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암반 초기 응력 측정 (응력보상-응력개방-수압파쇄-시추코어)

ENGINEER/토목-Civil
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암반의 응력은 얕은 곳은 횡방향응력이 크고,
깊은 곳에서는 횡방향과 수직방향 응력이 비슷해진다.



초기응력은 다음과 같은 방법으로 측정할 수 있다.

1. 플래트잭법 (Flat Jack) = 응력보상법 (Stress compensating method)
- 암반 응력 측정을 위해 표면에 수행하는 시험 방법
- 시공된 터널이나 굴착면의 응력(지중응력)의 변화를 확인함.
- 측정판을 삽입하여 압력을 측정. (압력 Pump 적용 필요.)
- 굴착 후 암반의 이완에 따른 압력. (초기 간격으로 돌아가기 위한 압력) (떨어졌다가 회복하는 그래프)
- 전반적인 확인을 위한 간격 확보 필요. (자료의 신빙성)
- 절삭-초기변위확인-Jack 삽입-변위회복까지 가압
- 시험이 간단하나, 교란된 부분이라 신빙성이나 안전율 고려 필요.


2. 수압파쇄 (Hydraulic Fracture)
- 시추 필요. (시추가 가능한 공간이어야 함.)
- 지하수면 아래도 시험 가능, 대심도 시추공에서도 가능. 주응력면에 수직으로 가압된다는 가정.
- 균열발생에 대한 응력을 확인.


3. 시추코어 이용법

- ASR (Anelastic Strain Recovery) 법
* 시추코어 회수시 회복 변형률 : 응력개방이 크면 회복량 큼. 회복변형률을 통해 초기응력 측정.
* 온도, 함수비, 이방성, 잔류변형률, 측정 시간 등에 영향을 받음.

- DSCA (Differential Strain Curve Analysis) 법
* 회수 코어가 정수압을 가할 때 주 변형률 방향이 같음.
* 균열발생을 응력한계(초기응력)으로 보고 추정

- AE (Acoustic Emission) 법
* Kaiser 효과 : 응력 제거 후 재가압 시에는 첫째 재하 과정에서의 최대응력이전까지는 AE가 작다가, 그 이후 급격히 커지는 현상.
(하중을 가할 때 방출되는 음향을 측정하다가 커지는 포인트 확인)
* 하중 증가에 따른 두개의 직선을 근사시키고 그 교점을 초기지압으로 추정. (갑자기 커지는 부분 접선의 교점)



- DRA (Deformation Rate Analysis) 법
* 주기적으로 압축하중을 가함. 변형률의 차이를 확인. (변형률이 증가하다가, 줄어드는 시점을 초기응력으로 추정)





4. 응력개방법 (Stress Relief Method)
- 변형률, 변위계, 응력계로 측정. (암반의 탄성정수 필요.)
- 오버코어링 (Large Diameter Hole), Undercoring, 슬롯형성법
- 오버코어링 (3방향 게이지) : 공경변형법 (USBM), 공저변형법 (Doorstopper method, 짧아도 됨, 연약암반/절리에 용이), 공벽변형법 (Leeman method), CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) HI 셀 법, 반구/원뿔형



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