• 화약ㆍ발파
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• 제35권4호
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• pp.1-9
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• 2017

본 연구는 인공절리를 이용한 발파효과 검토를 위해 인공절리 수, 인공절리 간격, 인공절리 경사에 따른 발파속도의 영향 및 기여도를 평가 분석한 연구이다. 인공절리 상태 변화에 따른 발파속도는 동적해석 프로그램인 AUTODYN을 이용하여 획득하였다. 수치해석 결과에 대해 정규화 분석을 수행하였고, 각 인자의 기여도 분석을 위해 강건설계 실험계획법을 이용하여 설계 인자를 분석하였다. 각 인자는 3수준으로 설정하였고, 분석에 직교 배열표 $L_9(3^4)$를 사용하였다. 정규화 분석을 통해 수치해석 결과를 분석한 결과 인공절리 경사가 증가함에 따라 발파속도는 감소하는 경향을 보였다. 또한, 인공절리 간격과 인공절리 경사에 대해 발파속도를 분석한 결과 발파속도는 경사가 수직일 때 인공절리 간격이 증가함에 따라 감소는 경향을 보였다. 강건설계를 이용한 기여율 분석결과 발파속도에 가장 큰 영향을 미치는 것은 인공절리 경사이며, 이어서 인공절리 수, 인공절리 간격 순으로 기여율이 평가되었다.

• 터널과지하공간
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• 제16권2호
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• pp.166-178
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• 2006

암반구조물의 대형, 대단면화에 따라 자유면에 노출된 암반블록의 거동특성 평가가 더욱 중요해지고 있으며, 최근 들어 지진이나 발파, 고속철도의 운행에 의한 진동 등으로 야기되는 동적하중의 발생빈도가 증가하는 추세이므로 동적 하중조건 하에서 암반 절리의 거동특성 파악을 위한 연구의 필요성이 증대되고 있다. 본 연구에서는 거친 절리면의 동적 마찰거동 특성 파악을 위해 인공 인장절리시료를 제작하고 3차원 표면거칠기 측정을 통해 인장절리면의 거칠기 특성을 분석하였으며, 다양한 조건에서 진동대 시험을 수행하였다. 절리면이 맞물린 조건에서 경사시험을 통해 구한 한계 경사각과 진동하중 하에서의 임계가속도로부터 역산한 정적 마찰각을 비교한 결과 동하중 하에서 정적 마찰각이 평균 $2.7^{\circ}$ 정도 낮게 산정되는 경향을 보였다. 엇물린 상태에서 진동하중에 의해 미끄러지는 암석블록의 가속도 및 변위 계측결과를 블록거동 프로그램에 의한 결과와 비교하여 동적 마찰각을 산정하였는데 동적 마찰각 역시 한계 경사각에 비해 평균 $1.8^{\circ}$ 감소하는 결과를 얻었다. 미끄러짐 변위패턴을 4가지로 분류하였으며 이는 절리면의 1차 거칠기와 관련있는 것으로 나타났다. 절리면이 맞물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 정적 마찰각은 2차 거칠기를 표현하는 파라미터인 평균 거 각과 상관성을 가지는 것으로 보이나, 엇물린 상태에서 측정된 한계 경사각과 동적 마찰각은 거칠기 파라미터와 특별한 상관성을 파악할 수 없었다. 진동대 시험에 의한 동적, 정적 마찰각은 직접전단시험에 의한 마찰각 결과보다 작게 산정되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권12호
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• pp.59-69
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• 2015

본 연구는 절리형성 암반지층 굴착벽체에 작용하는 토압에 대한 암반종류 및 절리조건 (전단강도 및 절리경사각)뿐만아니라 절리군의 수에 대한 영향을 조사하였다. 모델실험 및 그에 대한 시뮬레이션결과를 토대로 다양한 수치해석적 매개변수연구가 수행되었다. 해석결과, 굴착벽체에 발생하는 토압은 절리군에 포함된 절리경사각에 큰 영향을 받았지만, 절리군의 수 자체만으로는 토압에 큰 영향을 주지는 않았다. 연구결과는 또한 토사지반에서의 토압인 Peck 토압과 상호 비교되었으며, 이를 통해 절리가 형성된 암반지층 굴착벽체에 발생하는 토압은 토사지반에서 발생하는 토압과 크게 다를 수 있다는 것을 파악하였다. 본 연구를 통해서 향후 암반지층에 설치되는 굴착벽체 설계시 적용하는 토압은 암반종류 및 절리조건과 더불어 절리군에 포함된 절리경사각을 고려하여 산정해야 할 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제11권1호
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• pp.1-11
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• 2001

