # 1

(b) # 10

Fig 15. Maximum shear stress of the in-situ rock by loading blastwave

- 40 -

(c) # 20

(d) # 30

- 41 -

(e) # 40

(f) # 50

- 42 -

(a) # 1

(a) # 10

Fig 16. Maximum shear strain of the in-situ rock by loading blastwave

- 43 -

(f) # 20

(f) # 30

- 44 -

(e) # 40

(f) # 50

- 45 -

에 볼트 그라우트 강 변2.)

볼트 그라우트 경우 링 시 태 링(annulus)

에 볼트 그라우트가 삽 심도에 라 그 결과가 차 가 다 게 생 다.

라 러 볼트 그라우트 강 변 단 에

볼트 값 통 결과 리 결과,

보 볼트 그라우트 강도특 착여 포

다 에 라 에 볼트 그라우트 결과 에. 1 50

진동에 결과 살펴보 다 그림 과 같 가17 17

3.23x102 값 어나 상 후에Kpa , 20

상 변 지 다 러 결과 상.

에 볼트 그라우트 달 지 미 가 에

볼트 주 상실 내공변 천단변 가 가

미 게 다 러 결과 탕 지 진 상태에. 20

차 볼트 결과 그림 과 같다18 .

Fig 17. Axial force of rockbolt grout by loading blastwave

- 46 -

(a) # 1 (b) # 3

(c) # 5 (d) # 10

(e) # 15 (f) # 20

Fig 18. Axial force of rockbolt grout by loading performance count

- 47 -

볼트 에 가짐에 라 진동에 볼트그20

라우트 강 체 20

여 강 에 미 변 나 볼트 그라우트 변

그림 같 가 계 가 에 라 그라우트, 19

변 가 에 가 운 가 가지 변 감 보 에,

라 진동에 라 경우 경우 경20 5 0.06m , 10 1.1m , 20

우 변 가짐 다 볼트 그라우0.28m .

트 후에도 변 지 가 상 나타20

났 러 결과 볼트 지 에 나타나,

내공변 가 단에 나타

나 상 단 다 러 결과에 라 볼트 그라우트 진동에.

강 변 결과 에 강1 4.98x103

후KN/m/m, 20 1.44x103 강 가짐에 라KN/m/m

강 변 가 생 것 나타났 그림 과 같72% . 20 20

내에 그라우트 강 경우 감 경 가지 것 나

타났다 러 결과 탕 여 진동 에 볼트.

도 그라우트 강도 특 에 맞 어 비 본 결과 그림 과 같21

나타내었다 여 게 시 경우 란 지. ,

나타내 상 에 볼트 그라우트 상, 20 90%

나타났 러 거동 특 볼트 그라우트 과 비슷,

경 다.

- 48 -

Fig 19. Plot of Displacement of rockbolt grout by loading performance count

Fig 20. Plot stiffness of rockbolt grout by loading performance count

- 49 -

(a) # 1 (b) # 3

(c) # 5 (d) # 10

(e) # 15 (f) # 20

Fig 21. Distiribution of rockbolt grout fracture

- 50 -

결6.

본 연 에 복 진동 생 규 공동 상 차3

원 연 체 링 통 산에 주보강재 사 볼트 그라우

트 강 변 고 다 에 결과 다 과 같 리.

다.

진동에 고 규 산 연 상(1)

여 산에 시 료 탕 실험실 시험과 연 사,

여 값 다 시험 강도시험 결과 연.

상 강도 에 라 경 질Deer & Miller

단 다.

진동 사 동 에 변(2)

볼트 여 볼트 에, ,

결과 변 벽 에 가 크게 나타, 0.014m

났 볼트 후 변 차가 비 게 나타남, , 0.06%~2.6%

었다 러 강도가 경 질에 당 리 강. ,

에 라 에 리 미끄러짐 특징 결과slip

연 결과 다.

연 상 산 막 사 폭 볼트 변 고(3) 1

진동 산 여 단50 ,

리 통 공동주변 집 에 라 내공변 가 차 진 어 단

집 내공변 가 ,

러 특징 단 변 찰 통 도 동 게 찰 다.

진동 가 가 에 라 볼트 그라우트 경우(4)

시17 17 3.23x102 값Kpa ,

상 에 변 에 가지지 못 에,

라 볼트 강 경우 결과에 비 차 감 보1

시20 1.44x103 값 나타내고 값 강 에 비KN/m/m

감 가 생 것 나타났다72% .

- 51 -

본 에 실 산에 사 량 여 진,

동 도가 생 가 여 복 여 얻 결과 격거,

리 고 지 고 생산 막 에 라 가 었 경우 비 다

큰 변 가 생 결과가 도 었다 후 격거리 고 지.

고 생산 막 에 라 가 었 경우 감 여 격거리 변

가 것 단 다 본 결과 규 지.

공동 보 볼트 지 에 계 주

것 단 다.

- 52 -

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- 55 -

감사

업 마 리 감사 쓰 지 실험실에 생 었

많 들 주마등처럼 쳐 지나갑니다 게 쓸 리라 생각 감사.

생각처럼 지지 것 마도 랜 시간동 께 실험

실 생 마 리라 움 도 것 같습니다 것도 가진 것.

없 열 나만 믿고 시 실험실 생 에 처 지 지 상 열

가지고 지도 주시고 들 마다 웃 격 주시 원,

님께 감사 말 드립니다 님께 상 보여주신 믿.

과 업 에 어 마다 첨삭 주 사랑 상 가슴

간직 어 리에 든 진 가 도 겠습니,

다.

그리고 신 사 과 연 에도 지도에 심열 울여 주시

고 지도 주신 신 님 돌 에도 뜻 격,

원공 도 걸 주 님 공 공 에,

큰 열 큰 여 게 주 지 님,

신 에도 상 에 심과 지식 지도 주

님 웃 과 진심 어린 마 상 진 에 신경 주시,

경근 님 맹 첫 사 드리게 어 상 죄 런 우근 님 그, ,

리고 상 같 몸 걱 주시 웃어주시 허 지 님께 나

마 허리 여 다시 큰 가 에 감사 말 드립니다.

업 후에도 상 원에 열 어 어 주신 동 업,

든 시간에도 짬 내어 연 상담 청 원 실험 실

평생 가 동 에 도 상 심과 격 어,

경 업 에 집 도 지원 주고 믿어주 우리 실험실,

들 창 많 고 지식 많 도움 주지 못, ,..

상 미 었다 그리고 원 마지막 께 식 웅. FLAC

지 어 께 생 고 웃고 공 역 실험실 원, ,

어 나 복 시간 었습니다 비 다 실험실 지만 상 연 에.

언 주시고 격 주신 복 지 지 께 과 같,

동생 마 라 태 고 리 가 고 진우, , ,

- 56 -

고 사랑 사랑 결 체 상 상 격 주었,

원 비 공 같 웃 었 울, 1 ,

었 우 동건 그리고 삼 같 내 동생들,

진우 질 동맹 진 나 도 갱어 님 업그 드 컨& , , , ,

시 동생처럼 상 챙겨주고 열 가 쳐 맨과 원 우

과 주 나 상 동생처럼 챙겨주 지원 우, ,

나 채 나 그리고 사랑 동 들 병욱 병 운 에게도, , , ,

께 울 어 복 고 감사 다 말 고 싶습니다 마지막.

상 신 지주가 어주시고 들 지만 상 믿어주시 사랑

나 지 어 니 든 시간에도 상 곁에 께 주 많,

보 주 다린 겁 사랑 라에게 감사 보 마 지만

헌신 니다.

월2012 1

진 드림