• 터널과지하공간
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• 제10권2호
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• pp.180-195
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• 2000

본 연구에서는 주입에 의한 암석절리면의 수직압축특성과 전단특성의 변화를 규명하기 위하여 신선한 인공절리에 대하여 시멘트현탁액을 주입한 후, 절리 압축시험과 직접전단시험을 실시하였다. 시멘트현탁액을 주입한 맞물린 단일암석 절리의 수직압축시험결과, 주입전 비선형적이었던 절리의 수직응력-수직변형곡선은 선형적으로 바뀌었으며 2 MPa까지의 수직변형은 주입전의 1/10정도로 감소하였다. 시멘트현탁액 주입후 신선한 단일암석절리에 대한 직접전단시험결과, 파괴포락선은 1 MPa내외의 점착력과주입전보다 낮은 마찰각을 가지는 것으로 나타났으며, 주입두께가 커질수록 마찰각은 더 낮아지는 것으로 나타났다. 잔류전단강도는 주입두에와의 상관성을 확인할 수 없었으나, 전단강성과 최대팽창각은 주입두께가 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 주입두께에 대한 전단특성들의 감소현상들은 주입재에 의한 절리면 유효거칠기의 감소효과로부터 발생한 것으로 판단되며 직접전단시험에서 얻어진 최대전단강도를 주입두께대 거칠기평균진폭비를 포함한 경험식으로 나타내었다.

• 터널과지하공간
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• 제22권6호
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• pp.393-402
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• 2012

정상부가 개착된 암반사면에 지중경사계를 설치하여 개착사면의 내부 거동을 계측하였으며, 국지적으로 배후면 방향으로의 거동이 관찰되었다. 사면 거동, 특히 배후면 방향으로의 거동을 유발시키는 원인을 분석하기 위하여 시추작업을 수행하였다. 추출된 시추코어를 관찰하여 사면 암반의 암석학적 취약성을 조사하였으며, 공내 BIPS 영상을 취득하여 암반의 구조적 특성을 분석하였다. 코어 절리 시료를 이용하여 불연속면의 역학적 특성을 측정하였으며, 탄질물이 협재된 절리 시료에 대한 직접전단시험을 수행하여 전단강도를 측정하였다. 사면 거동에 대한 계측결과를 사면 암반과 탄질물이 협재된 절리들의 구조적 및 역학적 특성을 종합적으로 고려하여 해석하였으며, 절리에 협재된 탄질물 및 팽윤성 점토광물의 존재에 의해 국지적인 사면거동이 지배될 수 있는 잠재성을 확인하였다.

• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.279-288
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• 2001

암반내에 존재하는 불연속면은 지하구조물의 안정성에 큰 영향을 미친다. 불연속면을 해석하기 위한 구성법칙에 대한 많은 연구가 진행되어 왔으나, 객관적인 거칠기 파라미터를 이용한 전단거동 모사에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 정량적인 거칠기 파라미터를 이용한 두 가지의 새로운 구성방정식을 만들어 절리 거동을 모사하였다. 첫 번째 구성법칙은 탄소성 이론에 근거하여 두께가 없는 개별절리요소 이용한 방법이고, 두 번째 구성법칙은 3차원 레이저 변위 측정 데이터를 직접 이용하여 Ohnishi가 제안한 거칠기 손상모델을 도입하였다. 제안된 두 모델을 가지고 직접 전단시험을 모사해본 결과 실제 실험에 나타나는 변형률 경화 및 연화현상 그리고 잔류전단강도와 같은 현상을 볼 수 있었다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제11권3호
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• pp.123-138
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• 1995

절리암반내에서 이루어지는 주입재의 유동을 분석하기 위하여 서의 주입재 유동에 대한 전산실험을 수행하였다. 암반내 유체유 주입재의 전단강도와 점성도변화 특성을 반영하였다. 다양한 문제 극분포 발생장치 및 절리망 형성장치와의 연계성을 확보하였다. 주입재와 절리면과의 마찰에 의한 수두손실을 계산하기 위하였으며 주입재의 고화에 따른 유동멈춤현상을 반영하기 위하여다. Binghamian grout(이후 Bingham 주입재)와 Newtonian grout(이후 Nweton 주입재)의 유동특성에 관한 자료를 구하기 위하여 실험실 시험결과를 수식화하였다. 단일절리면에서의 주입재 유동특성에 대한 전산실험을 수행한 결과 평판모델에서는 발견할 수 없는 주입재의 채널유동을 확인할 수 있었다. 전단강도 및 점성도의 변화가 주입재 유동에 미치는 영향을 파악하여 주입관리와 주입재 선정을 위한 기본방안을 제시할 수 있었다. 또한 지하수의 유동이 주입재 유동에 미치는 영향을 분석하여 주입지역에 작용하는 수리구배와 주입압과의 관계를 도출하였다. 마지막으로 터널주변에서의 주입재 유동을 관찰하여 주입작업에 대한 이해를 증진시키고자 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제3권3호
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• pp.15-29
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• 2001

