• 한국지반공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.79-86
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• 2004

지반과 숏크리트 사이의 인터페이스 특성은 지반하중이 숏크리트 라이닝에 전달되는 과정에서 중요한 역할을 한다. 또한 인터페이스 특성은 지반 및 숏크리트 라이닝의 거동에 상당한 영향을 미친다. 그러나 대부분의 수치 해석적 연구에서는 이러한 인터페이스 특성을 단순히 가정하여 적용해 왔으며 이를 규명하기 위한 시도도 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 터널 측벽에서 회수된 숏크리트/암석 코어에 대해 직접전단시험과 인터페이스 수직압축시험을 실시하여 점착력, 인장강도, 마찰각, 전단강성 및 수직강성과 같은 인터페이스 특성을 규명하고자 하였다. 인터페이스 특성의 시간 의존적인 변화양상과 비교하기 위하여 압축강도와 탄성계수와 같은 숏크리트의 역학적 물성도 측정하였다. 실험결과로부터, 지반과 숏크리트 라이닝 사이의 인터페이스 특성은 역학적 물성과 유사하게 상당한 시간 의존적 거동을 보인다는 것을 확인하였다. 또한 인터페이스 특성의 시간의존적인 거동을 지수함수와 로그함수 형태로 잘 근사 시킬 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제22권4호
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• pp.266-275
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• 2012

$CO_2$ 저장에 따른 암반 물성의 변화 분석은 지중저장소 정밀 모니터링을 위해 필수적인 요소로서 이에 대한 다양한 각도의 시험 수행과 모델링이 요구된다. 하지만 국내의 경우는 대부분 모델링 연구에 집중되고 있으며, 수치모델에서 필요로 하는 입력자료 대부분이 문헌에 기반을 둔 가정치를 사용하고 있다. 따라서 본 연구에서는 실험실 규모의 $CO_2$ 주입 환경을 모사하는 기술을 고안하고, 초임계 $CO_2$와 반응하는 저류층 암반의 거동 분석을 위해 암석 시료를 이용한 역학적 물성 변화 위주의 실험실 시험을 실시하였다. 시험 대상은 저류층 내에서 덮개암 및 저장층 역할을 하는 셰일 및 사암으로 하였으며, 층간 결합력이 약해 팽창성이 높은 것으로 보고된 셰일에 대해서는 추가적으로 초임계 $CO_2$에 의한 팽창성을 검토 하고자 하였다. 반응 전 후의 변형 거동과 물성변화 관찰을 위해 파괴 및 비파괴 분석 시험을 실시하였다. 단축압축시험 결과 분석을 위해 균열닫힘, 균열개시, 불안정한 균열 성장 구간을 찾아서 검토하였으며, 선형탄성 구간에서의 탄성계수 및 포아송비를 비교 분석하였다. 그리고 비파괴 시험 중 탄성파 속도 측정 시험을 통하여 초임계 $CO_2$에 의한 암석 내부물성변화를 추정하였다. 실험결과, 초임계 $CO_2$ 및 염수, 물 등 반응 조건이 변화함에 따라 암석의 변형거동 양상은 크게 달랐으며 물성 변화도 관측되었다. 덮개암 역할을 하는 셰일의 경우 사암에 비해 반응조건에 따라 물성이 민감하게 변화하였는데 셰일의 이와 같은 특성은 저류층의 안정성에 영향을 미칠 것으로 판단되었다. 본 연구의 결과는 앞으로 추가 실험을 통해 저류층의 지중저장 능력 및 안정성에 영향을 미치는 주요변수들의 상호관계를 규명하는데 기초적인 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제14권5호
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• pp.53-66
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• 1998

