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표제지
요약
목차
I. 서론 15
1. 연구배경 및 목적 15
1) 연구배경 15
2) 연구목적 16
2. 연구의 내용 18
II. 발파이론 및 특성에 관한 선행연구 분석 20
1. 이론적 배경 20
1) 암반파쇄이론 20
2) 발파진동 20
3) 발파진동 특성 24
4) 발파진동 속도식의 추정이론 28
5) 발파진동의 발생원인 및 크기를 결정하는 요소 30
6) 디커플링 효과 33
2. 선행 연구의 이해 37
3. 국내외 기준 분석 43
1) 발파진동 43
2) 발파소음 55
3) 국내 표준발파공법 분류 기준 59
III. 수치해석 61
1. 개요 61
1) 해석 방법 61
2) 해석 방법의 장단점 62
3) CONWEP(Conventional Weapon) 방법 64
4) ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)방법 66
5) 상관법(Coupling Method) 73
2. 해석의 범위 74
1) 개요 74
2) 발파의 특성 분석 75
3. 발파 해석 및 결과 분석 81
1) 발파공내 매질 조건에 따른 충격량 해석 81
2) 발파공과 주변 암반의 탄소성해석 88
3) 발파현장의 수치해석 95
4. 소결론 108
IV. 발파시험 및 분석 110
1. 현장발파시험 110
1) 현장발파시험 및 진동계측의 목적 110
2) 시험 계획 및 방법 112
3) 결과분석 및 적용 121
2. 계측 자료 125
1) 개요 125
2) 발파대상 및 제원 125
3) 계측자료 129
3. 분석 및 결과 134
1) 개요 134
2) 결과 분석 134
3) 소결론 142
V. 결론 및 제언 146
참고문헌 148
Abstract 153
표 2.1. 진동의 표시 단위 22
표 2.2. 발파진동과 자연 지진진동의 비교 26
표 2.3. 일본 기상청 진동 Level 별 감지특성 27
표 2.4. 장약공 내의 작용압력과 Decoupling 계수에 의한 균열반경 36
표 2.5. 생활 진동 규제기준(환경법 제20조 제3항 관련) 43
표 2.6. 국내 지반진동 허용기준치 44
표 2.7. 구조물 손상가능성 평가기준(DIN 4150, 1986) 45
표 2.8. 최대 진동속도와 피해수준 46
표 2.9. 각 국의 발파진동에 의한 피해수준 47
표 2.10. 한국지질자원연구원 진동허용기준 49
표 2.11. 미국 NHI연구소 제시기준 49
표 2.12. 교통부(1991) 제시기준 50
표 2.13. Vibratech社 진동허용기준 50
표 2.14. 스웨덴 진동허용기준 51
표 2.15. Nitro Consult AB 진동허용기준 51
표 2.17. 진동 속도치와 피해 손상과의 관계 52
표 2.18. 진동속도에 따른 인체의 반응 53
표 2.19. 음압수준에 따른 인체 및 구조물의 반응 56
표 2.20. 주파수 영역별 개략적 보정치 56
표 2.21. 생활소음 규제기준 (환경법 제20조 제3항 관련) 58
표 2.22. 표준발파공법별 분류 기준 60
표 3.1. 상용해석 S/W 비교 64
표 3.2. 공기 모델의 재료 특성 72
표 3.3. TNT의 상태 방정식 계수값 73
표 3.4. 발파물 종류별 등가 에너지 78
표 3.5. Properties of air 82
표 3.6. Properties of water 84
표 3.7. Properties of TNT 84
표 3.8. Properties of Rock 90
표 3.9. 발파 제원표 96
표 3.10. Properties of Rock 97
표 3.11. 지중과 표면에서 최대 충격량 비교 106
표 3.12. 소성변형에 의한 에너지 비교 107
표 4.1. 계측기 설치 예 및 요령 114
표 4.2. BLASTMATE III 제원 및 특성 120
표 4.3. ○○ 일반산업단지 시험발파 제원 126
표 4.4. ○○-○○ 고속도로 시험발파 제원 127
표 4.5. ○○-○○ 철도공사 시험발파 제원 128
표 4.6. ○○ 일반산업단지 계측데이터 결과표 130
표 4.7. ○○-○○ 고속도로 계측데이터 결과표 132
표 4.8. ○○-○○ 철도공사 계측데이터 결과표 133
표 4.9. ○○ 일반산업단지 진동추정식 비교 134
표 4.10. ○○-○○ 고속도로 진동추정식 비교 135
