KR101433787B1 - Damage Assessment System of In-situ Rock Mass using Acoustic Emission Technique and Assessment Method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 음향방출기법을 이용하여 현장암반의 정량적인 손상도를 추정하는 추정 시스템 및 그 추정 방법에 관한 것으로, 특히 현장암반 내 건설되는 지하구조물인 석유비축기지, 심지층 방사성 폐기물 처분장, 지하 곡물저장소, 지열발전소 등에서 절리(균열)를 포함한 비균질한 현장 암반의 모니터링을 통해, 정량적인 손상도와 그때의 암반강도 및 추후 그 암반의 손상도의 추후 진행에 대한 예측기술에 관한 것이다.
The present invention relates to an estimation system for estimating quantitative damage of a rock mass using an acoustic emission technique and a method for estimating the quantitative damage of a rock mass in an underground structure. More particularly, the present invention relates to a petroleum stockpile base, a wastepaper radioactive waste repository, (Cracks) in reservoirs, geothermal power plants, etc., through quantitative analysis of the damage of rocks, and the prediction of the future progress of damage to the rocks.
고준위폐기물 심지층(지하 500~1000미터) 처분장은 초장기 기대수명을 가진 구조물로서, 사용 후 핵연료로부터의 높은 온도와 지하수로 인한 포화상태 그리고 심층조건으로 인한 높은 지중 응력을 받고 있는 특징이 있다. 이 같은 조건에서 처분암반의 장기 건전성을 실시간 모니터링하고, 이의 구조적인 손상도를 추정하는 것은 처분시스템의 신뢰도를 확보한다는 측면에서 매우 중요한 이슈에 해당한다. 최근에는 음향방출(Acoustic Emission; AE) 기술이 처분장의 구조적 건전성을 실시간 모니터링하고 분석하는데 유망한 기술 중의 하나로 주목을 받고 있다.The high-level waste core layer (500 ~ 1000m underground) is a structure with a long life expectancy, characterized by high temperature from spent fuel, saturation due to ground water, and high ground stress due to deep conditions. Real - time monitoring of the long - term health of disposal rocks under these conditions and estimating their structural damage is a very important issue in terms of securing the reliability of the disposal system. In recent years, Acoustic Emission (AE) technology has attracted attention as one of promising technologies for real-time monitoring and analysis of the structural integrity of repositories.
이러한 AE 기법은 물체가 외력을 받을 때 미세변위의 이동이나 균열의 성장 등으로 인해 원자의 재배열이 발생되면서 유발된 탄성파 특성을 근거로 하중 조건에 따른 구조물의 균열발생 위치 예측, 기 발생 균열의 진전 여부 및 진전방향 예측, 그리고 균열발생 원인이 무엇인지에 대해 판별하는데 실용적이고 객관적인 데이터를 제공하며, 결함의 실시간 계측(online monitoring)이 가능하다는 장점이 있어 암반, 교량 및 산업 구조물의 진단과 상태 추정 등에 주로 적용되어져 왔다.
This AE technique predicts the location of the cracks in the structure according to the load conditions based on the elastic wave characteristics caused by the rearrangement of the atoms due to the movement of the micro displacement or crack growth when the object receives an external force, It provides the practical and objective data to determine the progress and direction of the advancement and the causes of the cracks, and has the advantage of online monitoring of the defects. The diagnosis and status of the rocks, bridges and industrial structures Estimation and so on.
이러한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 및 비특허문헌 등에 개시되어 있다.One example of such a technique is disclosed in the following patent documents and non-patent documents.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 방사성 폐기물 지하처분장의 암반에 대한 결정론적 또는 확률론적 단열 데이터에 기초하여 단열을 생성하고, 상기 생성된 단열 간 연결도를 검색하여 단열망을 구축하는 단열망 구축 모듈, 상기 단열망 구축 모듈에서 생성된 단열망에 기초하여 상기 방사성 폐기물 지하처분장 주변의 다공암반, 단열암반 및 다공-단열 암반 내의 지하수 유동을 다차원적으로 계산하는 지하수 유동계산 모듈 및 상기 지하수 유동 계산 모듈에서 계산된 지하수의 유동 계산 결과에 기초하여 상기 방사성 폐기물지하처분장 주변에서의 방사성 핵종의 이동을 계산하는 방사성 핵종이동 계산 모듈을 포함하는 방사성 폐기물 지하처분장의 안전성 추정 시스템 및 추정 방법에 대해 개시되어 있다.For example,
또 하기 특허문헌 2에는 AE 방법을 이용한 암반 파괴 판정 및 예측 시스템으로서, 암반에 굴착된 굴삭공 내에 설치된 다수의 탄성파 센서로부터 탄성파 신호를 수집하는 다수의 데이터 수집장치 및 유선 또는 무선 통신망을 통해 상기 데이터수집장치로부터 수집된 탄성파 신호를 전달받는 관리센터의 중앙 컴퓨터를 포함하는 구성에 대해 개시되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 3에는 암반 내의 불연속면을 관통하는 공정을 천설하고, 이 불연속면의 위치를 확인하면서 공정의 원주 방향으로 동일 직선상에 없는 적어도 2개 이상의 AE 센서를 배설하고, 이러한 AE 센서를 개입시켜 암반의 파괴에 수반해 발생하는 파괴음을 상기 불연속면을 포함한 평면 내에서 이차원 방향으로 검출하고, 시간 경과에 관련한 AE 카운트 수로부터 미소파괴의 발생 위치와 그 진척 프로세스를 추정하는 암반 붕괴의 검지 방법에 대해 개시되어 있다. On the other hand, in Patent Document 3, at least two or more AE sensors that are not on the same straight line in the circumferential direction of the process are disposed while confirming the position of the discontinuity, A method of detecting a rock breakage in which a destruction sound caused by destruction of a rock mass is detected in a two-dimensional direction in a plane including the discontinuity, and a position of occurrence of micro-destruction and its progress process are estimated from the AE count number related to the lapse of time ≪ / RTI >
또한, 하기 비특허문헌 1에는 처분장과 유사한 지질적 구조적 특성을 지닌 한국원자력연구원 내에 위치한 지하처분연구시설에서 채취한 화강암 시료를 이용하여 실내실험을 통해 균열의 성장과 이에 따른 손상도를 AE 파라미터와 모멘트텐서 해석법을 이용하여 분석하는 기술에 대해 개시되어 있다.
In the following
그러나 상술한 바와 같이 종래의 음향방출기법(Acoustic Emission; AE)을 이용한 그 동안의 손상도 연구는 대부분 실내실험에 치중되어 왔으며, 현장적용의 경우에도 주로 균열발생 유무의 탐지나 균열위치 추정 등 정성적인 분석에 국한되었다.However, as described above, most damage studies using conventional acoustic emission (AE) have been focused on indoor experiments. In the case of field application, on the other hand, But only for analysis.
