• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.387-402
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• 2014

혼잡한 도심지에서는 지상의 공간부족에 따른 터널 구조물에 대한 시공의 필요성이 늘어나고 있다. 터널은 굴착 시 주위 지반의 교란 및 변위를 발생시키는데, 그에 따른 안정성 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 터널굴착에 따른 지반의 거동을 측정하기 위해 모형터널 장비를 개발하였다. 모형터널은 터널굴착을 모사하기 위해서 터널 내부의 일정한 물의 양을 조절하면서 외경을 축소한다. 그에 따라 발생하는 체적손실이 터널굴착에 따른 지반의 변위를 발생시킨다. 지반의 변형 측정은 근거리 사진계측기법을 사용하였으며, 이를 변위분포도와 변위벡터로 나타내었고, 유한요소 수치해석, 기존 문헌, 이론 및 경험식들과 비교하였다. 또한, 터널 천단부 강관 보강 및 무보강의 터널굴착에 따른 모형시험을 진행하여 지반의 거동을 분석하였다. 본 연구의 실내모형터널시험은 지반의 자세한 변위 데이터를 얻기 위해 흙으로 가정한 알루미늄봉과 근거리 사진계측을 사용한 이상화된 2차원의 연구이다. 그 결과, 유한요소 수치해석에서의 흙의 변형 패턴이 실제 모형 시험과 상당히 유사함을 확인 및 검증 할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권8호
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• pp.5-14
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• 2010

지반모형실험에서 2차원 평면변형률 상태를 모사하기 위해서는 흙을 담을 수 있는 두꺼운 유리 또는 플라스틱 시트의 토조가 필요하며, 이 때 흙과 접촉되는 토조벽면에서의 마찰저항을 최소화 하여야 한다. 하지만, 실제로 이러한 벽면마찰을 완전히 제거할 수는 없다. 본 연구에서는 벽면 마찰저항을 제거하기 위해 다양한 지름을 갖는 알루미늄 봉 지반모델을 도입하고 실내전단시험에 적용하였다. 또한 근거리 사진계측기법을 전단시험에 적용해 유용성을 검증하였다. 그 결과, 근거리 사진계측으로부터 얻은 평균 팽창각은 전단시험의 전단변형률-체적변형률 곡선으로부터 얻는 팽창각에 근접함을 확인할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권9호
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• pp.29-39
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• 2014

본 연구는 지반과 말뚝 사이의 경계면 물성치에 따른 말뚝의 거동을 파악하기 위하여, 말뚝 모형시험 결과와 유한요소해석 결과를 이용하여 비교 분석하였다. 모형시험은 말뚝이 침하함에 따른 주변 지반의 거동을 파악하기 위하여 근거리 사진계측 기법을 적용하였으며, 강재와 콘크리트로 제작 된 각각의 말뚝으로 시험을 수행하였다. 수치해석은 모형시험을 근거로 모델링 하였으며, 지반과 말뚝 사이의 미끄러짐을 모사하기 위하여 경계면 요소를 이용하였다. 또한 경계면 강도감소계수 $R_{inter}$를 이용하여 경계면 요소의 물성치를 나타내었으며, 이 값을 바꿔가며 모형시험 결과와 비교하였다. 본 연구를 통해 근거리 사진계측 기법과 수치해석 결과가 어느 정도 잘 일치하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 말뚝의 재료에 따른 경계면 강도감소계수 $R_{inter}$ 값이 말뚝 거동에 영향을 주는 것을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.365-376
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• 2016

도심지 인구는 빠르게 증가하고 있으며, 지상공간은 점차 부족해지고 있다. 이러한 현상에 대한 대책으로 지하공간 개발이 지속적으로 이루어져왔으며, 지하공간에 대한 연구도 더불어 증가하고 있다. 하지만 터널굴착과 같은 지하공간에 대한 연구는 터널 굴착방법, 터널 및 상부구조물의 형상, 주변지반의 조건에 따라 다양한 결과를 가져오며, 기존 지하공간에 대한 연구는 수치해석으로 터널굴착과 주변 구조물의 상관관계를 예측하거나 실내모형시험을 통해 구조물의 거동 및 지표침하를 관측하는 정도에 초점을 맞춰 연구가 진행된 것이 많은 비중을 차지하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 지반 주변 구조물뿐만 아니라 지반의 거동 및 구조물과의 상호관계를 실내모형시험을 통해 모사하였다. 또한 터널굴착에 따라 변화하는 지반의 거동을 근거리사진계측 및 이미지프로세싱 기법을 통해 관측하고, 유한요소 수치해석을 이용한 역해석을 통해 다양한 지반의 상태를 예측해보았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권7호
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• pp.5-12
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• 2006

