• 터널과지하공간
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• 제29권1호
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• pp.64-74
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• 2019

지하공동의 굴착 과정에서 암반 절리로 인해 생성되는 암석블록의 거동 여부는 지하공동의 역학적 안정성에 있어서 중요한 요소이다. 본 연구에서는 대심도 지하공동 조건 하에서 지체응력 및 절리물성 조건에 따른 암석블록의 거동 안정성을 정량적으로 분석하였다. 이론적으로 계산된 암석블록의 거동조건과 3DEC 수치해석을 통해 분석된 암석블록의 거동양상을 비교하여, 이론값과 수치해석 결과간의 오차를 지체응력 및 절리물성 조건에 따라 분석하였다. 암석블록의 거동 안정성 분석을 수행한 결과는 수치해석 결과와 비교할 때 약 5% 이하의 오차를 보여 본 연구에서 제시한 이론적 방법론의 적용가능성을 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.43-52
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• 2014

본 논문은 암반지층에 설치되는 굴착벽체에 발생하는 토압에 대한 단계별 굴착깊이의 영향을 조사한 것이다. 암반지층에서 발생하는 문제들을 다루기 위해 개별요소법에 근거한 수치해석적 매개변수해석을 수행하였다. 수치해석은 매개변수로서 단계별 굴착깊이, 암반종류 및 절리조건(절리면의 전단강도 및 절리경사각)을 고려하였다. 암반지층에서 발생된 토압과 토사지반에서의 경험토압인 Peck토압이 서로 비교되었다. 비교결과 암반지층에서 발생된 토압은 암반의 종류 및 절리조건에 따라서 크게 영향을 받았으며, 단계별 굴착깊이의 영향은 암반상태가 나빠질수록 증가하는 것으로 나타났다. 더불어, 암반지층에 설치된 굴착벽체에 발생하는 토압은 토사지반에 대한 Peck의 경험토압과는 크게 다를 수 있다는 결과를 얻었다.

• 터널과지하공간
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• 제11권3호
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• pp.270-278
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• 2001

한라 석회석 광산에서 높이가 대체로 58m이고 사면의 경사각이 70$^{\circ}$인 암반 사면의 안정성 해석을 위하여 암반을 연속체로 가정한 FDM과 절리의 강도 특성 등을 주로 고려한 DEM 등 두 가지 수치해석법을 사용하였다. 수치해석법으로 사면의 안정성을 안전율로 표시하기 위하여 강도감소법을 이용하였다. 연속체 해석 결과에서는 사면의 안정이 유지되는 것으로 판단할 수 있으나 절리의 특성을 고려한 해석 결과 사면의 안전율이 1.3보다 크도록 사면을 안전하게 유지하기 위해서는 사면 높이 를 45m로, 경사를 55로$^{\circ}$로 변경 하는 것이 바람직 한 것으로 판단되었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 추계학술대회논문집
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• pp.485-492
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• 2005

Since blast-induced vibration may cause serious problem to the rock mass as well as the nearby structures, the prediction of blast-induced vibration and the stability evaluation must be performed before blasting activities. Dynamic analysis has been Increased recently in order to analyze the effect of the blast-induced vibration. Most of the previous studies, however, were based on the continuum analysis unable to consider rock joints which significantly affect the wave propagation and attenuation characteristics. They also adopted pressure curves estimated by theoretical or empirical equations as input detonation load, thus there were very difficult to reflect the characteristics of propagating media. In this study, therefore, we suggested a discontinuum dynamic analysis technique which uses velocity waveform obtained from a test blast as an input detonation load. A distinct element program, UDEC was used to consider the effect of rock joints. In order to verify the validity of proposed method, the test blast was simulated. The predicted results from the proposed method showed a good agreement with the measured vibration data from the test blast Through the dynamic numerical modelling on the planned road tunnel and slope, we evaluated the effect of blast-induced vibration and the stability of rock slope.