즉, 산업 구조물 모니터링을 위해 음향방출기법(AE)이 활발히 활용되었지만, 정성분석 즉 균열발생 유무 및 균열위치 추정 등의 적용에 국한되었으며, 균열이 포함된 비균질 절리 암반의 경우에는 AE를 적용하여 모니터링하는 기술에 대해서는 구체적으로 개시되어 있지 않았다.
Although the acoustic emission technique (AE) was actively used for industrial structure monitoring, it was limited to qualitative analysis such as crack occurrence and crack location estimation. In case of heterogeneous jointed rock with cracks, And the technique to be used is not specifically disclosed.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 암반 내 균열발생을 AE를 통해 실시간 모니터링할 뿐 만 아니라, 이를 바탕으로 현장암반의 정량적인 손상도 변화와 암반강도를 추정하고, 더 나아가 암반의 향후 손상도 진행(damage evolution)에 대한 예측기술을 제시하고자 한다. 즉 음향방출기법을 이용하여 현장암반의 손상도와 그 때의 강도변화 그리고 이의 향후 거동예측을 위한 손상도 추정 시스템 및 그 추정 방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above problems and to provide a method and apparatus for monitoring the occurrence of cracks in a rock mass in real time through AE, Furthermore, we propose a prediction technique for the damage evolution of the rock. That is, the present invention provides a damage estimation system and method for predicting the damage, the strength change, and the future behavior of a site rock by using an acoustic emission technique.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 현장암반의 손상도 추정 시스템은 암반 표면 및 내부에 매립된 AE 센서의 시험부, 상기 현장암반에 인가되는 응력 및 이에 따른 변형률을 측정하는 응력 데이터 수집부, 상기 시험부에 장착된 다수의 AE 센서로부터 AE 데이터를 수집하는 AE 데이터 수집부, 상기 응력 데이터 수집부 및 AE 데이터 수집부에서 수집된 데이터에 따라 현장 암반의 손상도 진행 곡선의 도출 및 향후 암반의 손상도를 예측하는 데이터 처리부, 상기 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a system for estimating a damage degree of a site rock according to the present invention comprises a test section of an AE sensor buried in a rock surface, a stress data collection section for measuring a stress applied to the rock, An AE data collection unit for collecting AE data from a plurality of AE sensors mounted on the test unit, a damage progress curve for a site rock according to the data collected by the stress data collection unit and the AE data collection unit, A data processing unit for predicting the degree of damage, and a display unit for displaying data processed by the data processing unit.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 현장암반의 손상도/강도 추정 및 이의 향후 거동예측 방법은 다음과 같은 단계로 구성되어 있다: (a) AE(Acoustic Emission) 균열위치 추정기법을 이용하여 현장 절리암반 내 균열발생 위치를 추정하는 단계, (b) 통계적인 기법을 적용하여 현장암반의 균열 크기를 결정하는 단계, (c) 상기 현장암반 내 매립된 AE 센서를 이용한 암반의 파 감쇄 특성을 측정하여 보정하는 단계, (d) 상기 파 감쇄 특성을 이용하여 상기 균열 크기에 따른 최대 균열 에너지를 추정하는 단계, (e) 상기 최대 균열 에너지를 통해 해당 응력에서의 정량적인 손상도를 추정하여 사전에 구한 현장암반의 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 구하는 단계, (f) 현장암반에서 구한 손상도 진행 곡선을 따라 향후 암반의 손상도 진행을 예측하는 단계.
In order to achieve the above object, the method of predicting the damage / strength of the rock mass according to the present invention and its future prediction method comprises the following steps: (a) Acoustic emission (B) determining the crack size of the rock mass by applying a statistical technique; (c) measuring the wave attenuation characteristics of the rock mass using the embedded AE sensor in the rock mass; (D) estimating a maximum crack energy according to the crack size using the wave attenuation characteristic, (e) estimating a quantitative damage degree in the corresponding stress through the maximum crack energy, and (F) Estimating the damage progress of the rock bed along the damage progress curve obtained from the site rock.
본 발명(음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 시스템 및 그 추정 방법)을 활용한다면, AE를 통한 지하 구조물의 실시간 모니터링과 이를 통해 암반 구조물의 실시간 안정성 분석이 가능한 효과를 얻을 수 있다.If the present invention (system for estimating the damage degree of a rock bed using acoustic emission technique and estimation method thereof) is utilized, real-time monitoring of underground structures through AE and real-time stability analysis of rock structures can be obtained.
또한 손상도 역학(Damage mechanics)에 따라 손상도 파라미터(D)를 수치해석적으로 입력하여 구조물의 장기 안정성 분석이 가능하다는 효과도 얻을 수 있다.
In addition, it is possible to obtain long-term stability analysis of structures by numerically analyzing the damage parameter (D) according to damage mechanics.
도 1은 본 발명에 따른 음향방출기법을 이용하기 위한 지하처분연구시설의 모식도,
도 2는 도 1에서 수직에서 굿맨잭의 압력 대 변위 곡선의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 도 1에 도시된 각각의 영역 중에서 본 발명에 적용되었던 시험공 및 AE 센서의 위치를 나타낸 도면(암반의 탄성 상수 측정),
도 4는 본 발명에 따른 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 시스템의 구성도,
도 5는 본 발명에 따라 현장 암반에서 추정된 정규화된 손상도 대 정규화된 응력의 관계 함수를 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 데이터 처리부의 구체적인 구성을 나타내는 블록도,
도 7은 위치추정수단에서 균열위치 추정 방법을 설명하기 위한 그래프,
도 8은 본 발명에 따른 현장암반의 손상도를 추정하기 위한 공정도,
도 9는 본 발명에 따른 손상 곡선을 획득하고 이의 활용을 위한 전체 흐름도.FIG. 1 is a schematic diagram of an underground disposal research facility for using the acoustic emission technique according to the present invention,
FIG. 2 is a view showing an example of a pressure versus displacement curve of a Goodman jack in the vertical direction in FIG. 1;
FIG. 3 is a view showing the positions of test holes and AE sensors applied to the present invention among the respective areas shown in FIG. 1 (elastic constant measurement of a rock); FIG.
FIG. 4 is a block diagram of a system for estimating the degree of damage of a site rock by using the acoustic emission technique according to the present invention.
5 is a graph showing the relationship function of the normalized damage versus normalized stress estimated in the field rock according to the present invention,
6 is a block diagram showing a specific configuration of a data processing unit according to the present invention;
FIG. 7 is a graph for explaining a crack position estimation method in the position estimation means,
FIG. 8 is a process chart for estimating the degree of damage of a site rock according to the present invention,
9 is an overall flow chart for acquiring and exploiting the damage curve according to the present invention;
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.These and other objects and novel features of the present invention will become more apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
먼저, 본 발명의 개요에 대해 설명한다.First, the outline of the present invention will be described.
