파단 백운석의 강도 예측 모델 및 PFC3D 기반 기계적 특성 분석

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13368(2023) 이 기사 인용

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본 연구에서는 파쇄된 돌로마이트의 기계적 성질을 조사하기 위해 Pearson 계수와 MIC 계수를 이용하여 파단 특성(딥각, 길이, 위치, 수량)을 분석하였다. 이어서, 파괴 특성과 관련된 데이터를 3차 다항식을 사용하여 전처리하고 로지스틱 회귀 알고리즘을 개선하여 파괴된 백운석의 강도 예측 모델을 구축하기 위한 3분류 전략을 구현합니다. 또한, 수치 시뮬레이션 소프트웨어 PFC3D를 사용하여 파괴 특성이 암석 강도에 미치는 영향의 유의 순서를 결정하고, 경사각 효과를 암석 내부 파괴 전파의 관점에서 설명했습니다. 결과는 다음을 보여줍니다. (1) 정규화 계수 λ = 10,000일 때 알고리즘은 가장 높은 예측 정확도와 가장 강력한 모델 일반화 능력을 갖습니다. (2) 수치모사 해석 소프트웨어 PFC3D는 암석의 파괴 과정과 특성을 정확하게 역전시킬 수 있으며, 파괴 특성이 암석 강도에 미치는 영향의 순서는 경사각 > 길이 > 위치이다.

백운석 지층의 터널과 같은 지하 엔지니어링 프로젝트의 건설이 빠르게 진행되고 있습니다. 백운석의 기계적 특성에 대한 포괄적인 이해를 얻는 것은 이러한 지하 구조물의 안전을 보장하는 데 필수적입니다. 현재 연속체 역학의 원리를 바탕으로 한 암석 역학 연구는 성숙기를 향해 나아가고 있습니다. 그러나 골절의 시작과 전파 과정을 미리 정확하게 예측하는 것은 여전히 ​​어려운 과제로 남아 있습니다. 또한, 균열의 결합된 특성을 정량화하는 것은 상당한 어려움을 야기하며, 실제 지하 엔지니어링 응용 분야에서 직면하는 계산 결과와 암반의 실제 기계적 상태 사이에 상당한 불일치가 발생합니다. 암반 내의 내부 균열의 존재는 암반 강도 저하에 기여하는 주요 원인 중 하나입니다1. 따라서 하중을 받는 파단암의 기계적 거동 특성과 파단확산 메커니즘에 대한 상세한 조사를 수행하는 동시에 파단특성과 암반강도 사이의 상관관계를 탐색하는 것이 무엇보다 중요하다.

현재 국내외에서는 강도분석 강도예측모델과 파쇄확산 메커니즘 등 파쇄암에 관한 많은 연구가 진행되고 있다2,3,4,5,6,7,8. 암석 강도 이론을 기반으로 한 분석 솔루션에서 Xinxi et al. 셰일 강도에 대한 건식-습식 주기 및 균열 딥의 영향을 기반으로 Drucker-Prager 기준을 개선했습니다9. Liu et al. 재료의 파괴 ​​거동을 보다 정확하게 설명할 수 있는 새로운 강도 기준, 즉 최소 포텐셜 에너지 방출 속도 기준을 제안했습니다. Jiang, Met al. DEM 시뮬레이션 결과를 분석하여 새로운 강도 기준을 제안했습니다. 이 기준은 균열의 무작위성과 공간적 가변성을 고려하며 깊은 암석의 무작위 균열의 강도와 파괴 거동을 평가하는 데 사용될 수 있습니다11. 파괴암 강도 예측 모델에서는 대부분의 기계 학습 알고리즘이 이론적 기반이며, 데이터 경험 검색을 통해 예측 모델을 구축합니다. Zhongpinget al. 고체시험자료와 수치시험자료의 피팅을 이용하여 토양-암반 혼합물의 전단강도 예측모델을 확립하였다. Huimeiet al. 균열 전파의 진화 패턴을 조사하고 시간이 지남에 따라 균열 전파 속도가 기하급수적으로 증가하는 것을 관찰했습니다. 이어서, 그들은 균열 전파 속도를 기반으로 한 암반 파괴 예측 모델을 제안했습니다13. Li et al. 다양한 개방 상태에서 암석 균열의 전단 강도를 보다 정확하게 예측할 수 있는 균열 네트워크 모델을 기반으로 한 분석 방법을 제안했습니다. 파괴 경사각에 관한 연구 결과는 파괴 특성에 기초한 파괴 확산 메커니즘 연구에서 가장 풍부하다. Weiet al. 3D 프린팅된 파단 암석 샘플에 대해 동적 단축 압축 테스트를 수행한 다음 파단 경사각이 동적 기계적 특성 및 에너지 소산 법칙에 미치는 영향을 연구했습니다. 왕 외. 주로 실험과 수치 시뮬레이션을 통해 서로 다른 접합 및 파괴 경사 각도를 갖는 화강암의 파손 특성 및 메커니즘을 연구했습니다. Zhi-yaoet al. RFPA2D 소프트웨어를 사용하여 서로 다른 경사각에서 비동일 평면 중첩 골절의 전파 법칙을 연구했습니다. 일부 학자들은 다발성 골절의 특징에 대해서도 연구했습니다. Luoet al. 3축 하중 하에서 서로 다른 경사각, 폭 및 길이를 갖는 부서진 화강암 샘플의 파손 과정을 연구하고 3축 하중 하에서 화강암의 기계적 특성, 파손 모드 및 에너지 전달 법칙을 밝혔습니다18 Ping et al. 다양한 경사각을 갖는 손상되지 않은 파쇄된 사암 표본 45세트에 대해 충격 압축 테스트를 수행하고 충격 하중 하에서 다양한 경사각을 갖는 파쇄된 사암의 동적 기계적 특성과 에너지 소비를 연구했습니다.