표 4.11. ○○-○○ 철도공사 진동추정식 비교 135
표 4.12. ○○ 일반산업단지 허용기준치에 따른 굴착공법 및 거리 데이터 136
표 4.13. ○○-○○ 고속도로 허용기준치에 따른 굴착공법 및 거리 데이터 138
표 4.14. ○○-○○ 철도공사 허용기준치에 따른 굴착공법 및 거리 데이터 139
표 4.15. ○○ 일반산업단지 진동 및 소음 측정결과 143
표 4.16. ○○ 일반산업단지 결과 비교 143
표 4.17. ○○-○○ 고속도로 진동 및 소음 측정결과 144
표 4.18. ○○-○○ 고속도로 결과 비교 144
표 4.19. ○○-○○ 철도공사 진동 및 소음 측정결과 145
표 4.20. ○○-○○ 철도공사 결과 비교 145
그림 1.1. 연구 절차 19
그림 2.1. 발파영향권 21
그림 2.2. 지반진동의 3성분 23
그림 2.3. 디커플링 효과 33
그림 2.4. 주파수에 따른 구조물의 종류별 진동속도한계치... 46
그림 2.5. 진동속도 대 주파수 관계 55
그림 3.1. Friedlander 방정식 모델 65
그림 3.2. 일차원에서의 Lagrangian, Eulerian, ALE 기법 입자운동 66
그림 3.3. Grid deformation in a Lagrangian analysis 67
그림 3.4. Material flow through a stationary grid in an Eulerian analysis 67
그림 3.5. ALE 기법 좌표계간 관계 68
그림 3.6. 폭발물의 기폭과 충격파 형성 과정 78
그림 3.7. 디커플링 효과를 이용한 장약법 79
그림 3.8. 천공경과 약포경의 관계 이론 도표 80
그림 3.9. 발파공과 약포경사이의 해석 조건 81
그림 3.10. 유한요소 모델링 82
그림 3.11. 적용 모델 상세 85
그림 3.12. 압력 측정 위치 85
그림 3.13. 시간에 따른 충격량 그래프 86
그림 3.14. 공기 모델의 충격 하중 87
그림 3.15. 물 모델의 충격 하중 87
그림 3.16. 모델별 충격량 해석 결과 88
그림 3.17. 파쇄특성 수치해석 단면 88
그림 3.18. 파쇄특성 수치해석 단면도 89
그림 3.19. 적용기법과 압력측정 위치 91
그림 3.20. 단계별 공기 모델의 파쇄특성 91
그림 3.21. 각 측정위치별 시간에 따른 압력분포(공기) 92
그림 3.22. 물 모델의 파쇄특성 93
그림 3.23. 각 측정위치별 시간에 따른 압력분포(물) 94
그림 3.24. 측정점 13에서의 적산된 충격량 비교 94
그림 3.25. 해석 대상 단면도 95
그림 3.26. 해석 모델 97
그림 3.27. 적용기법과 압력측정 위치(Type-II) 98
그림 3.28. 시간에 따른 파괴 양상(공기) 98
그림 3.29. 각 측정위치별 시간에 따른 압력분포(Type-II : 공기) 99
그림 3.30. 시간에 따른 상단표면 파동 특성(공기) 100
그림 3.31. 시간에 따른 파괴 양상(물) 101
그림 3.32. 각 측정위치별 시간에 따른 압력분포(Type-II : 물) 102
그림 3.33. 시간에 따른 상단표면 파동 특성(물) 103
그림 3.34. 초기 파쇄 패턴 비교 104
그림 3.35. 10㎳ 이후의 파쇄 패턴 비교 104
그림 3.36. 시간에 따른 측점별 충격량 분포 105
그림 3.37. 소성변형에 의한 에너지 비교 106
그림 4.1. BLASTMATE III 장비 119
그림 4.2. 계측위치(○○-○○ 고속도로 현장) 121
그림 4.3. Analysis Procedure 122
그림 4.4. 진동의 측정성분 123
그림 4.5. ○○ 일반산업단지 발파영향권 비교 137
그림 4.6. ○○-○○ 고속도로 발파영향권 비교 138
그림 4.7. ○○-○○ 철도공사 발파영향권 비교 139
그림 4.8. ○○ 일반산업단지 파쇄도 비교 140
그림 4.9. ○○ 일반산업단지 파쇄입자 분포도 140
그림 4.10. ○○-○○ 철도공사 파쇄도 비교 141
그림 4.11. ○○-○○ 철도공사 파쇄입자 분포도 142
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本 論文은 發破孔內 媒質特性에 따른 發破效率, 振動, 騷音, 破碎度 및 周邊地盤 影響을 數値解析과 現場試驗을 通해 糾明하기 爲한 硏究이다.