본 발명은 현장암반에 대한 손상도 진행곡선(정규화된 손상도 대 정규화된 응력)을 측정하였으며, 이의 검증과정을 통해 그 신뢰성을 확보하였다. 이에 대한 체계적인 접근을 위해, 본 발명은 크게 부지특성 추정, 실내실험 연구, 현장적용 연구, 그리고 검증 및 활용방안 연구로 나누어 수행하였다.The present invention measured the damage progress curve (normalized damage versus normalized stress) for the site rocks and verified its reliability through its verification process. For a systematic approach to this, the present invention is largely divided into site characteristics estimation, indoor laboratory research, field application research, and verification and utilization research.
현장암반의 부지특성 파악을 위해, 지하처분연구시설(KURT, KAERI Underground Research Tunnel : KURT) 암반의 역학적, 물리적, 동적 특성을 추정하였으며, 대표적인 인자로서 암반변형계수와 투수계수 그리고 절리 암반의 동적 전단 탄성계수를 각각 측정하였다. 이는 이후의 현장적용 연구에 암반물성 입력자료로 이용되었으며, 향후 수치해석적 적용을 위한 중요한 실증 데이터로 활용될 수 있다.Physical, physical and dynamic characteristics of the rocks were estimated by KURT and KAERI Underground Research Tunnel (KURT). In order to understand the site characteristics of the rock mass, the rock strain coefficient, permeability coefficient and dynamic shear Elastic modulus were measured. This can be used as input data for rock properties in later field application studies and as important empirical data for future numerical applications.
실내연구를 통해 KURT 화강암의 균열진전에 따른 응력 임계값(stress threshold)을 우선적으로 결정하였으며, 응력-변형률 관계를 통해 유도된 비탄성체적변형률(inelastic volumetric strain)과 AE 파라미터와의 상관성을 밝힘으로써 AE를 이용한 손상도의 정량화 가능성을 확인하였다. 또한, AE 파라미터들을 서로 비교함으로써, 그 중 AE 에너지 기법이 정확성이나 현장 적용성 측면에서 매우 우수한 측정 인자임을 도출하였다. The stress thresholds according to the crack progression of KURT granite were first determined through indoor studies and the relationship between the inelastic volumetric strain induced by the stress-strain relation and the AE parameters was clarified. And the possibility of quantification of the degree of damage using the method was confirmed. Also, by comparing the AE parameters, we found that AE energy method is a very good measure in terms of accuracy and field applicability.
한편, 반복하중 조건에서도, AE 에너지 기법을 통해 KURT 화강암의 손상도 추정이 가능함을 밝히고, 그때의 손상진행곡선이 지수함수의 형태가 됨을 확인하였다. 또한, 절리 암반에서도 신빙성 있게 균열위치를 추정할 수 있는 AE 위치표정 알고리즘을 위그너-빌 분포(Wigner-Ville Distribution)와 비오 모델(Biot model)의 혼합적용을 통해 새로 개발하였다.On the other hand, it is shown that the damage of KURT granite can be estimated through the AE energy technique even under cyclic loading condition, and it is confirmed that the damage progression curve is a form of exponential function. We also developed a new AE location estimation algorithm that can estimate the location of cracks reliably in jointed rock masses by applying Wigner-Ville distribution and Biot model.
실내연구를 통해 도출된 손상도 진행곡선의 함수형태를 바탕으로, 동하중 조건에서의 KURT 현장암반의 손상도 진행곡선을 측정하였다. 이를 위해 현장암반에서 굿맨잭(Goodman Jack) 실험과 AE 계측실험을 동시에 수행하였으며, 각 사이클별 하중-AE 에너지 관계와 암반강도 데이터를 바탕으로 뉴턴 반복법(Newton's iterative method)을 통해 현장암반의 손상도 진행에 관한 정규화된 지수함수를 결정하였다. Based on the function form of the damage progress curve derived from the indoor study, the progress curve of the KURT rock mass in the dynamic load condition was measured. For this purpose, the Goodman Jack experiment and the AE test were performed simultaneously on the rock bed, and the Newton's iterative method was used to estimate the damage of the rock bed on the basis of load-AE energy relationship and rock strength data for each cycle. The normalized exponential function for the progress was determined.
이때, 계측지점의 암반강도는 정규화된 응력 정보를 산정하는데 필요한 인자로써, 본 발명에서는 수치해석적 적용(Double-Yield model)을 통해 유도되었다. 암반강도 추정을 위해 현장에서 측정된 암반변형계수와 프와송 비가 수치해석의 입력자료로 사용되었으며, 굿맨잭 실험의 각 반복하중 별 실제 암반변위를 수치해석적으로 모사함으로써 그 추정강도의 신뢰성을 확보하였다.At this time, the rock strength of the measurement point is a factor necessary for calculating the normalized stress information, and is derived through a double-yield model in the present invention. In order to estimate the rock strength, the rock deformation coefficients and the Pwasong ratio measured in the field were used as the input data for the numerical analysis. The reliability of the estimated strength was obtained by numerically simulating the actual rock displacement by each repeated load of Goodman Jack experiment Respectively.
손상도 진행곡선의 검증을 위해, 신규 AE 위치표정 알고리즘과 와이블 분포 모델(Weibul distribution model)의 통계기법, 현장암반의 파 감쇄(wave attenuation) 특성, 그리고 프랙탈 이론(Fractal theory)을 적용하였다. For the verification of the damage progression curve, we applied the new AE position locating algorithm, the Weibul distribution model statistical method, the wave attenuation characteristics of the field rock, and the fractal theory.
AE 위치표정을 통해 절리 암반 내 균열위치를 파악하고, 이후 통계적인 기법을 활용하여 암반 내 발생균열의 크기를 추정하였다. 또한, AE 센서에서의 균열 에너지가 아닌 균열발생 위치에서의 AE 균열 에너지를 산정하기 위하여 현장암반의 파 감쇄 특성을 측정하여 보정하였다. 한편, 프랙탈 이론을 적용함으로써, 균열크기에 독립적인(scale-independent) 최대 AE 에너지를 추정하였다. The location of cracks in the jointed rock mass was determined by the AE location expression and then the size of cracks in the rock mass was estimated by using statistical techniques. In addition, the wave attenuation characteristics of the rock mass were measured and calibrated to estimate the AE crack energy at the location of the crack, rather than the crack energy at the AE sensor. On the other hand, by applying fractal theory, the maximum AE energy independent of crack size was estimated.
분석결과, 이 같은 방법을 통해 도출된 암반의 정량적인 손상도가 각 반복하중 별 손상도 진행곡선상의 손상도와 매우 유사함을 알 수 있었다. 따라서 본 발명을 통해, 현장암반 내 손상도의 정량화가 AE 모니터링을 통해 가능함을 확인하였다.As a result of the analysis, it is found that the quantitative damage of rock mass derived from this method is very similar to that of damage progress curve of each cyclic load. Therefore, it has been confirmed through the present invention that the quantification of the degree of damage in the rock mass is possible through AE monitoring.