본 연구는 사질토 지반에서의 얕은 터널굴착으로 인한 지반변형 거동을 규명하기 위해 연속체 사질토 지반을 모사 하는 알루미늄 봉과 근거리 사진계측기법을 이용하여 2차원 실내모형실험을 실시하였다. 실험결과에 근거하는 수치해석으로부터 생성된 변위벡터의 방향과 크기는 모형실험 결과와 거의 일치하였다. 특히, 벡터의 방향은 터널의 인버트 아래 어느 한 점을 향하는 것으로 나타났다. 좁은 "굴뚝 또는 튜울립" 형태의 수직변위는 수치해석 및 모형실험 결과에서 확인할 수 있었다. 이러한 양상은 현장에서 측정한 결과와 잘 일치된다. 정성적인 비교와 더불어 지중에서의 2차원 지반손실에 따른 정량적인 침하량 비교 결과, 모형실험에서 측정된 지중침하량이 수치해석 결과 잘 일치됨을 보여주었다. 따라서 본 모형실험에 적용된 근거리 사진계측기법은 수치해석 결과를 검증하는데 유용하게 사용될 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권3호
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• pp.397-418
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• 2019

터널 굴착으로 인한 지반 및 인접 구조물의 거동을 이해하고 분석하는 것은 매우 중요하며, 이는 현대사회에서의 과학기술의 발전과 함께 토목공학 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 근거리 사진계측기법은 지반공학 분야에서 주로 쓰이고 있으며, 최근 GeoPIV 등을 이용한 계측기법의 연구가 증가하고 있는 추세이다. 본래에는 지반의 거동을 계측하여 시각화하는 방법으로 알루미늄 봉과 타겟 포인트를 이용한 VMS 프로그램이 주로 사용되어 왔다. 하지만 이러한 방법을 적용할 경우, 타겟 포인트가 손에 의해 인위적으로 설치되기 때문에 외부적인 오차가 발생할 수 있다. 또한 포인트 사이의 그리드가 넓거나 좁을 경우 희박한 데이터가 도출될 수 있는 문제점을 안고 있다. 따라서 본 연구에서는 타겟의 사용 없이 변위를 분석할 수 있는 MATLAB 기반의 No-target 프로그램을 개발하였고 수치해석과 실내 모형시험을 통해 기존의 프로그램과의 비교 및 검증에 초점을 맞추었다. 연구 내용으로는 greenfield condition, strip foundation, pile foundation 3가지 Case에 대하여 실내 모형시험을 실시하였으며, VMS 프로그램과 No-target 프로그램의 결과로부터 total displacement와 vertical displacement의 오차율을 분석하였다. 또한 유한요소 수치해석 프로그램인 PLAXIS를 통하여 실내 모형시험과의 결과와 비교 및 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.355-373
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• 2017

도심지에서의 터널굴착은 상부구조물과의 상호거동에 대한 이해가 필수적이다. 도심지에 사용중인 대부분의 구조물은 말뚝기초로 상부의 하중을 지지하고 있어, 터널 굴착 시 반드시 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 실내모형시험을 통해 기존의 군말뚝 기초 하부 터널굴착에 따른 축력 분포와 지반의 거동을 분석하였다. 말뚝 기초는 2, 3 열 말뚝으로 가정되었으며, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리는 터널직경에 대한 일반화를 위해 터널 직경(D) 대비 0.5D, 1.0D 그리고 1.5D로 고려되었다. 지반은 약 30%의 상대밀도(Dr)를 가지는 느슨한 사질토로 형성되었으며, 말뚝의 축력 분포를 측정하기 위해 말뚝에 변형률게이지(strain gauge)를 부착하였다. 또한, 이격거리에 따른 군말뚝의 침하와 인접지반의 침하를 변위센서(linear variable differential transformer; LVDT)와 다이얼게이지(dial gauge)를 통해 측정였으며, 터널굴착에 따른 지중의 변형을 근거리사진계측기법(close range photogrammetric technique)을 통해 측정하였다. 수치 해석을 통해 실내모형시험 및 근거리사진계측 결과와 비교 분석하였다. 본 연구에서는 체적손실율(volume loss; $V_L$) 개념을 이용하여 터널굴착을 모사하였으며, 1.5%로 적용되었다. 연구결과, 이격거리가 멀어질수록 말뚝의 축력감소는 작게 나타났으며, 침하량은 모두 유사한 경향을 나타내었다. 특히, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가할 때 축력과 침하량의 가장 큰 감소율이 가장 큰 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.83-97
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• 2018