• 지질공학
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• 제23권2호
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• pp.149-160
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• 2013

화산활동은 용암의 분출과 화산재의 퇴적 작용이 복합적으로 발생함에 따라 지질학적으로 매우 복잡한 화산암복합체를 형성하는 경우가 많다. 화산암류 암석들로 구성된 송곡 지구는 단층을 중심으로 한 여러 불연속면의 조합으로 비탈면 하단부에서 붕괴가 발생하였다. 붕괴부를 중심으로 한 평사투영 해석 결과 모든 형태의 붕괴 가능성이 인지되었으며, 개별요소법(DEM)을 이용한 불연속면 거동 특성 분석 결과, 전체변위 207 mm, 절리 최대전단 변위 114 mm로 나타났으며, 소성 영역 발생 구간은 붕괴부의 단층면에서 확인되었다. 화산암류 비탈면은 암종간의 차별 풍화, 암석의 높은 투수성에 기인한 지하수 영향, 냉각 수축에 의한 체계적 절리 발달로 인해 공학적으로 취약한 특성을 보인다. 화산암류 비탈면의 안정화 대책 고려시, 상세 지질조사를 통한 구성암석의 지질학적 특성, 불연속면과 이완암블록의 변화량 분포 등의 자료가 활용되어야 할 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.493-505
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• 2013

본 수치해석논문에서는 절리와 단층대를 포함한 지열저류층에 수리자극을 가할 시 수반되는 유도지진과 단층대의 변형을 개별요소법을 사용하여 모델링하였다. 수채해석기법은 2차원 입자유동코드를 기반으로 하며 수리역학적 상호작용기법과 미소파괴음의 모멘트텐서 역산알고리즘이 결합되었다. 수치해석의 주요결과로는 시공간적으로 변하는 유도지진의 분포와 규모 그리고 단층대의 변형(파괴 및 전단변위)과 주입유체압력의 시공간적 분포와의 상관관계이다. 첫 번째 수치해석으로부터 절리가 분포하는 지열저류층에서의 수리자극에 의한 유도지진의 분포는 주입유체의 점성에 상당한 영향을 받는 것으로 나타났다. 주입유체의 점성이 낮은 경우 (1 cP), 유도지진의 발생범위가 큰 것으로 나타났으며, 주입 후 발생하는 유도지진의 개수와 규모 또한 높게 나타났다. 단층대가 존재하는 지열저류층의 수리자극 모델링의 결과, 주입정의 위치가 단층대와 가까운 경우 작은 주입수 압력분포(<0.1 MPa)로도 단층대의 파괴와 전단변형을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 논문에서 소개한 수치해석기법은 수리자극을 통한 지열저류층 개발 시 유도지진의 분포와 규모를 실제 유체주입작업전에 예측할 수 있게 함으로써 지열에너지개발 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 터널과지하공간
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• 제25권4호
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• pp.359-372
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• 2015

암반에는 단층, 절리, 층리 등의 불연속면이 많이 포함되어 있다. 이러한 불연속면은 기하학적 복합성에 의해 복잡한 구조로 나타난다. 이 연구는 스텝으로 배열된 두 전단균열의 끝에서 나타나는 구조 발달을 수치해석적으로 연구하였다. 이 연구에서는 PFC2D(Particle Flow Code) 프로그램을 이용하여 두 전단균열의 끝에서 형성되는 초기균열(incipient fracture)뿐만 아니라 초기균열에서 덧자라는 균열의 성장과정을 살펴보았으며, 균열 발생 시 나타나는 주변응력상태를 관찰하였다. 모든 실험 결과에서는 균열 끝에서 발생한 초기 균열 대부분이 인장균열에 의한 것으로 나타났으며, 균열의 전파각은 초기에 $30{\sim}57^{\circ}$에서 실험이 더 진행되면 저각으로 발달하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제16권1호
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• pp.58-72
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• 2006