손상도 진행곡선의 활용방법은 검증과정에서 시도되었던 접근방법과 동일하다. 즉 실시간 AE 모니터링을 통해 정규화된 AE 에너지를 산정함으로써 암반의 손상도를 추정하면, 손상도 진행곡선상에서 이에 해당하는 암반강도를 추정할 수 있게 된다. 또한, 확보된 손상도 진행곡선을 통해 추후 암반의 손상도가 어떻게 진행될 지에 대한 예측도 가능하게 된다.The method of using the damage progression curve is the same as the approach attempted in the verification process. In other words, by estimating the damage level of rock mass by estimating the normalized AE energy through real - time AE monitoring, it is possible to estimate the corresponding rock strength on the damage progression curve. Also, it is possible to predict how the degree of damage of the rock bed will progress through the progress curve of the secured damage.
따라서 실시간으로 측정된 암반의 손상도가 암반물성과 손상도 역학적인 측면에서 연관될 수 있으므로, 수치해석적 적용을 통해 처분장 근계 암반의 장기 안전성을 실시간 추정하고 예측하는 기술로서 활용될 수 있다.
Therefore, real-time rock mass damage can be related to rock properties and damage mechanics. Therefore, it can be used as a technique for real-time estimation and prediction of long-term safety of rock mass in the repository through numerical application.
이하, 본 발명에 따른 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정을 위한 현장 시험장치의 구성을 도 1 내지 도 3에 따라서 설명한다.
Hereinafter, the configuration of a field testing apparatus for estimating the damage degree of a site rock by using the acoustic emission technique according to the present invention will be described with reference to FIG. 1 to FIG.
도 1은 본 발명에 따른 음향방출기법을 이용하기 위한 현장 시험장소인 지하처분연구시설의 모식도이다.FIG. 1 is a schematic diagram of a subterranean disposal research facility, which is a field test site for using the acoustic emission technique according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 현장 실험은 지하처분연구시설(KURT, KAERI Underground Research Tunnel)에서 실행하였다. KURT는 한국원자력연구원(KAERI) 부근에 마련된 폭 6m, 높이 6m의 말굽 모양의 단면으로 굴착된 총연장 255m의 T자형 지하 터널로서, -10%의 경사도로서 180m 길이의 진입 터널과 고준위 폐기물을 안전하게 묻기 위한 영구처분 관련 연구를 수행하는 75m의 2개의 연구모듈로 이루어졌다. 본 발명에 적용되는 AE 센서는 60± 20%(kHz)의 공진 주파수, 감도 115dB 및 30~300kHz의 유효 주파수 범위를 구비한다.As shown in FIG. 1, the field experiment of the present invention was carried out in the underground disposal research facility (KURT, KAERI Underground Research Tunnel). KURT is a T-shaped underground tunnel with a total length of 255m excavated in a horseshoe section of 6m in width and 6m in height, which is located near the Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI). It has a slope of -10% and it is safe to bury 180m long tunnel and high- And two research modules of 75m to carry out the research related to the permanent disposal. The AE sensor applied to the present invention has a resonance frequency of 60 ± 20% (kHz), a sensitivity of 115 dB and an effective frequency range of 30 to 300 kHz.
본 발명에서의 현장 실험은 도 1에 도시된 바와 같은 KURT 내의 암반에 다수의 AE 센서를 장착하고, 암반에 균열을 발생시켜 실행하였다. 통상, 심지층 처분환경(stress corrosion cracking)은 고심도 지질조건에 따른 높은 응력조건, 붕괴열에 의한 온도상승 및 열응력 영향, 지하수 포화 및 완충재 팽윤압이 발생하므로, 균열 모니터링에 의해 처분 시스템의 초장기 기대수명을 갖는 구조물로 이루어져야 한다.In the field test in the present invention, a plurality of AE sensors were mounted on a rock in a KURT as shown in FIG. 1, and cracks were generated in the rock. In general, stress corrosion cracking is caused by high stress condition due to high-altitude geological conditions, temperature rise due to decay heat and thermal stress, groundwater saturation, and swelling pressure of buffer material. Therefore, It should consist of a structure with an expected lifetime.
또 본 발명에서 암반에 관한 압력과 변위 관계는 굿맨잭을 사용하여 40MPa까지 압력까지 로딩 및 언 로딩을 통해 얻었다. 도 2는 도 1의 영역 4(Zone 4)에서 상기와 같은 방법에 의해 0.9m(수직 방향) 위치에서 굿맨잭의 압력 대 변위 곡선의 일 예를 나타내는 도면이다. In the present invention, the relationship between the pressure and the displacement of the rock mass was obtained by loading and unloading the pressure up to 40 MPa using a Goodman jack. FIG. 2 is a view showing an example of a pressure versus displacement curve of Goodman jack at a position of 0.9 m (vertical direction) in the
또 도 3은 도 1에 도시된 각각의 영역에서 본 발명에 이용되는 암반의 탄성 상수를 측정하기 위한 시험공 및 AE 센서의 위치를 나타낸다.
3 shows the positions of the test holes and the AE sensor for measuring the elastic constants of the rock masses used in the present invention in the respective regions shown in Fig.
다음에, 본 발명에 따른 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 시스템을 도 4 및 도 5에 따라 설명한다.Next, a system for estimating the damage degree of a site rock by using the acoustic emission technique according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG.
도 4는 본 발명에 따른 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 시스템의 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따라 현장 암반에서 추정된 정규화된 손상도 대 정규화된 응력의 관계 함수를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a block diagram of a system for estimating the degree of damage of a site rock by using an acoustic emission method according to the present invention, and FIG. 5 is a graph showing a relationship function between normalized damage and normalized stress estimated in a field rock according to the present invention to be.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 현장암반의 손상도 추정 시스템은 도 3에 도시된 바와 같은 현장암벽에 매립된 다수의 AE 센서를 구비한 시험부(10), 상기 시험부(10)를 통해 현장암반에 인가되는 응력 및 이에 대한 변형률에 대한 데이터를 수집하는 응력 데이터 수집부(20), 상기 시험부(10)에 장착된 다수의 AE 센서로부터 AE 데이터를 수집하는 AE 데이터 수집부(30), 상기 응력 데이터 수집부(20) 및 AE 데이터 수집부(30)에서 수집된 데이터에 따라 현장 암반의 손상도 진행 곡선의 도출 및 향후 암반의 손상도를 예측하는 데이터 처리부(40), 상기 데이터 처리부(40)에서 처리된 데이터를 표시하는 표시부(50)를 포함한다.As shown in FIG. 4, the system for estimating the degree of damage of a site rock according to the present invention includes a
또, 상기 데이터 처리부(40)는 일종의 DAQ(Data Acquisition)로서, 다양한 변환기, 신호 제어기, 구동 소프트웨어 등을 구비하며, 현장암반 내 매립된 AE 센서로부터 AE 데이터를 수집한다. 즉 본 발명은 도 3에 도시된 바와 같은 현장암반 내 매립된 AE 센서로부터 AE 데이터를 수집하여 처리한다.The
상기 표시부(50)는 통상의 모니터 또는 파형을 추적 표시하는 오실로스코프 등을 포함할 수 있다.The
본 발명에서는 AE를 이용한 정량적 손상도를 추정하기 위해 다음과 같은 방법을 적용한다.In the present invention, the following method is applied to estimate the quantitative damage using AE.