우리나라 지질의 특성은 토층의 두께가 얇아서 보통 10m이상만 굴착해도 암반층이 나타나므로 대규모 지하굴착 공사시 암반층에서의 토압분포 산정방법이 절실하게 요구되고 있는 실정이다. 그러나, 암반층 암압산정시 기존의 경험식인 Terzaghi-Peck, Tschebotarioff식 등을 그대로 적용하는 것은 암반층의 점착력을 대부분 무시하게 되므로 실제 강도를 과소 평가하게 된다. 따라서 암반에서의 절리경사각, 절리면 전단강도, 지반 상재하중등을 고려한 쐐기형 블럭(Wedge Block)의 수평활동력을 산정하는것이 실제 암반층 토류구조물에 작용하는 암압과 근접할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 뒷채움 흙이 점착력을 갖는 흙인 경우 쐐기형상으로 파괴가 일어난다고 가정하여 Coulomb 토압이론을 확장하여 힘의 평형 조건을 이용해 Prakash-Saran(1963)이론과 절리면의 전단강도 결정공식 $\tau$=c+$\sigma$tan $\Phi$를 적용해서 암반층에 작용하는 암압을 산정하였다. 산정된 이론식을 이용하여 절리면 충전물의 상태 변화에 따른 절리면 전단 강도와 절리경사각을 바꿔가면서 해석해 본 결과, 암반층은 자체의 점착력과 내부마찰각이 크므로 절리방향과 경사각이 굴착면을 향해 어떻게 정해지느냐에 따라서 토압이 작용하기도 하고 작용하지 않을 수도 있다. 본 연구에서 산정된 이론식은 향후 절리면 전단강도 산정시 필요한 강도정수, 절리면의 방위와 상태, 과잉측압, 동적하중, 지진을 비롯한 많은 지반정수(Parameter)들을 보다 엄밀히 산정하고, 특히 암반층에 작용하는 지하수위 효과등을 고려하여, 실제 현장에서 계측된 많은 자료와의 분석을 통해 그 적용성이 검토되어야 할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제16권6호
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• pp.161-172
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• 2000

자연암석절리 및 인공 절리에 대하여 일정수직응력제어, 일정 수직하중제어 그리고 무한 강성제어가 가능한 암석 절리면 전단기 시험기를 개발하였다. 이 시험기는 전단변위에 의한 첩촉면적의 변화량을 계산하여 하중변화량을 조절하여 일정수직응력상태를 유지한다. 수직하중에 따른 시험기 강성에 의한 변화향이 제어 프로그램 내에서 제어되어 순수한 시편의 변위량을 출력하도록 하였다. 전단하중에 따른 시험기 강성에 의한 변위량은 상, 하부 전단상자의 상대변위 측정으로 최소화하였다. 전단거동 중의 자유도는 전당방향에 대하여 수평이도, 연직이동, 피칭, 롤링이 가능하도록 하였다. 자연절리면을 모사한 석고시편에 대하여 일정 수직응력 제어, 일정수직하중제어 그리고 무한 강성제어 조건으로 시험하여 제어상태 검증 및 비교를 하였다. 또한 경사각이 16.7˚와 22.6˚인 톱니형 시편에 대하여 시험한 결과 경사각 16.7˚와 22.6˚는 JRC로 10과 15를 나타내었으며, 첨두팽창각이 첨두전단강도에서 발생되며, Barton의 모델과 잘 일치함을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제21권3호
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• pp.151-163
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• 2011

LCM 시험은 디스크커터의 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험으로 알려져 왔다. 하지만, 실대형 시료를 대상으로 실제의 커터 하중을 예측할 수 있는 이점이 있음에도 불구하고, 시료의 채취 및 운반이 용이하지 않고 1회 시험에 많은 비용이 소요된다는 단점을 갖고 있다. 또한 절리를 포함한 시료에 대한 시험의 경우, 시험 과정이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 시험에서 예측된 모델을 설계에 반영하기 어려운 경우가 많다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 수치해석 모델개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 입자의 유동해석을 효과적으로 묘사할 수 있는 PFC2D를 이용하여 디스크커터의 절삭운동에 의한 암석시험편의 파쇄형상 및 균열 전파양상을 분석하고자 하였다. 또한 절리를 포함한 암석시험편을 모델링하여 절리의 경사각, 절리의 경사방향 그리고 절삭면에 노출된 절리의 간격의 변화에 따른 디스크커터의 절삭력을 수치해석적으로 분석하였다. 해석결과, 절리의 경사방향이 디스크커터의 진행방향과 반대일 때, 절리의 경사각이 작을수록, 노출된 절리의 간격이 좁을수록 더 큰 절삭력이 요구됨을 알 수 있었다. 이와 같은 수치해석 결과를 토대로, 디스크커터와 절리의 분포 특성과의 상관관계를 LCM 시험 결과와 비교 분석한다면, 보다 정확한 수치모델을 개발할 수 있을 것으로 판단되며 TBM(Tunnel Boring Machine) 굴착성능 예측 및 디스크커터의 적합 설계에 합리적인 판단기준을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 지질공학
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• 제33권4호
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• pp.573-586
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• 2023