표준발파공법은 천공경과 폭약경의 차이로 인한 공간에 의해 디커플링 현상이 발생하게 되어 폭약의 발파효과가 저감되고 충격에 의해 진동 및 소음은 증가하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 이 공간을 물로 밀 장전 할 경우와 공기로 채우는 기존 방법의 경우에 대하여 수치해석과 현장발파시험을 통해 다음과 같은 사항에 대한 연구를 수행하였다. 첫째로 비압축성 물을 주입하는 경우와 기존기술과의 발파효율을 비교분석하였다. 둘째로 공내 매질에 따른 진동 및 소음 감소와 파쇄도 향상에 대해 수치해석과 현장시험발파를 수행하여 비교분석하였다. 셋째로 발파에너지가 발파공 내에서 주변지반으로 확대되어 진동 및 소음을 유발하므로, 매질 변화에 따른 주변지반 영향을 비교분석하였다.
수치해석과 현장시험발파를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째로 주입공 내 매질에 따른 발파효율에 대한 수치해석 결과, 물이 공기 대비 충격파피크는 400%, 적산충격량은 35% 높았으며 발생된 에너지의 세기도 공기 대비 물이 61% 높은 것으로 나타났다. 암석의 파쇄도에 대한 수치해석 결과, 물이 공기 대비 암석의 파쇄도가 매우 우수하였고 반면 원거리 측정점에서 측정된 적산충격량은 물이 48% 작아 이는 폭발에너지의 대부분이 암반 파쇄에 집중되어 이에 따른 충격 감쇄효과로 판단되었다. 둘째로 주변지반의 영향에 대한 수치해석 결과, 원거리 지중에서 측정된 충격량은 물이 공기보다 48%, 원거리 지표면에서는 16% 적은 것으로 나타나 물에 의한 주변지반의 영향이 공기보다 적은 것으로 나타났다. 상기와 같은 거리에 따른 충격량의 변화는 물이 발파 전달속도가 빠르고 개방된 자유면에 의해 폭발에너지가 급격히 감소하여 발파효율이나 파쇄도는 우수하나 지반진동은 더 적게 나타나기 때문인 것으로 판단되었다. 마지막으로 현장시험발파를 통해 물의 공기 대비 진동감소율은 8~16.5%였으며, 현장 시험발파 진동감소율은 수치해석에서 지표면 충격량 감소율과 유사한 결과 값을 갖는 것으로 나타났다. 소음 계측 값은 큰 차이를 보이지는 않으나 물이 공기 대비 최대 2.9dB 적은 값으로 나타났으며 소음은 계측상의 오류와 주변 공간의 여건에 의해 오차가 많은 것으로 판단되었다. 현장 시험발파 후 파쇄도 분석 결과, 물이 공기보다 평균 20%의 파쇄도 향상 효과가 있는 것으로 나타났다. 이는 폭약주변의 비압축성인 물의 영향으로 공기를 매질로 사용하는 경우에는 공벽면에 불규칙한 하중이 전달되나 물의 경우 등분포 형태의 하중이 공벽면에 작용함으로 암반을 더 잘게 파쇄할 수 있는 것으로 판단되었다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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