Monitoring Technique using Acoustic Emission and Microseismic Event

AE와 MS 이벤트를 이용한 계측기술

  • Published : 2008.02.29

Abstract

Acoustic emission (AE) and Microseimsic (MS) activities are law-energy seismic events associated with a sudden inelastic deformation such as the sudden movement of existing fractures, the generation of new fractures or the propagation of fractures. These events rapidly increase before major failure and happen within a given rock volume and radiate detectable seismic waves. The main difference between AE and MS signals is that the seismic motion frequencies of AE signals are higher than those of MS signals. As the failure of geotechnical structures usually happens as a high velocity and small displacement, it is nat easy ta determine the precursor and initiation stress level of failure in displacement detection method. To overcame this problem, AE/MS techniques far detection of structure failure and damage have recently adapt in civil engineering. This study deal with the basic theory of AE/MS and state of arts in monitoring technique using AE/MS.

미소파괴음(Acoustic Emission, AE)과 미소지진음(Microseismic event, MS event)은 응력의 재분배에 의한 균열이 생성될 때 나오는, 순간적인 에너지 방출에 의한 탄성파이다. AE/MS 이벤트는 일반적으로 대규모의 파괴에 앞서 그 발생이 현저해지는 경향이 있다. 이들은 계측영역의 주파수 대역에 따라 구분되며, MS이벤트에 비해 상대적으로 고주파의 AE 신호는 보다 미세한 파괴를 검출할 수 있다. 일반적으로 암반구조물은 파괴되기까지 작은 변형이 발생하여 종래에 사용되고 있는 변위계측으로는 그 전조현상을 포착하기 어렵기 때문에 국부적인 파괴나 갑작스러운 파괴에 대한 사전예측이 어려운 현실이다. 그러나 AE/MS 이벤트의 파형을 측정할 수 있는 경우 암반구조물의 파괴를 사전에 예측할 수 있으며, 초동이 명확한 경우 미세한 파괴위치지점과 함께 파괴메커니즘의 규명도 가능하다. 본 보고에서는 AE/MS 이벤트에 대한 기본이론과 함께 이들 활용한 계측기술 개발현황과 적용사례 등을 소개한다.

Keywords

References

  1. 배성호, 전석원, 박의섭, 2007, 모형시험과 개별요소법을 이용한 단면 형상에 따른 공동 주변 취성파괴에 관한 연구, 터널과지하공간, Vol. 17, pp.389-410
  2. 성백욱, 2004, 이축압축 시험에 의한 원형공동주변 암석의 취성파괴 특성, 석사학위논문, 서울대학교
  3. 심현진, 이정인, 2000, 암석 및 콘크리트의 압축변형거동과 미소파괴음 측정에 관한 연구, 터널과지하공간, Vol. 10, pp.59-69
  4. 이규상, 1996, 암석의 이방성 속도를 고려한 미소파괴음 발생의3차원 음원추적, 석사학위논문, 서울대학교
  5. 이상은, 1999, Acoustic emission에 의한 암석의 파괴원 위치 결정과 미소파괴 메커니즘 관한 연구, 공학박사학위논문, 강원대학교
  6. 장수호, 2002, 응력수준에 따른 암석의 손상특성과 심부터널 주변 암반 손상영역의 해석, 공학박사학위논문, 서울대학교
  7. 천대성, 박찬, 박철환, 전석원, 2007, 취성파괴수준과 파괴 개시시점에 관한 진삼축 모형실험연구, 터널과지하공간, Vol.17, pp.128-138
  8. 허종석, 2001, 삼축 압축하에서 암석의 미소파괴음 측정과 변형파괴 특성, 공학박사학위논문, 서울대학교
  9. 한국지질자원연구원, 2006, 지하구조물의 통합 안전감시스템 개발 연구, p.152
  10. ASC, 2005, Workshop on microseismic monitoring systems and software
  11. Cai, M., Kaiser, P.K., Morioka, H., Minami, M., Maejima, T., Tasaka, Y. and Kurose, H., 2007, FLAC/PFC coupled numerical simulation of AE in large-scale underground excavation, Int. J. Rock Mech. and Mining Sci., Vol.44, pp.550-564 https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2006.09.013
  12. Eberhardt, E., 1998, Brittle rock fractures and progressive damage in uniaxial compression, Ph.D dissertation, University of Saskatchewan
  13. Ge, M., 2005, Efficient mine microseismic monitoring, International Journal of coal geology, Vol.64, pp.44-56 https://doi.org/10.1016/j.coal.2005.03.004
  14. Geiger, L., 1912, Probability method for the determination of earthquake epicentres from the arrival time only. Bull. St. Loui Univ. Vol.8, pp.60-71
  15. Hardy, H.R., 1977, Emergence of Acoustic Emission/Microseismic Activity as a Tool in Geomechanics, Proc. of 1st Conf. on Acoustic Emission/Microseismic Activity in Geologic structures and Materials, Pennsylvania University, Tran Tech Publication, pp.13-31
  16. Hirata, A., Kameoka, Y. and Hirano, T., 2007, Safety management based on detection of possible rock bursts by AE monitoring during tunnel excavation, Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol.40, pp.563-576 https://doi.org/10.1007/s00603-006-0122-7
  17. Holocmb, D.J. and Costin, L.S., 1986, Detecting damage surface on brittle materials using acoustic emissions, Trans. of the ASME, Vol.53, pp.536-544 https://doi.org/10.1115/1.3171807
  18. Hong, J.S., Lee, H.S., Lee, D.H., Kim, H.Y., Choi, Y.T. and Park, Y.J., 2006, Microseismic event monitoring of highly stressed rock mass around underground oil storage caverns, Tunnelling & Underground Space Technology, No.214
  19. Ishida, T., 1999, An Introduction to Acoustic Emission of rock, Kinmiraisha Nagoya, p.213
  20. Leighton, F., Blake, W., 1970, Rock noise source location technique, USBM RI 7432
  21. Mansurov, V.A., 1994, Acoustic emission from failing rock behavior, Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol.27, pp.173-182 https://doi.org/10.1007/BF01020309
  22. Nelder, J.A., Mead, R., 1965, A simplex method for function minimization, Comput. J., Vol. 7, pp. 308-313 https://doi.org/10.1093/comjnl/7.4.308
  23. Prugger, A., Gendzwill, D,. 1989, Microearthquake location: a non-linear approach that makes use of a simplex stepping procedure, Bull. Seismol. Soc. Am. Vol.78, pp.799-815
  24. Seto, M., Utagawa, M., Katsuyama, K., and Kiyama, T., 1998, In Situ stress determination using AE and DRA techniques, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr., Vol.35, pp.4-5