절리성 암반은 절리 또는 연약면에 의해 역학적인 이방성이 발현될 수 있으며 절리성 암반의 강도 및 변형 특성에 대한 이해는 지질공학 현장에서 주된 관심사이다. 본 연구는 마찰재료로 채택된 석고를 이용하여 단일절리를 포함하는 시료를 성형하고 진삼축시험을 통하여 진삼축 조건의 강도 및 변형 특성을 고찰하였다. 동일한 조건에서 수행한 개별요소법 기반의 삼차원 수치해석은 진삼축시험을 통하여 검증되었으며 타당성이 확보되었다. 수치해석 결과는 절리의 방향성과 더불어 현장의 주응력 조건이 절리성 암반의 강도 및 변형 특성 연구에 있어서 필수적인 요소임을 지시한다. 수치해석을 통하여 절리의 경사각 변화에 따라 산정한 횡등방성 암반의 강도는 중간주응력이 강화함에 따라 유의미한 증가를 나타내며, 증가의 폭은 절리의 경사 조건에 큰 영향을 받는다. 또한, 절리의 경사방향과 두 수평 주응력 방향 간의 상대적인 관계는 횡등방성 암반의 강도특성을 좌우하는 요인이다. 두 개의 절리군을 포함하는 암반의 강도는 경사가 더욱 급한 절리군이 전체 암반의 강도를 좌우한다. 두 절리군 중 한 절리군의 연속성이 짧아 암교 효과를 발휘하면 연속성이 상대적으로 긴 절리군의 방향성이 전체 암반의 강도를 좌우할 수 있다. 절리성 암반에 대한 기존의 삼차원 파괴기준식은 적용성 측면에서 한계도 있지만, 수치해석이 이를 보완하는 데 유용하게 활용될 수 있다.

• 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.

• 지질공학
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• 제13권2호
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• pp.193-205
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• 2003

양산단층과 동래단층 사이를 통과하여 건설하는 지방도를 포함하는 조사지역에는 중생대 백악기에 분출 및 관입한 안산암질암, 세립질 화강암, 반상 화강암 및 흑운모 화강암이 분포한다. 또한 이 지역은 양산단층과 동래단층 사이에서 북동방향의 명곡단층과 북북동방향의 법기단층이 발달하고 있다. 이 지역의 절리의 특성은 화강암이 분포하는 지역에서 절리의 경사각이 30도 미만의 sheeting joint가 발달하며 이외 경사각이 70도 이상 고각의 절리는 북동방향, 북서 방향 및 거의 동서방향의 3조의 절리군이 발달한다. 이들 절리의 간격은 대개 20cm이상의 보통의 간격상태로 암반이 심하게 파괴되지 않았음을 볼 수 있고, 또한 벽면강도도 일반적으로 100MPa이상으로 원암의 강도와 차이를 보이지 않아 절리가 심하게 변형작용을 받았다고는 볼 수 없다 따라서 이 지역은 양상단층과 동래단층인 두 대단층의 사이에 위치하는 암반이지만 이들 단층의 손상대(Damage zone)의 범위가 좁아 지반 상태가 비교적 양호한 것으로 판명되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.659-665
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• 2016

풋월 비탈면 설계 시 해석시간이 짧고, 간편하여 한계평형법을 주로 이용하였으나, 쟁기형태파괴를 모사하기에는 어려움이 따른다. 따라서, 본 연구에서는 2차원 DEM (Distinct Element Method) 해석프로그램인 UDEC을 이용해 수치해석을 수행하여 풋월 비탈면에서 발생되는 쟁기형태파괴에 미치는 영향인자를 분석하였다. 매개변수분석은 암반절리(층면절리, 공액절리, 비탈면의 하단에 위치한 절리)의 구조 및 암반절리상태 등을 변경하여 수행하였으며, 비탈면의 안전율은 강도감소법(Strength Reduction Method)을 이용하여 산정하였다. 수치해석 결과를 통해 쟁기형태파괴는 공액절리(conjugate joint)의 경사각에 주로 의존하고 있음을 확인할 수 있었으며, 층리의 한계간격 및 슬래브의 한계길이가 공액절리의 경사각에 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구결과는 비탈면 보강을 포함한 풋월 비탈면의 최적설계 및 시공에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.