암반구조물의 규모가 점차 대형화됨에 따라 암반이 자유면에 노출되는 확률이 높아지고 있으며, 최근 들어 지진이나 발파, 고속철도의 운행에 의한 진동 등으로 야기되는 동적 하중의 발생빈도가 증가하는 추세이므로 동적 하중조건 하에서 암반 불연속면의 거동 특성 파악을 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 자유면에 노출된 블록의 동적 거동을 모사할 수 있도록 경사면 진동대 시험장비를 제작하였고, 다양한 동적 하중 조건하에서 편평한 화강암 절리면의 마찰 거동 특성을 분석하였다. 경사시험을 통해서 구한 한계 경사각과 진동하중 하에서의 임계가속도로부터 역산한 정적 마찰각을 비교한 결과 동하중 하에서 정적마찰각이 $4.5\~8.2^{\circ}$ 정도 낮게 산정되는 경향을 보였다. 이론적인 암석 블록의 마찰 거동을 표현하는 블록 거동 프로그램을 작성하고, 진동하중에 의해 미끄러지는 암석 블록의 가속도 및 변위 계측결과를 개발된 프로그램에 의한 결과와 비교하여 암석 절리면의 동적 마찰각을 산정하였는데 동적 마찰각 역시 한계 경사각에 비해 $2.0\~7.5^{\circ}$ 정도 감소하는 결과를 얻었다. 동하중 하에서 측정된 정적 마찰각과 동적 마찰각은 가해진 가속도의 크기나 진폭 등의 하중 특성과 기하조건에 따라 달라지는 경향을 보였다. 개별요소 프로그램을 이용하여 진동대 시험을 모사하였는데, 계측결과 및 개발된 프로그램에 의한 결과와 비교적 잘 일치하였다. 진동대 시험에 의한 동적, 정적 마찰각은 직접전단시험에 의한 기본 마찰각보다 현저히 작게 산정되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.541-554
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• 2023

터널 및 에너지/폐기물 저장과 관련하여 지하공간의 활용이 증가하는 추세이다. 지하공간의 안정성 확보를 위해서는 암반균열 및 절리를 보강하는 것이 중요하다. 절리와 같은 불연속면은 암반의 강도를 저하시키고, 지하공간 내부로 지하수 유입을 발생시킬 수 있다. 불연속면 주변의 암반 강도의 증대와 차수를 위해 암반 그라우팅을 활용할 수 있다. 그러나 암반 그라우팅 시 주입재료가 암반 절리 내 원활하게 주입되고 있는지 직접적인 확인에 한계가 있다. 그라우팅 주입재가 사전에 목표한 설계안과 같이 주입되지 않을 시 강도, 내구성 증대 및 차수성 향상 효과를 볼 수 없다. 따라서 실험적으로 평가가 어려운 그라우팅 주입재가 설계대로 주입되고 있는지 수치해석을 활용하여 사전에 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 개별요소 수치해석 프로그램인 UDEC (Universal Distinct Element Code)을 활용한 그라우팅 주입재의 물/시멘트 배합비, 주입압력, 주입유량과 같은 주입변수에 따른 주입성능을 평가하였다. 또한 실내실험을 통해 수치해석 결과와 비교하여 수치해석 모델의 신뢰도를 검증하였다. 본 연구결과는 향후 현장에서 그라우팅 설계 시 주입재의 물성, 주입시간, 펌프 압력과 같은 변수들을 최적화할 수 있는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.321-336
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• 2012

암반 절리면과 같이 입자와 연속체 평면의 접촉면에서의 전단거동은 전체 구조물의 거동을 지배할 수 있다. 암반설계의 효율을 높이기 위해서는 입자와 연속체 평면의 접촉면 전단거동 메커니즘에 대한 기초적인 이해와 접촉면 전단강도를 정확하게 산정하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 연속체 평면의 표면 파쇄가 미치는 영향을 알아보기 위하여 개별요소법 수치해석 프로그램인 $PFC^{2D}$를 사용하였다. 표면 거칠기는 매끄러운 평면, 중간 거칠기 평면, 거친 평면의 세 가지로 구분하였다. 입자의 형상은 원형의 one ball 모델과 삼각형 형상의 3 ball 모델로 구성하였다. 평면은 파쇄가 불가능한 경계요소 연속체 모델과 파쇄가 가능한 입자요소 연속체 모델로 각각 구성하였다. 수치해석 결과, 입자요소 모델의 결합강도가 작을수록 파쇄가 빨리 발생하여 큰 결합강도를 가진 연속체 모델보다 작은 접촉면 전단강도를 보였다. 돌출부의 파쇄가 발생한 후, 접촉면 전단강도는 수렴하는 경향을 보이며, 결합강도가 클수록 돌출부의 파쇄가 적게 발생하였다. 또한 경계요소 연속체 모델이 입자요소 연속체 모델보다 큰 접촉면 마찰각을 나타냈고, 모든 입자 모델에서 연속체의 표면 거칠기가 거칠수록 큰 접촉면 마찰각이 나타났다. 이러한 결과로부터 연속체 평면의 거칠기 및 평면 파쇄가 입자와 평면의 접촉면 전단거동 특성에 미치는 영향을 확인하였다.