• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.167-178
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• 2003

발파설계가 터널 굴착 시 암반손상 및 여굴에 미치는 영향을 분석하고 암반손상 및 여굴이 터널 안정성에 미치는 영향을 분석함으로서 발파설계가 터널 지보설계에 미치는 영향을 연구하였다. 도로터널의 일반적인 발파패턴에 대해 동적발파 수치해석을 시행하고 연속체 손상역학(continuum damage mechanics)의 손상변수(damage variable)를 이용하여 여굴과 암반손상 정도를 분석함으로서 터널 굴착면 주위의 암반손상 정도와 영역을 구분하였다. 또한 발파하중 같은 동적하중이 암반내를 전파할 때 변화하는 암반의 동적파괴기준에 대한 연구를 수행하였다. 발파 암반손상 영향을 터널 안정성 해석에 반영하기 위하여 손상된 암반강성과 파괴기준을 적용하였다. 손상된 암반강성은 손상역학의 강도감소 모델을 이용하여 감소시켰다. 손상된 암반의 파괴기준은 암반강성과 지질강도지수의 관계식에서 도출한 손상된 지질강도지수(GSI$GSI_d$)를 적용함으로서 산출한 수정 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하였다. 암반손상을 고려하여 터널안정성을 해석한 결과, 암반손상을 고려하지 않는 경우와 비교하여 소성영역 범위가 확대되고 변위량이 증가하였다. 이는 발파암반손상을 고려하지 않고 터널설계를 하는 경우 단기적 혹은 장기적으로 터널안정성이 위협받을 수 있음을 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.5-19
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• 2019

암반으로 구성되어 있는 급경사($65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$)비탈면이 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 자연현상을 고려할 때, 설계 및 초기 시공 단계에서 위와 유사한 지반 상태로 이루어진 깎기 암반비탈면에 대해 1:0.5(발파암 경사 기준)보다 급한 경사를 적용할 수 있을 것이다. 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반비탈면의 안정성을 검토하는 과정에서, 설계실무 측면에서 범용적인 암반강도정수 산정방법이 필요하게 되었다. Hoek 등(2002)이 수정 보완하여 발표한 Hoek-Brown 파괴기준과 GSI분류는 불연속구조의 영향을 충분히 고려한 암반특성화 시스템으로 평가되었으며, 응력변화에 따라 등가 Mohr-Coulomb 강도정수(등면적법)를 산출하는 방법을 제안하였다. 비탈면에서는 등가 M-C 강도정수가 최대구속응력(${{\sigma}^{\prime}}_{3max}$ 또는 수직응력)변화에 따라 민감하게 변화하므로 실무적으로 활용하기에 어려운 점이 있다. 이 연구에서는 양호한 연속체 암반비탈면에 대해 최대구속응력 범위이내에서 범용적으로 적용할 수 있는 강도정수산정방법(등각분할법)을 H-B 파괴기준을 응용하여 제안한다. 등각분할법 강도정수(A)의 타당성 및 적용성을 평가하기 위해, 연구대상 암반비탈면을 기존 실시설계 현장 인근에 있는 급경사 비탈면에서 암석종류별(화성암, 변성암, 퇴적암)로 선정하고, Hoek이 제시한 등가 M-C 강도정수(등면적법)들과 비교 분석하였다. 등면적법 및 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 기본적인 자료인 기존 실시설계 현장의 실내 암석 삼축압축시험과 연구대상 암반비탈면의 불연속구조의 특성조사(Face Mapping)를 통해 RocLab 프로그램(H-B 파괴기준을 기본으로 전산화된 지반정수 산정 소프트웨어)을 활용하여 산정하였다. 산정된 등면적법 등가 M-C 강도정수는 상호 연동되어 점착력과 내부마찰각이 아주 크거나($45^{\circ}$ 이상) 작게 나타났다. 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 등면적법 등가 M-C 강도정수의 중간 정도이며, 내부마찰각은 $30^{\circ}{\sim}42^{\circ}$의 범위를 보인다. 연구대상 암반비탈면의 등각분할법 강도정수(A)와 기존 실시 설계 현장에서 연구대상 암반비탈면과 유사한 암반상태(동일 등급 RMR)에 적용한 강도정수(B)와 비교 분석하고, 이 지반정수들로 적용한 비탈면 안정해석(한계평형해석과 유한요소해석) 결과를 통해 제안한 등각분할법의 적용성을 간접적으로 평가하였다. A와 B의 강도정수 차이는 10% 정도이다. 한계평형해석 결과(우기 기준), A적용 안전율(Fs)=14.08~58.22(평균 32.9), B적용 안전율(Fs)=18.39~60.04(평균 32.2)이며, 각 동일한 암석종류에 따라 상호 유사하게 나타났다. 유한요소 해석 결과, A적용 변위=0.13~0.65mm(평균 0.27mm), B적용 변위=0.14~1.07mm(평균 0.37mm)으로 매우 유사하다. H-B 파괴기준을 응용하여 등각분할법으로 산출한 지반 정수를 실무적인 전단강도로 적용할 수 있는 적용성 평가에서 유의미한 결과를 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제12권4호
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• pp.248-258
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• 2002