터널은 도로, 철도, 지하철과 같은 교통의 통로이자 수로, 전력구, 비축기지와 같은 특수목적을 위해 널리 활용되고 있으며, 터널의 사용 목적, 주변 지반조건 및 경제성에 따라 다양한 터널 형상으로 시공되고 있다. 이에 대해 기존 터널과 주변지반 및 구조물에 관한 연구는 꾸준하게 발표되었으나 단일 형상에 대해 터널굴착 시 주변 지반과 구조물의 거동을 분석한 연구들이 대다수이다. 터널의 붕괴사고는 지상 구조물의 붕괴사고 보다 막대한 인적, 물적 손실을 가져오기 때문에 터널 굴착 및 주변지반의 거동을 관측하고 분석하는 작업은 매우 중요하며, 단일 형상이 아닌 다양한 터널 형상에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구는 trapdoor장치를 이용한 실내 모형시험을 통해 군말뚝 하부에 터널 정거장 굴착 시 주변지반의 거동을 측정하였다. 이때 터널 정거장 형상의 단면을 arch와 box 형태로 제작하였으며, 각 터널 정거장 형상 별 0.1B, 0.25B, 0.4B로 터널과 군말뚝 간 이격거리를 다르게 하여 다양한 조건에서의 지반거동을 분석하였다. 또한, 근거리 사진계측 및 이미지프로세싱 기법을 통해 지반의 거동을 관측하였으며, 유한요소 수치해석을 통해 실내 모형시험, 근거리 사진계측의 결과와 비교 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권9호
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• pp.87-102
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• 2005

기존의 구조물 또는 서비스에 근접한 터널굴착이 지상공간의 부족으로 인해 종종 도심지에서 이루어지며, 이러한 터널굴착으로 발생하는 지반변위가 인접한 구조물에 손상을 발생시킨다. 본 연구는 근거리 사진계측을 이용한 2차원 모형 파일-지반-터널굴착 실험에 초점을 두었다. 실험장비 및 절차와 더불어 마찰이 있는 사질토 지반으로 간주하는 알루미늄 봉의 특성에 대해서 소개하였다. 실험결과, VMS와 EngVis 프로그램을 이용한 포토 이미지 프로세스는 터널굴착으로 인한 파일 선단부의 거동을 측정하는데 유용한 도구임을 잘 보여 주었다. 결론적으로 사진계측기술을 이용한 실내모형실험을 통해 영향권과 관련된 파일 선단부의 거동 데이터를 생성할 수 있다. 본 연구는 사질토 지반에서 터널굴착으로 인한 정규화 된 파일 선단부의 침하를 근간으로 하는 영향권을 제시한다. 이러한 영향권은 실내모형실험과 수치해석을 통해 규명하였다. 모형실험으로부터 정규화 된 파일 선단부의 거동은 수치해석 결과와 잘 일치하였다. 본 논문에서 제시된 영향권은 계획단계에서 터널시공 위치를 선정하는데 유용할 것으로 판단되나, 지반조건을 고려하는 실제 상황에 적용끈기 위해서는 모형파일과 모형터널의 크기에 대한 축척을 실제크기와 맞게 조정해야 한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.485-495
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• 2017

지하공간 개발은 인구증가로 인한 도심지의 지상공간 대형화로 발생되는 다양한 문제를 해결하기 위한 유용한 해결책이며, 그 중 터널은 지하공간 개발의 방법 중 가장 많이 사용되고 있는 방법이다. 터널 굴착에 따른 말뚝과 지반의 거동에 대한 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되어 왔다. 하지만, 말뚝의 축력 분포에 대한 연구는 아직까지 많이 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구는 느슨한 사질토 지반에서의 군말뚝 기초하부에 터널굴착으로 인한 지반의 거동 뿐만 아니라 각각의 말뚝의 축력분포를 실내모형시험을 통해 관찰하였다. 터널굴착을 모사하기 위해 체적손실율 개념을 적용하였으며, 말뚝과 지반의 파괴 메커니즘을 확인하기 위하여 일반적으로 사용하는 체적손실율(1~2%) 보다 큰 10%까지 단계별로 적용하였다. 실내모형시험 결과 체적손실율 1.5% 적용에 의해 급격한 축력감소가 발생하였으며, 말뚝의 침하량이 인접 지반의 침하량보다 1.2~4.7배 가량 더 큰 것으로 나타났다. 실내모형시험 중 근거리 사진계측 기법을 사용하여 체적손실율 1.5%일 때의 지중 거동을 정량적으로 분석하였으며, 실내모형시험 결과를 수치해석결과와 비교하였다.