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초기응력 측정의 대상이 되는 암반에 시추공을 형성하는 시추공 형성단계;
상기 시추공의 시추공벽을 냉각하여 인장 열응력을 가함으로써, 상기 시추공벽에 균열을 발생 및 발전시키며, 균열이 발생한 시점의 상기 시추공벽의 제1균열온도와 상기 균열이 발생한 균열발생지점을 측정하는 제1냉각단계;
상기 제1냉각단계에서 냉각되었던 시추공벽을 해빙시켜 상기 발전되었던 균열을 폐쇄시키는 해빙단계;
상기 시추공벽을 다시 냉각하여 인장 열응력을 가함으로써, 상기 해빙단계에서 폐쇄되었던 균열을 다시 개구(reopening)시키며, 균열이 다시 개구된 시점의 상기 시추공벽의 제2균열온도를 측정하는 제2냉각단계: 및
상기 제1냉각단계에서 측정한 상기 시추공벽의 제1균열온도와 균열발생지점 및 상기 제2냉각단계에서 측정한 상기 시추공벽의 제2균열온도를 이용하여 상기 암반의 초기응력을 산출하는 연산단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제1항에 있어서,
상기 초기응력은 시추공 축에 대하여 수직한 평면상에서 서로 직교하는 방향으로 작용하는 최대 수평 주응력과 최소 수평 주응력을 포함하며,
상기 최대 수평 주응력(σ1)과 최소 수평 주응력(σ2)은 하기의 제1연산식을 이용하여 구해지는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법;
003c#제1연산식003e#
여기서, σ1은 최대 수평 주응력이며, σ2는 최소 수평 주응력이고, θ는 상기 시추공 축에 대하여 수직한 평면상에서 상기 시추공의 중심점을 회전중심으로 하여 상기 최대 수평 주응력이 작용하는 지점으로부터 상기 균열발생지점까지의 반시계 방향 회전 각도이며, σt는 암석의 인장강도이고, tα는 냉각 전의 암반의 온도, t는 상기 제1균열온도 및 제2균열온도 중 어느 하나이며,
C는 상기 시추공벽을 이루는 이축 상태의 암반의 열탄성 상수(bi-axial thermo-elastic constant)로서 C=Eα/(1-ν)이며, 여기서 E는 암반의 탄성계수(영률, Young's Module)이며, α는 암반의 선형 열팽창계수이고, ν는 암반의 포아송 비(Poisson's ratio)이다
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제2항에 있어서,
상기 초기응력은 상기 최대 수평 주응력 방향 및 최소 수평 주응력 방향과 각각 직교하는 방향으로 작용하는 수직응력을 포함하며,
상기 수직응력은 하기의 제2연산식에 의하여 구해지는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법;
003c#제2연산식003e#
여기서, σ3 은 수직응력이며, t3는 상기 시추공 축방향에 대하여 수직한 횡방향 균열이 발생되었을 때의 암반의 온도이다
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제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제2냉각단계에서 균열을 다시 개구시켜 측정한 제2균열온도를 이용하여 상기 제1연산식을 생성할 때에는 상기 암석의 인장강도(σt)는 0으로 설정하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제3항에 있어서,
상기 횡방향 균열이 상기 시추공벽을 따라 원형으로 형성되고, 균열개시시점과 균열완료시점에서 상기 시추공벽의 온도가 서로 다른 경우, 상기 t3는 균열개시시점과 균열완료시점의 온도를 평균하여 설정하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제2항에 있어서,
상기 시추공벽의 적어도 4개의 지점에서 균열을 발생시켜 상기 제1연산식을 복수 개 생성 및 연립함으로써 상기 최대 수평 주응력 및 최소 수평 주응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제2항에 있어서,
상기 암반의 열탄성 상수와 인장강도는 암반의 물성치로서 상수로 취급하며,
상기 시추공벽의 적어도 2개의 지점에서 균열을 발생시켜 상기 제1연산식을 복수 개 생성하여 연립함으로써 상기 최대 수평 주응력 및 최소 수평 주응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제2항에 있어서,
상기 암반의 열탄성 상수와 인장강도 중 어느 하나는 상수로 취급하며,
상기 시추공벽의 적어도 3개의 지점에서 균열을 발생시켜 상기 제1연산식을 복수 개 생성 및 연립함으로써 상기 최대 수평 주응력 및 최소 수평 주응력을 산출하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제2항에 있어서,
상기 시추공벽의 서로 다른 지점에 복수의 균열을 발생시켜 상기 제1연산식으로 복수 개 생성하여, 상기 최대 수평 주응력에 대한 해와 최소 수평 주응력에 대한 해를 각각 복수 개 산출한 후,
상기 복수의 최대 수평 주응력 해와 최소 수평 주응력 해를 이용하여 최소자승법을 시행함으로써 상기 최대 수평 주응력과 최소 수평 주응력을 결정하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제1항에 있어서,
상기 제1냉각단계 및 제2냉각단계에서는 냉매를 이용하여 상기 시추공벽을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제10항에 있어서,
상기 냉매는 액화질소인 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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12
제10항에 있어서,
상기 제1냉각단계 및 제2냉각단계에서, 상기 냉매를 수용할 수 있는 냉매수용체를 상기 시추공에 삽입한 후 상기 냉매수용체의 외주면을 상기 시추공벽에 밀착시켜 냉각하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제1항에 있어서,
상기 해빙단계에서는 상기 시추공의 내측으로 외부의 공기를 도입하여 상기 시추공벽을 해빙시키는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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제1항에 있어서,
상기 시추공 내에 적어도 3개의 음파방사감지센서를 삽입하여, 상기 제1냉각단계에서의 균열의 발생 및 확장되는 지점과 상기 제2냉각단계에서 균열이 확장되는 지점을 측정하는 것을 특징으로 하는 저온 열 균열 현상을 이용한 암반 내 초기응력 측정방법
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