풍화토는 암석이 풍화되어 생성되기 때문에 모암과 풍화과정에 따라 그 특성이 결정된다. 따라서, 풍화토의 특성을 고찰하기 위해서는 먼저 모암에 대한 고찰과 풍화과정을 지배하는 풍화환경에 대한 고찰이 이루어져야 한다. 이번 연구에서는 모암과 풍화정도에 따른 풍화의 특성을 고찰하기 위해 화강암 풍화토와 편마암 풍과토를 불교란 또는 교란상태로 채취한 후. 기본 물성시험, 암석학적 시험 그리고 다양한 전단시험을 실시하였다. 여러 가지 시험의 결과에서 암석의 풍화는 모암의 조암광물 분포 및 생성특성과 밀접한 관계가 있음을 확인하였다. 화강암 풍화토의 경우 모암의 비방향적인 성격 때문에 현장응력 상태화 전단특성이 등방적으로 나타났으며, 편마암 풍과토는 그 내부에 존재하는 불연속면이 역학적 거동을 지배하는 방향적 특성을 갖는 것으로 나타났다. 또한 식영이 장석 또는 운모보다 풍화저항력이 크다는 사실의 확인과 함께 풍화대의 두께가 구성 조암광물에 크게 영향을 받는다는 결론을 얻었다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 화약ㆍ발파
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• 제26권2호
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• pp.11-19
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• 2008

지하구조물의 굴착을 위한 발파 충격과 굴착후 응력의 재분포에 의해 발생하는 암반 손상대(Excavation Damaged Zone, EDZ)의 발생은 구조물의 장기적 안정성 경제성 안전성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 조절발파기법으로 굴착된 한국원자력연구원 내 지하처분연구시설에서 굴착 후 발생하는 손상대 규모 및 특성을 측정, 분석하였으며 이를 모델링에 적용하여 손상대가 터널의 역학적, 수리적 거동에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. KURT에서의 손상대 현장시험을 통해 1.5m의 손상구간을 확인할 수 있었으며 Goodman jack 시험과 실험실 암석실험을 통해 암반의 물성은 발파전 물성에 비해 대체적으로 50% 정도 변화함을 알 수 있었다. 이러한 암반 손상대 크기와 물성변화를 모델링에 적용하여 수리-역학적 연동해석을 실시하였다. 손상받지 않은 구간에 비해 손상대의 변형계수는 50%감소하며 수리전도도는 1 order증가하는 것으로 가정하였다. 해석 결과 손싱대를 고려하는 경우 변위는 증가하고 응력은 감소하며 지하수 유입량은 약 20% 정도 증가하는 것으로 나타났다.

• 화약ㆍ발파
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• 제39권1호
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• pp.10-21
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• 2021

암석이나 콘크리트와 같은 취성재료는 재료에 동하중이 가해질 때에는 큰 변형률속도 의존성을 보인다. 이는 취성재료의 역학적 성질이 하중속도에 따라 크게 변화할 수 있음을 의미한다. 이런 성질 때문에 취성재료의 변형률속도 의존성은 발파공학이나 암석동역학 문제를 풀 때 반드시 고려해야 할 중요한 사항들 중의 하나이다. 하지만 불행하게도 국내의 경우, 암석이나 여타의 취성재료들의 동적물성을 특성화하는 연구들은 아직 미진한 상태에 있다. 본 연구에서는 거창 화강암과 고강도 콘크리트 시편의 동적특성을 파악하기 위해 홉킨슨 압력봉을 이용하여 동적 인장시험을 실시하였다. 시험방법으로는 ISRM이 제안한 동적 압열시험과 박리시험을 채택하였다. 일반적으로, 고변형률속도 하에서는 후자의 방법이 더 우수한 것으로 알려져 있다. 이들 두 종류의 시험을 실시한 결과, 시편들의 동적 인장강도가 거의 비슷하게 나타났다. 하지만 저자들은 애초에 시험방법에 따라 측정강도가 상이할 것으로 예상했었다. 따라서 서로 다른 방법을 적용했음에도 측정 강도가 비슷하게 나타난 것은 오히려 시험과정에서 어떤 오류가 개입된 것으로도 볼 수 있으므로 후속연구를 통해 이 부분에 대해 상세조사를 수행할 예정이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권8호
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• pp.23-32
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• 2017