1973년 청평에 국내 최초로 지하양수 발전소를 건설한 후 2002년까지 6번째의 지하양수 발전소가 건설 중에 있다. 국내 지하양수 발전소 6개소 중 5개의 지하양수 발전소에서 유한요소법을 이용하여 지하공동의 역학적 안정성을 검토하였다 안정성 해석을 위하여 암반 내 초기응력을 공경변화법으로 측정한 결과 초기연직응력에 대한 초기수평응력의 비는 4개소의 지하양수 발전소에서 약 1.07-1.32이었다 암반의 강도와 탄성계수는 대부분의 경우 암심의 강도와 탄성계수를 보정하여 구하였다. 그 결과 안정성 해석에 입력한 암반의 탄성계수는 암심의 탄성계수에 대한 비율로 약 0.16-0.55이었다. 해석의 종류는 탄소성해석이 주를 이루었으나 점탄성해석의 사례도 있었다. 이를 위한 파괴조건은 모아-쿠롬(Mohr-Coulomb)식이었다. 이를 위해 입력한 점착력과 내부마찰각은 암심의 강도에 대한 비율로 각각 0.12-0.22, 0.6-0.87이었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.13-21
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• 2019

급경사($65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$)로 자연환경에서 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 깎기 또는 자연 상태의 암반사면이 다수 존재한다. 설계 실무측면에서 이와 유사한 암반상태 및 지질구조로 이루어진 지반을 양호한 연속체 암반사면으로 정의하고 있으며, 이 암반사면의 경사 결정 과정 중에 설계 및 시공 초기 단계의 안정해석 절차 단계에서 연속체 암반의 지반특성 평가방법을 수립하는 것이 중요하게 될 것이다. 이 연구에서는 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반사면의 안정해석 과정에서 지반정수 적용에 필요한 강도정수를 Hoek-Brown 파괴기준을 활용하여 실무적으로 산정하는 방안을 제안하고 이와 함께 급경사 암반사면의 안정해석을 통해 설계 적용성을 평가하였다. 기존 강도정수 산정방법은 작은 구속응력 변화에도 H-B파괴 포락선에 상응하는 등가 M-C강도정수가 민감하게 변화하므로 설계에서 실무적으로 활용하기가 부적합하였다. 이 문제점을 보완하기 위해 등각분할법으로 등가 M-C강도정수를 산정하는 방안을 제시하였다. 등각분할법의 설계 적용성을 확인하기 위해 기존 실시설계 현장에서 조성된 깎기 사면의 경사 변화에 따른 안전율 및 변위 결과를 검토하였다. 안전율은 1:0.5 사면에서 Fs=16~59이고, 1:0.3 사면에서 Fs=12~52이며, 대부분 10~12%의 감소를 보인다. 변위는 1:0.5 사면에서 0.126~0.975mm이고, 1:0.3 사면에서 0.152~1.158mm이며, 10~15%의 증가를 나타낸다. 이는 정규 비례의 미미한 변화이며, 안정성 측면에서는 양호한 상태이다. 설계 실무측면에서, H-B파괴기준에서 유도된 등각분할법으로 산정한 강도정수를 연구대상 암반사면과 유사한 양호한 암반에 대해 범용적인 강도정수로 적용하여도 안정적이고 경제적인 결과를 도출할 수 있다는 것을 확인하였다. 암반사면에 영향을 미치는 단층이 분포하지 않는 지반에서는 한계평형해석(LEM)과 유한요소해석(FEM)으로 안정해석하는 절차도 실무적으로 무난한 것으로 검토되었다. 연구대상 사면을 양호한 상태의 암반조건으로 선정하여 연구를 수행하였으나 좀 더 다양한 암반조건(터널 포함)에 보편적으로 적용할 수 있는지에 대한 검증 작업은 추후 연구과제가 될 것이다.