AE 이벤트의 에너지량(EAE)은 하기 수식 1과 같이, AE 신호의 기록 전압을 제곱하여 적분하는 것에 의해 계산된다.The amount of energy of the AE event (E AE) is calculated by integrating the square of the write voltage, AE signal as shown below in
여기서, a(t)는 시간 t에서 신호의 전압이다. 이 값은 신호 지속 시간 및 채널을 합산하는 것에 의해 총 AE 에너지를 얻는다.Where a (t) is the voltage of the signal at time t. This value gives the total AE energy by summing the signal duration and the channel.
연속 손상 역학에 따라 손상의 정도는 손상 파라미터 D로 나타내며, 모재가 선형 탄성이고, 그 후 균열의 효과(손상)라고 가정하면 재료의 유효 탄성 모듈의 변화에 의해 하기 수식 2로 표현된다.The degree of damage according to the continuous damage mechanics is expressed by the damage parameter D, and is expressed by the following equation (2) by the change of the effective elasticity module of the material, assuming that the base material is linear elasticity and then the effect of cracking (damage).
여기서 E0는 선형적인 손상에 의해 저하될 수 있는 초기 재료의 탄성 모듈을 나타내고, E는 손상된 재료의 탄성 모듈이며, D는 손상 파라미터이다. 따라서, 균열 개시 및 장애 사이에 발생 암석 변형은 응력에 의한 균열 손상의 연속적인 축적으로 설명할 수 있다. 파라미터(1-D)는 암석 시편의 무결성으로 가정한다.Where E 0 is the elastic modulus of the initial material which can be degraded by linear damage, E is the elastic modulus of the damaged material, and D is the damage parameter. Thus, rock deformation occurring between crack initiation and failure can be explained by the continuous accumulation of crack damage due to stress. The parameters (1-D) assume the integrity of the rock specimen.
따라서, 본 발명에서 얻어진 손상 값은 AE 순간 텐서 외에 AE 데이터의 초기 소란의 인위적 제거 없이 원시 AE 데이터에서 유도된다.Thus, the damage value obtained in the present invention is derived from raw AE data without artificial removal of initial disturbance of AE data in addition to AE instantaneous tensor.
또, 현장암반에서는 실내실험과 달리 응력-스트레인의 관계를 얻기 어려우므로, 상술한 바와 같이 암반에서 발생하는 AE 에너지를 이용하여 구조물의 손상도를 정량화할 수 있다.In addition, it is difficult to obtain the stress-strain relationship in the rock mass in the field rock unlike the laboratory test, so that the damage degree of the rock mass can be quantified by using the AE energy generated in the rock mass.
또한, 예를 들어 고준위폐기물 심지층 처분장의 건설은 암반 굴착과 발파, 터널지보재 시공, 그리고 처분장 운영 및 폐쇄 등의 일련의 작업들로 인해 주변 현장암반은 다양한 응력 이력을 겪게 된다. 특히 처분공 주변암반은 굴착, 지하수 포화, 완충재 팽창, 열응력 등에 의한 동적 하중조건의 암반의 역학적 물성이 정적하중의 암반물성과 상당한 차이가 난다.For example, the construction of a high-level waste core layer repository is subject to various stress history due to a series of operations such as rock excavation, blasting, construction of a tunnel support, and operation and closure of a repository. Especially, rock mass around the disposal well is significantly different from the dynamic properties of rock mass under dynamic loading condition due to excavation, underground water saturation, expansion of shock absorbing material and thermal stress.
따라서 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같은 현장 암반에서 동적 하중 조건에 적합하게 응력을 변화시키면서 AE 신호를 감지하여 응력과 AE 에너지 사이의 함수로 정의되는 정량적 손상도 진행곡선(damage evolution curve)을 구한다. Therefore, in the present invention, a quantitative damage progress curve, which is defined as a function between stress and AE energy, is detected by detecting an AE signal while changing a stress suitable for a dynamic load condition in a rock bed as shown in FIG. I ask.
즉, 적용 대상 현장암반에 조사공을 천공(boring)하고, 상기 천공된 실험공에서 굿맨잭(Goodman Jack) 실험과 AE 계측실험에 의해 암반에 지속적으로 응력을 주면서 응력 변화와 응력이 변화함에 따른 AE 신호의 변화를 감지한다. 이를 이용하여 응력-AE 에너지의 함수관계를 추출하고, 일반적인 형상의 손상도 진행곡선(D)을 구한다. In other words, boring of the applied rock to the applied site rocks and continuous stressing of the rock by the Goodman Jack experiment and AE measurement experiment in the perforated experimental pit caused the stress change and stress to change AE signal. Using this, the function relation of stress-AE energy is extracted and the damage progress curve (D) of general shape is obtained.
이렇게 구해진 손상도 진행곡선(D)은 정규화된 손상도(normalized damage) 대 정규화된 응력(normalized stress)의 관계함수로서, 아래의 수식 3으로 정의될 수 있다. The damage progress curve D thus obtained is a function of the normalized damage versus the normalized stress and can be defined by the following equation (3).
여기서, EAE는 AE 센서에서 실측된 에너지이고, EAE , max는 암반의 파괴시 AE 센서에서 감지된 최대 에너지, σ는 암반에 가해지는 현재 응력, σc는 암반의 최대 응력(강도), a, b 및 c는 각 암반의 특성변수이다. Here, E AE is the energy measured in the AE sensor, E AE, max is at failure of the rock the maximum energy detected on the AE sensor, σ is the current stress applied to the rock mass, σ c is the maximum stress (strength) of the rock mass, a, b, and c are characteristic parameters of each rock.