NMT 공법의 올바른 적용을 위해선 암반속 절리면 거동분석이 선행되어야함을 인식하고 절리면의 전단특성 및 구성모델을 검토하였다. 특히, Barton-Bandis 모델로 대변되는 비선형 절리 모델의 정확한 이해와 모델을 구성하고 있는 제반 물성치의 합리적인 산출을 위하여 암반의 불연속체 거동을 지배하는 중요인자인 절리면 거칠기(JRC), 절리면 압축강도(JCS) 및 잔류마찰각(${\phi}_r$)에 대한 매개변수 분석을 수행하여 합리적인 입력값 산정이 가능하도록 하였다. 또한 Barton-Bandis 모델과 Mohr-Coulomb 모델과의 비교분석을 통하여 불연속체 거동 특성파악을 위한 구성모델을 검토하고자 하였다. 본 연구 결과 JRC 및 ${\phi}_r$의 영향이 JCS에 비해 상대적으로 큰 것으로 평가되었으며, 터널안정 해석시에 낮은 JRC 값을 채택하는 것이 반드시 불안전측을 고려하는 것은 아님을 알 수 있었으며, ${\phi}_r$은 암반의 거동에 큰 영향을 주는 매우 중요한 요소이므로 ${\phi}_r$값에 대한 합리적인 산정이 필요한 것을 알 수 있었다. 아울러 전단시 절리면의 팽창효과가 암반의 거동에 중요한 역할을 하는 경우, 전단변형 진행에 따라 절리면의 거동을 효과적으로 구현할 수 있는 Barton-Bandis 모델이 Mohr-Coulomb 모델에 비해 더욱 적절함을 알 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제9권4호
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• pp.350-363
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• 1999

주기전단하중 하의 암석 절리에 대한 역학적 거동을 규명하기 위해 정밀 주기전단시험 장치를 설계·제작하였다. 실험실에서 황등화강암과 여산대리석 인공 절리 시료로 펑면절리와 거친 절리에 대해 일련의 주기전단시험을 실시하였다. 시료에 대한 레이저 변위계를 이용한 3차원 거칠기 측정을통해 절리의 거칠기 특성을규명하였다. 주기전단시험 결과를 통해 주기전단 과정의 단계별 거동 특성과하중과제하시의 거동 차이, 전단거동의 이방성 등을고찰하였다. 거친 절리면의 역학적 거동 특성은 주로 2차 거칠기의 영향과 암석 재료의 높은 강도에 영향을 받았다. 주기전단시 거친 절리에 대한 돌출부 손상이 지수적인 거칢각 손상 법칙을 따름을 실험적으로 검증하였으며, 수직응력파 거칠기 종류, 하중 단계에 따라 돌출부들의 손상 기구가 다름을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.293-308
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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 거칠기의 영향을 알아보기 위하여 개별요소법 수치해석 프로그램인 $PFC^{2D}$를 사용하였다. 이 때 표면 거칠기는 매끄러운 평면, 중간 거칠기 평면, 거친 평면의 세 가지로 구분하였다. 접촉면 전단시험에서 입자 형상 및 입자 파쇄의 영향을 연구하기 위하여 one ball 모델과 clump 및 cluster 모델을 형성하여 상대적으로 비교 분석하였다. 이 때 입자의 형상은 원형, 삼각형, 직사각형, 정사각형으로 모델링하였다. 수치해석 결과, 표면 거칠기가 클수록 접촉면 전단강도 및 마찰각이 크게 나타났으며, 또한 간극률이 크게 증가하였다. 표면이 매끄러운 one ball 모델보다 작은 입자들의 결합으로 이루어져 표면이 굴곡진 모델, 즉 clump 모델의 접촉면 전단강도 및 마찰각이 크게 나타났다. 입자의 결합이 파괴되는 모델, 즉 cluster 모델의 접촉면 전단 강도 및 마찰각이 같은 형상의 clump 모델보다 작게 나타났으며, 파괴포락선은 비선형으로 나타났다. 이러한 결과로부터 연속체 평면의 거칠기 및 입자의 형상이 입자와 평면의 접촉면 전단거동 특성에 미치는 영향을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6C호
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• pp.203-212
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• 2011

본 논문은 암반지층에 설치되는 굴착벽체의 안전하고 경제적인 설계 및 시공을 위해 절리가 형성된 암반지층에서 발생하는 토압의 크기 및 분포특성을 조사한 것이다. 이러한 목표를 위해, 먼저 기존 선행연구의 한계성 및 문제점을 파악하고 이를 극복하기 위해 암반지층의 다양한 절리특성 등을 고려할 수 있는 개별요소법(DEM)에 근거한 불연속체 수치해석적 매개변수 연구를 수행하였다. 매개변수로는 암반종류 및 절리상태(절리면의 전단강도 및 절리경사각)가 고려되었으며, 지반과 굴착벽체의 상호작용을 반영하면서 각 요소의 영향이 고려된 토압크기 및 분포특성이 파악되었다. 뿐만 아니라, 암반지층에서 발생된 토압과 토사지반에서의 경험토압인 Peck토압과의 상호 비교가 이루어졌다. 비교결과 절리가 형성된 암반지층에서 발생된 토압의 크기 및 분포는 암반의 종류 및 절리상태에 따라서 크게 영향을 받은 것으로 나타났고 토사지반에 있어서 Peck의 경험토압과 비교하여 서로 다른 특징을 나타내었다. 이와 같이 조사된 결과는 향후 절리가 형성된 암반지층에서의 굴착벽체 설계를 위한 토압산정에 필요한 정보 및 기초자료로서 활용될 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제4권3호
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• pp.261-273
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• 1994

Direct shear tests were carried out on the rock joints and artificial discontinuities to investigate the influence of joint roughness on the shear strength and deformation behaviour. Single direct shear testing apparatus used in experiment was designed and manufactured. Its capacity is 200 tons of shear load, 20 tons of normal load and 50$\textrm{cm}^2$ of maximum shear area. Test samples were cement mortar with artificial discontinuity and sandstone with natural joint. Peak shear strength was increased as joint roughness or normal stress was increased, especially, linearly increased with roughness angle in cement mortar. If joint roughness angle was constant at low normal stress, shear strength was not affected by width and height of joint roughness in cement mortar. Peak shear strengths obtained from tests were larger than the values calculated by Barton's equation, and shear stiffness was increased with joint roughness coefficient.