• 지질공학
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• 제26권4호
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• pp.593-600
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• 2016

본 연구에서는 국내의 107개 터널 설계 과정에서 수행한 현장 및 실내시험 자료 4,280개를 이용하여 암반 및 무결암의 역학적 특성을 암종 및 강도별로 분석하였다. 분석된 물리 및 역학적 특성은 단위중량, 점착력, 내부마찰각, 변형계수, 탄성계수, 포아송비, 일축압축강도, 인장강도, 투수계수, 비중이다. 평균값의 분석 결과에 의하면 편마암은 비중, 화강암은 투수계수, 퇴적암은 단위중량과 점착력, 내부마찰각, 화산암은 변형계수와 탄성계수, 일축압축강도, 인장강도, 변성암은 포아송비에서 가장 높은 값을 보인다. 역학적 특성의 분포 범위는 암종 및 강도를 고려한 분석에도 불구하고 넓게 분포하며, 이는 암반의 불균질성과 이방성에 기인하는 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제22권4호
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• pp.449-458
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• 2012

암반의 구조적 특성에 대한 확고한 이해는 지반구조물의 효과적인 설계 및 유지관리에 있어서 매우 중요한 요소이다. 이는 암반의 강도, 변형 및 수리지질학적 특성이 주로 암반에 존재하는 불연속면의 연결구조 특성에 좌우되기 때문이다. 그동안 암반의 구조적 특성에 대한 연구에 있어서 상당한 진전이 있었음에도 불구하고 불연속면 분포의 복잡성으로 인하여 암반의 삼차원적 구현 및 가시화에 기반한 지질공학적 해석은 드문 실정이다. 이 연구는 암반의 불연속면 및 불연속면의 연결구조를 삼차원적으로 구현하고 가시화하는 기법을 제시하였다. 이를 위하여 원판형으로 가정한 불연속면의 비선형 방정식을 유도하고 불연속면 교차선과 등가파이프의 위치를 산정할 수 있는 대수학적 알고리즘이 제시되었으며, 또한 연산과정을 수행하는 전산모듈이 작성되었다. 이 연구에서 개발한 불연속면 연결구조의 삼차원적 구현 및 가시화 기법은 불연속체 기반의 암반강도 및 변형성에 관한 연구 또는 수리지질학적 특성에 관한 연구를 수행함에 있어서 활용도가 높을 것으로 판단된다.

• 농업과학연구
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• 제23권1호
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• pp.1-12
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• 1996