상기 암반의 현재 응력(σ)은 굿맨잭을 구동시키면서 응력의 변화를 감지함으로써 얻어지며, 최대 응력(σc)은 시료가 파괴되는 시점의 암반강도로 굿맨잭 실험결과(응력 대 변위)를 모사한 수치해석 결과를 통해 획득된다. 또한, 상기 EAE는 AE 센서에서 실제 계측된 AE 신호의 에너지를 의미하며, 최대 에너지(EAE , max)와 상수 a, b, 그리고 c는 각 사이클별 하중-AE 에너지 관계와 암반강도 데이터를 바탕으로 뉴턴 반복법(Newton's iterative method)을 통해 결정된다.The current stress (σ) of the rock is obtained by sensing the change in stress while driving the Goodman jack, and the maximum stress (σ c ) is obtained by simulating the Goodman jack test result (stress vs. displacement) Is obtained through a numerical analysis result. In addition, the E AE is the actual means for measuring the energy of the AE signal, and the maximum energy (E AE, max) and constants a, b, and c is the weight of each cycle -AE energy related to the rock strength data from the AE sensor Based on Newton's iterative method.
이에 따라 구해진 암반의 손상도 진행 곡선(식 3)은 도 5와 같다. 도 5는 본 발명에 따라 현장 암반에서 추정된 정규화된 손상도(Normalized AE energy) 대 정규화된 응력(normalized stress)의 관계 함수를 나타낸다. 하기 표 1은 하중의 각 사이클에 대한 균열크기의 누적 와이블 분포함수를 나타내고, 표 2는 누적 와이블 분포함수에서 추정된 균열 반경의 예를 나타낸다. The damage progress curve (Equation 3) of the obtained rock mass is shown in Fig. Figure 5 shows the relationship function of normalized AE energy versus normalized stress estimated in a field rock according to the present invention. Table 1 shows the cumulative waviness distribution function of the crack size for each cycle of load, and Table 2 shows an example of the estimated crack radius in the cumulative wav distribution function.
다음에, 도 4에 도시된 데이터 처리부(40)에 대해 도 6 및 도 7에 따라 설명한다.Next, the
도 6은 본 발명에 따른 데이터 처리부의 구체적인 구성을 나타내는 블록도 이고, 도 7은 위치추정수단에서 균열위치 추정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.FIG. 6 is a block diagram showing a specific configuration of a data processing unit according to the present invention, and FIG. 7 is a graph for explaining a crack position estimation method in the position estimation unit.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 처리부(40)는 균열의 발생 위치를 추정하는 위치추정수단(41), 현장암반의 균열 크기를 결정하는 크기결정수단(42), 현장암반 내 매립된 AE 센서로부터 암반의 파 감쇄 특성을 측정하는 파 감쇄 측정수단(43), 최대 균열 에너지를 추정하는 에너지추정수단(44), 현장암반의 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 추정하는 암반강도추정수단(45), 암반의 손상도 진행을 예측하는 예측수단(46)을 구비한다.As shown in FIG. 6, the
이러한 각각의 수단은 다양한 변환기, 신호 제어기, 구동 소프트웨어에 의해 실행되는 구조이다.Each of these means is a structure implemented by various converters, signal controllers, and drive software.
현장암반을 통해 계측된 신호의 초기도달 시간의 결정이 곤란하므로, 균열발생 위치추정은 발생위치에서의 정량적인 균열에너지를 추정하는데 매우 중요한 요소로서, 본 발명에 따른 위치추정수단(41)은 도 7에 도시된 바와 같이, 시간-주파수 기법을 적용한다.Since it is difficult to determine the initial arrival time of the signal measured through the rock mass, the crack occurrence location estimation is a very important factor for estimating the quantitative crack energy at the occurrence location, and the position estimation means 41 according to the present invention As shown in Fig. 7, a time-frequency technique is applied.
즉, 현장 암반에 매립된 AE 센서들에서 검출된 신호는 현장암반의 절리를 통해 탄성파가 반사 및 굴절이 될지언정 높은 구속압으로 투과된 신호의 중심 주파수 성분이 유지되므로, 절리 및 비균질성으로 인한 신호의 산란 및 분산을 위그너-빌 분포(Wigner-Ville Distribution)와 비오 모델(Biot model)의 혼합적용으로 보완한다. 최소 두 지점의 중심주파수 성분이 획득되면 위그너-빌 분포(Wigner-Ville Distribution)와 비오 모델(Biot model)을 통해 분산곡선을 확보할 수 있고, 최소분산 속도법을 이용하여 균열발생 위치 추정한다.In other words, the signal detected from the AE sensors embedded in the rock mass is that the seismic wave is reflected and refracted through the joint of the rock mass, and the center frequency component of the transmitted signal is maintained at a high confining pressure, The scattering and dispersion are complemented by the combined application of the Wigner-Ville distribution and the Biot model. When the center frequency component of at least two points is obtained, the dispersion curve can be obtained through the Wigner-Ville distribution and the Biot model, and the crack occurrence location is estimated using the minimum dispersion rate method .
상기 크기결정수단(42)은 상기 위치추정수단(41)에 의해 추정된 균열에 대해 도 5 및 상기 표 1과 표 2에서 알 수 있는 바와 같은 와이블 분포 모델(Weibul distribution model)의 통계적 적용을 이용하여 암석의 강도, 강성, 균열 길이에 따라 균열 크기를 결정한다. The size determining means 42 determines the statistical application of the Weibull distribution model as shown in FIG. 5 and Tables 1 and 2 for the cracks estimated by the position estimating means 41 The crack size is determined by the strength, stiffness and crack length of the rock.
한편, 파 감쇄 측정수단(43)은 현장암반 내 매립된 AE 센서에 의해 감지된 암반의 파 감쇄 특성을 측정한다. 상기 파 감쇄 측정수단(43)은 측정값의 신뢰도 향상을 위해 3지점 감쇄 특성의 선형성을 분석하고, AE 진폭 대신에 AE 에너지 개념을 도입하였다.On the other hand, the wave attenuation measuring means 43 measures the wave attenuation characteristics of the rock mass detected by the embedded AE sensor in the rock bed. The wave attenuating measuring means 43 analyzes the linearity of the three-point attenuation characteristic in order to improve the reliability of the measured values and introduces the AE energy concept instead of the AE amplitude.
상기 에너지추정수단(44)은 상기 파 감쇄 측정수단(43)에서 측정된 파 감쇄 특성을 이용하여 상기 크기결정수단(42)에 의한 균열 크기에 따른 최대 균열 에너지를 추정한다.The energy estimating means 44 estimates the maximum crack energy according to the size of the crack by the size determining means 42 using the wave attenuation characteristic measured by the wave attenuation measuring means 43.
즉 상기 에너지추정수단(44)은 현장 암반에 매립된 AE 센서에서 계측된 AE 에너지를 균열 발생 위치에서의 AE 에너지(EAE)로 환산하고, 발생가능 최대 AE 에너지를 추정하기 위해 프랙탈 이론(Fractal theory)을 적용하여 암반의 파괴시 상기 AE 센서에서 감지된 최대 에너지(EAE , max)를 측정한다. That is, the energy estimating means 44 converts the AE energy measured by the AE sensor embedded in the rock bed into AE energy (E AE ) at the crack generation site, and calculates a Fractal Theory The maximum energy (E AE , max ) detected by the AE sensor is measured when the rock is destroyed.