노출된 비탈면은 시간에 따른 풍화도가 암반의 공학적인 성질과 비탈면의 안정성에 주요한 영향을 미치게 된다. 풍화는 시간의 경과에 따라 암석을 토양으로 점진적으로 변화시키며, 이로 인한 암석의 물리적, 화학적, 역학적인 변화는 비탈면의 공학적인 안정에 영향을 미친다. 그러나 비탈면의 풍화도를 객관적으로 평가할 수 있는 방법은 많지 않은 것이 현실이다. 따라서 본 연구에서는 암석의 풍화특성을 규명하기 위해 충북지역에 분포하고 있는 화강암과 편마암, 셰일을 대상으로 풍화 단계별로 시료를 채취하고 조성광물과 조직의 변화 등을 조사하였으며, 이들 암석에 대해 동결융해시험을 이용하여 인공풍화를 유발시켜 공극률, 흡수율 등의 변화를 정량적으로 고찰하였다. 또한 박스프랙탈차원($D_B$)을 통해 인공풍화에 따른 미세균열의 변화를 평가하였다. 광물학적분석을 통해 풍화에 기인한 구성광물의 변화상과 2차광물의 생성, 미세균열의 발달을 관찰하였다. 실험결과를 통하여 풍화도에 대한 광물학적, 화학적, 공학적 평가는 암종에 따른 풍화특성과 원인을 분석하고 물성의 저하를 비교적 정량적으로 평가할 수 있는 방법론을 제시하고 규명하는데 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 자원환경지질
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• 제42권3호
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• pp.261-272
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• 2009

이 연구는 강원도 원주시 일대에 분포하는 쥬라기 화강암에 대하여 동결-융해 시험을 수행하고 동결-융해 반복 횟수의 증가에 따른 암석의 물리 역학적 특성변화를 고찰하였다. 동결-융해의 한 사이클은 24시간이며 진공챔버에서 2시간동안 포화시킨 시료를 -20$\pm1^{\circ}C$로 8시간 동결하고 상온에서 14시간 동안 융해하였다. 동결-융해 시험 중에 물리적인 특성을 측정한 결과 탄성파 속도는 지속적으로 감소하였으며 흡수율은 증가히는 양상을 보였다. 시험 전 풍화등급이 높은 암석일수록 동결-융해에 따른 물성의 변화가 크며 풍화에 취약한 것으로 나타났다. 슬랩(slab) 시편에서 취득한 미세균열 트레이스의 길이 및 면적밀도는 지속적으로 증가하는 것으로 나타났다. 이는 지속적으로 감소하는 탄성파 속도의 특성과도 부합하며 암석 내부에 미세균열이 급격히 발현 확장하고 특히 광물 결정의 결합력이 약화되는 암석 풍화에 기인한 것으로 판단된다. 미세균열의 밀집도와 크기를 동시에 고려할 수 있는 박스 프랙탈 차원($D_B$)은 미세균열 트레이스의 변동성을 효과적으로 반영하며 중 장기적인 풍화 예측을 위한 새로운 풍화지수로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제14권4호
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• pp.5-16
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• 1998

대구지역의 제반은 주로 쇄설성 퇴적암인 혈암으로 구성되어 있다. 이 혈암은 비균질, 비등방성 암석으로 각종 물성치와 역학적 특성이 층리면의 각도($\beta$값)에 따라 매우 다르다. 본 연구에서는 대구지역의 혈암에 대하여 각종 물성, 역학특성 시험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 비중값은 $\beta$값이 커질수록 감소하지만 간극률, 흡수율은 이와 반대로 증가 하였다. 탄성파 속도는 ($\beta$값이 $90^{\circ}$ 일때가 가장 끈 간을 보이고 탄성계수는$\beta$같이 $30^{\circ}$에서 최대치를 나타내었다. 그리고 강도혹성과 강도정수인 점착력과 마찰각은 모두 $\beta$값이 $60^{\circ}$에서 가장 작은 값을 나타내었다.

• 터널과지하공간
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• 제25권1호
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• pp.24-36
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• 2015

거창화강암은 국내 주요 석재자원의 하나로서 토목 및 건축사업에 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 거창화강암을 대상으로 수많은 실내시험을 실시하여 암석의 단위중량, 흡수율, P파 속도, S파 속도, 일축압축강도, 인장강도, 영률, 포아송비, 점착력, 내부마찰각, 점하중강도지수 등의 물리적 성질을 조사하였다. 일축압축강도는 인장강도의 19.5배, 점착력의 8.6배이고, P파 속도는 S파 속도의 1.5배 수준이었다. 실험결과로 얻어진 각종 물성간의 상호관계를 분석하였으며, 일축압축강도는 포아송비, 점하중강도지수, 영률과 0.8 이상의 피어슨 상관계수를 보였다. 또한, 단순회귀분석과 다중회귀분석을 통해 물성간의 각종 회귀식을 구하였으며, 특히 결정계수 0.7이상의 회귀식을 정리하여 나타내었다.