암반사면의 안정성 검토는 암반내에 존재하는 불연속면의 물리적인 특성에 의하여 좌우되므로 암반에서 불연속연의 공학적 특성을 파악하는 것이 중요하다. 현재 암반사면의 경사도는 경험적인 요소들에 의하여 결정되거나 암석강도에 의한 표준경사 기준을 적용하고 있는 실정이나 이러한 기준은 절취사변의 풍화정도와 불연속면의 발달상태를 고려하지 않고 사변경사가 결정되기 때문에 사면 붕괴 발생의 위험이 항상 내재되어 있다. 따라서, 안전하고 합리적인 암반절취사면의 설계를 위하여 강원도 지역 도로의 암반사면 6개소를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 절리가 발달된 암반사면을 대상으로 평사투영법에 의하여 안전성을 분석한 결과, 현재와 같이 절리를 고려하지 않는 암반의 표준구배로 설계된 사면은 모두 불안하게 나타났다. 2. 강우와 사면붕괴와의 관계에서 최대시우량이 20mm이상이고 2일 연속강우량이 200mm이상일 때 사면붕괴의 위험성이 높은 것으로 나타났다. 3. 사면설계에서는 대표적인 불연속면의 공학적인 특성을 고려하여 평사투영법을 실시하고, 평사투영법에 의해 불안정한 것으로 판단된 사면은 한계평형식을 이용하여 정밀분석하는 것이 바람직하다. 4. 암반사면의 설계는 강도에 의한 것보다는 암반의 불연속면(절리, 층리, 단층)등을 고려하여 설계하는것이 바람직하다.

• 화약ㆍ발파
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• 제8권4호
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• pp.30-43
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• 1990

본고는 현존하는 암석과 암반의 풍화분류방법에 대한 고찰 및 이러한 방법들을 실제로 우리나라의 토목현장에 적용할 경우 발생되는 여러 가지 문제점을 서술하고, 이에 따른 문제점 극복을 위해 우리나라의 여건에 맞도록 암석 및 암반의 풍화상태를 조사 기술하므로서 각종 토목공사에서 보다 유용하게 사용할 수 있는 풍화분류방법을 제시한다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 세계 도시지반공학 심포지엄
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• pp.605-621
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• 2009

대심도 암반을 굴착함에 따라 암석강도 및 암반응력 등의 특성에 따라 Rockburst 등과 같은 취성파괴 및 Squeezing 등과 거동을 나타낼 수 있으며, 이러한 대심도 암반거동은 터널 및 지하 공동 시공중 위험요소로 작용하여 안정성에 심각한 영향을 줄 수 있다. 따라서 대심도 암반구간에 터널을 건설하는 경우에는 합리적인 설계 및 시공을 달성하기 위해서는 대심도 암반에 대한 지질 및 암반특성을 정확히 이해하는 것이 필요하며, 대심도 암반특성에 적합한 보강 및 시공대책을 수립하도록 하여야 한다. 본 고에서는 대심도 암반구간에서의 위험도 평가 및 터널 설계사례를 검토하여, 대심도 암반특성을 고려한 터널구조물 설계시 합리적인 방안을 도출하고자 하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제20권3호
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• pp.25-38
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• 2002

터널 굴착선 여굴(Overbreak)은 발파공법에 의한 괄착 중에 필연적으로 발생하는 현상으로서 숏크리트, 라이닝 등의 보강비 추가 발생과 버력 처리량의 증대로 공기 및 공사비를 증가시키는 주요한 요인으로 작용한다. 또한 터널 굴착선 암반의 손상으로 균열층이 형성되거나 부석이 발생하여 안전문제를 야기시키기도 한다. 이러한 여굴 발생은 천공오차, 발파패턴의 오류, 잘못된 화약선정, 불규칙한 암반 특성 등에 그 원인이 있으나, 지금까지 터널 여굴은 천공 및 발파기술에 의해 좌우된다라는 인식이 대부분이었다. 그러나 여굴 발생에 중요한 원인으로 터널 굴착선 암반의 특성과 이에 적합한 발파패턴 및 화약류를 들 수 있다. 본 연구는 여굴 발생에 영향을 미치는 암반상태를 파악하기 위해서 터널 굴착선 주변암반의 균열정도, 강도, 불연속면의 간격, 방향, 간극, 충전물 상태 등의 6가지 요소를 이용하여 암반을 분류하는 발파암 분류법(BI)을 새로 제안하였고, 이 분류에 따라 외곽 공의 간격과 장약밀도를 달리 하는 발파패턴을 정립하였다. 또한 화약의 순폭도와 Air Deck 효과를 이용하여 장약밀도를 조절할 수 있는 N.D.C(New Deck Charge) 발파공법을 개발함으로써 여굴을 최소화할 수 있었다.