또 상기 암반강도추정수단(45)은 상기 AE 에너지/최대 에너지(EAE/EAE , max)를 통해 해당 응력에서의 정량적인 손상도를 추정하고, 사전에 구한 현장암반의 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 추정한다.The rock strength estimating means 45 estimates the quantitative damage degree of the corresponding stress through the AE energy / maximum energy E AE / E AE , max , Estimate the strength of the rock mass.
상기 예측수단(46)은 현장암반에서 구한 손상도 진행 곡선을 따라 향후 측정된 암반의 손상도 진행을 예측하여 상기 표시부(50)에 표시한다.The
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 암반의 손상도를 추정하고, 손상도 진행곡선상에서 이에 해당하는 암반강도를 추정하며, 확보된 손상도 진행곡선을 통해 추후 암반의 손상도가 어떻게 진행될 지에 대한 예측이 가능하게 된다.
As described above, according to the present invention, it is possible to estimate the degree of damage of a rock, to estimate the corresponding rock strength on the damage progression curve, and to estimate the degree of damage Lt; / RTI >
다음에 본 발명에 따른 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 방법에 대해 도 8 및 도 9에 따라 설명한다.Next, a method for estimating the degree of damage of a site rock by using the acoustic emission technique according to the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG.
도 8은 본 발명에 따른 현장암반의 손상도를 추정하기 위한 절차도이고, 도 9는 본 발명에 따른 손상 곡선을 획득하고 이를 활용하기 위한 전체 흐름도이다.FIG. 8 is a flow chart for estimating the degree of damage of the on-site rock according to the present invention, and FIG. 9 is an overall flowchart for acquiring and exploiting the damage curve according to the present invention.
본 발명에 따른 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 방법은 우선 부지특성 자료를 바탕으로, 적용 대상 현장암반에 조사공을 천공(boring)하고 그 실험공에서 굿맨잭 실험과 AE 계측실험을 동시에 병행함으로써 해당 암반의 손상도 진행곡선(damage evolution curve)을 확보하며, 획득된 손상도 진행곡선의 검증과정을 통해 향후 암반의 손상도 진행을 예측하는 것이다.The method of estimating the damage of the rock mass using the acoustic emission technique according to the present invention is based on the characteristics of the site, first boring the rock on the rock to be applied, and then using the Goodman jack experiment and the AE measurement experiment At the same time, the damages of the rocks are secured by the damage evolution curve, and the progress of the obtained damage curve is predicted in the future.
이를 위해 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 위치추정수단(41)은 AE 균열위치 추정기법을 이용하여 현장암반 내 균열발생 위치를 추정한다(S10). 이러한 추정은 도 7에 도시된 바와 같이, 위그너-빌 분포(Wigner-Ville Distribution)와 비오 모델(Biot model)의 혼합적용에 의해 실행된다.To this end, as shown in FIGS. 6 and 8, the position estimating unit 41 estimates the crack occurrence position in the on-site rock by using the AE crack locating technique (S10). This estimation is performed by a mixed application of the Wigner-Ville distribution and the Biot model, as shown in FIG.
다음에 크기결정수단(42)은 통계적인 기법을 적용하여 현장암반의 균열 크기를 결정한다(S20). 이러한 결정은 와이블 분포 모델(Weibul distribution model)의 적용에 의해 실행된다.Next, the sizing means 42 applies a statistical technique to determine the crack size of the site rock (S20). This decision is made by applying a Weibull distribution model.
그 후 파 감쇄 측정수단(43)은 상기 현장암반 내 매립된 AE 센서를 이용하여 암반의 파 감쇄 특성을 측정한다(S30).Thereafter, the wave
또 에너지추정수단(44)은 상기 파 감쇄 특성을 이용하여 상기 균열 크기에 따른 최대 균열 에너지를 추정한다(S40). 상기 최대 균열 에너지의 추정은 AE 센서에 계측된 AE 에너지를 균열 발생 위치에서의 AE 에너지(EAE)로 환산하고, 발생가능 AE 에너지를 측정하기 위해 구조물의 파괴시 상기 AE 센서에서 감지된 최대 에너지(EAE , max)를 구하며, 최대 균열 에너지는 프랙탈 이론(Fractal theory)에 의해 추정한다.In addition, the energy estimating means 44 estimates the maximum crack energy according to the crack size using the wave attenuation characteristic (S40). The maximum crack energy is estimated by converting the AE energy measured by the AE sensor into the AE energy at the crack occurrence site (E AE ) and measuring the maximum energy detected at the AE sensor at the destruction of the structure (E AE , max ), and the maximum crack energy is estimated by Fractal theory.
그리고 암반강도추정수단(45)은 상기 최대 균열 에너지를 통해 해당 응력에서의 정량적인 손상도를 추정하여(S50) 사전에 구한 현장암반의 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 구한다(S60). 즉, 상기 AE 에너지/최대 에너지(EAE/EAE , max)를 통해 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 구하며, 상기 손상도 진행곡선은 정규화된 손상도 대 정규화된 응력의 관계 함수로 나타내진다.Then, the rock strength estimating means 45 estimates the quantitative damage degree of the corresponding stress through the maximum crack energy (S50), and obtains the strength of the rock from the damage progress curve of the rock in advance (S60). That is, the strength of the rock is obtained from the damage progression curve through the AE energy / maximum energy (E AE / E AE , max ), and the damage progress curve is expressed as a function of normalized damage versus normalized stress .
그 후, 예측수단(46)은 현장암반에서 구한 손상도 진행 곡선을 따라 향후 암반의 손상도 진행을 예측한다(S70).
Thereafter, the
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 다양한 구조물 및 재료에 적용이 가능하다.
Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be applied to various structures and materials without departing from the gist of the present invention.
본 발명에 따른 음향방출기법을 이용한 현장암반의 손상도 추정 시스템 및 그 추정 방법을 사용하는 것에 의해 추후 지하암반의 대형 구조물(석유비축기지, 심지층 방사성 폐기물 처분장, 지하 곡물저장소, 지열발전소 등) 건설과 관련한 산업분야에 그 효용성이 매우 크다고 할 수 있다.
By using the system for estimating the degree of damage of a rock mass using the acoustic emission technique according to the present invention and the estimation method thereof, it is possible to provide a large-scale structure of the underground rock mass (petroleum stockpiling basin, deep layer radioactive waste repository, underground grain repository, geothermal power plant, It is very useful for industrial fields related to construction.
41 : 위치추정수단
42 : 크기결정수단
43 : 파 감쇄 측정수단
44 : 에너지추정수단
45 : 암반강도추정수단
46 : 예측수단41: Position estimation means
42: sizing means
43: Wave attenuation measuring means
44: Energy estimation means
45: rock strength estimation means
46: prediction means
Claims (9)
상기 현장암반에 인가되는 응력 및 이에 대한 변형률에 대한 데이터를 수집하는 응력 데이터 수집부,
상기 시험부에 장착된 다수의 AE 센서로부터 AE 데이터를 수집하는 AE 데이터 수집부,
상기 응력 데이터 수집부 및 AE 데이터 수집부에서 수집된 데이터에 따라 현장 암반의 손상도 진행 곡선의 도출 및 향후 암반의 손상도를 예측하는 데이터 처리부,
상기 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 표시하는 표시부를 포함하고,
상기 데이터 처리부는 최대 균열 에너지를 추정하는 에너지추정수단을 포함하고, 상기 에너지추정수단은 통계기법인 프랙탈 이론(Fractal theory)을 적용하는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 시스템.A test section having a plurality of AE sensors embedded in the rock mass,
A stress data collection unit for collecting data on stresses applied to the rock mass and strain rates thereof,
An AE data collection unit for collecting AE data from a plurality of AE sensors mounted on the test unit,
A data processor for predicting a damage progress degree curve of a site rock and a damage degree of the rock in the future based on the data collected by the stress data collector and the AE data collector,
And a display unit for displaying data processed by the data processing unit,
Wherein the data processing unit includes energy estimating means for estimating a maximum crack energy, and the energy estimating means applies a fractal theory, which is a statistical technique.
상기 데이터 처리부는 균열의 발생 위치를 추정하는 위치추정수단, 현장암반의 균열 크기를 결정하는 크기결정수단, 현장암반 내 매립된 AE 센서로부터 암반의 파 감쇄 특성을 측정하는 파 감쇄 측정수단, 현장암반의 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 추정하는 암반강도추정수단, 암반의 손상도 진행을 예측하는 예측수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 시스템.The method according to claim 1,
The data processing unit includes a position estimating unit for estimating a crack occurrence position, a size determining unit for determining a crack size of the on-site rock mass, a wave attenuating measuring unit for measuring the wave attenuation characteristic of the rock from the embedded AE sensor in the rock, And a prediction means for predicting the progress of the damage of the rock bed, wherein the estimation means predicts the degree of damage of the rock bed.
상기 위치추정수단은 위그너-빌 분포(Wigner-Ville Distribution)와 비오 모델(Biot model)의 혼합을 적용하고,
상기 크기결정수단은 와이블 분포 모델(Weibul distribution model)을 혼합적용하는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 시스템.3. The method of claim 2,
The position estimating means applies a mixture of a Wigner-Ville distribution and a Biot model,
Wherein the size determining means mixes a Weibull distribution model. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
(a) AE(Acoustic Emission) 균열위치 추정기법을 이용하여 현장암반 내 균열발생 위치를 추정하는 단계,
(b) 통계적인 기법을 적용하여 현장암반의 균열 크기를 결정하는 단계,
(c) 상기 현장암반 내 매립된 AE 센서를 이용한 암반의 파 감쇄 특성을 측정하는 단계,
(d) 상기 파 감쇄 특성을 이용하여 상기 균열 크기에 따른 최대 균열 에너지를 추정하는 단계,
(e) 상기 최대 균열 에너지를 통해 해당 응력에서의 정량적인 손상도를 추정하여 사전에 구한 현장암반의 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 구하는 단계,
(f) 현장암반에서 구한 손상도 진행 곡선을 따라 향후 암반의 손상도 진행을 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 방법.As a method for estimating the degree of damage of a site rock by using an acoustic emission technique,
(a) estimating the location of cracks in the rock mass using AE (Acoustic Emission)
(b) determining the crack size of the site rock by applying a statistical technique,
(c) measuring wave attenuation characteristics of the rock mass using the embedded AE sensor in the rock mass,
(d) estimating a maximum crack energy according to the crack size using the wave attenuation characteristic,
(e) estimating a quantitative damage degree at the corresponding stress through the maximum crack energy, obtaining a strength of the rock in a progress curve of the previously obtained rock mass,
(f) estimating the damage progress of the rock bed in the future along the progress curve of the damage degree obtained from the rock bed.
상기 단계 (d)는
(d1) 상기 AE 센서에 계측된 AE 에너지를 균열 발생 위치에서의 AE 에너지(EAE)로 환산하는 단계,
(d2) 발생가능 AE 에너지를 측정하기 위해 구조물의 파괴시 상기 AE 센서에서 감지된 최대 에너지(EAE , max)를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 방법.5. The method of claim 4,
The step (d)
(d1) converting the AE energy measured by the AE sensor into the AE energy (E AE ) at the crack generation position,
(d2) determining the maximum energy (E AE , max ) sensed by the AE sensor at the time of destruction of the structure to measure the possible AE energy.
상기 단계 (e)는 상기 AE 에너지/최대 에너지(EAE/EAE , max)를 통해 손상도 진행곡선에서 암반의 강도를 구하는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the step (e) comprises obtaining the strength of the rock mass in the damage progression curve through the AE energy / maximum energy (E AE / E AE , max ).
상기 손상도 진행곡선은 정규화된 손상도 대 정규화된 응력의 관계 함수로 나타내는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 방법.5. The method of claim 4,
Wherein said damage progression curve is a function of normalized damage versus normalized stress.
상기 단계 (a)에서 추정기법은 위그너-빌 분포(Wigner-Ville Distribution)와 비오 모델(Biot model)의 혼합적용에 의해 실행되고,
상기 단계 (b)에서 통계적인 기법은 와이블 분포 모델(Weibul distribution model)의 적용에 의해 실행되고,
상기 단계 (d)에서 최대 균열 에너지는 프랙탈 이론(Fractal theory)에 의해 추정되는 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 방법.5. The method of claim 4,
In the step (a), the estimation technique is performed by a mixed application of a Wigner-Ville distribution and a Biot model,
In the step (b), the statistical technique is executed by application of a Weibull distribution model,
Wherein the maximum crack energy in the step (d) is estimated by Fractal theory.
상기 손상도 진행곡선은
로 나타내며, EAE는 AE 센서에서 실측된 에너지이고, EAE , max는 구조물의 파괴시 AE 센서에서 감지된 최대 에너지, σ는 구조물에 가해지는 현재 응력, σc는 구조물의 최대 응력(강도), a, b 및 c는 각 구조물의 특성변수인 것을 특징으로 하는 현장암반의 손상도 추정 방법.5. The method of claim 4,
The damage progression curve
To represent, E AE is the energy measured in the AE sensor, E AE, max is the current stress, σ c is the maximum stress of the structure (strength) to be applied to the maximum energy, σ is the structure is detected at the time of fracture of the structure AE sensor , and a, b and c are characteristic parameters of each structure.
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