• 터널과지하공간
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• 제9권4호
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• pp.328-336
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• 1999

본 연구에서는 암석절리에 대한 수리-역학적 거동이 동시에 가능한 실내시험장치로서 회전식 전단시험기를 제작 하였다. 회전식 전단시험기는 시료의 양 끝에 비틀림 모멘트를 가함으로써 전단응력을 발생시키도록 하였다. 실험결과 회전식전단시험에 의한 절리의 최대전단강도는 직접전단시험에 의한 값보다 과소평가되었다. 이는 비틀림에 의한 전단응력이 회전축의 반경에 따라 변하며 특히 회전축 중심부에서는 전단응력이 거의 작용하지 않기 때문인 것으로 판단된다. 절리에서의 유체유동은 절리 거칠기, 접촉 면적, 초기간극 등에 의해 주로 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 초기간극의 측정을 통하여 전단-유동에 대한 수리 간극과 역학적 간극사이의 관계를 알아보았다. 초기간극의 측정과 전단-유동 상호작용시험의 결과에 근거하여, 역학적 모델과 삼승법칙으로부터 계산된 역학적 간극과 수리 간극은 체적 팽창이 발생함에 따라 증가하며 이들 사이에는 좋은 선형관계가 있음을 보였다. 그러나 수리 간극과 역학적 간극사이에는 다소 차이가 발생하였는데 이는 평행 평판모델에 의해 예측된 거동으로부터 수리 간극이 벗어남을 나타낸다.

• 지질공학
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• 제22권1호
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• pp.113-121
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• 2012

본 연구에서는 부산시 금정구 금정산 일대에서 채취한 단층비지대의 공학적 특성을 여러 형태의 절리모형실험을 통하여 파악하였다. 이 지역은 양산단층과 동래단층과 같은 주요 대규모 단층과 부수적인 소규모 단층이 다수 분포하고 있어, 이 지역의 시추공 중 이러한 단층을 관통한 시추공에서 단층비지 및 흑운모 화강암 절리 시료를 추출하여 실내 실험에 사용하였다. 우선 단층비지대의 광물학적 특성을 파악하기 위한 XRD 및 SEM 분석에서는 단층비지대가 수분 함유에 따른 급격한 전단강도 감소를 예측할 수 있는 판상구조의 점토광물인 kaolinite, montmorillonite, illite, sericite으로 이루어져 있는 것으로 파악되었다. 단층비지에 대한 전단강도 특성은 비지 자체의 전단강도 측정과 단층비지를 충전한 여러 형태의 자연 및 인공절리면에 대한 절리면의 전단강도 측정으로 구하였다. 실험 결과, 단층비지가 충전된 절리면은 충전물질이 없는 절리면보다 급격한 전단강도의 감소가 발생하였으며, 단층비지의 내부 마찰각보다 절리면 사이에 충전된 단층비지의 마찰각이 더욱 낮게 측정되었다. 이러한 실험 결과는 암반과 접하고 있는 단층비지의 전단 특성은 단층비지 자체가 가진 전단강도보다 더욱 작은 값을 가지기 때문에 암반 구조물의 안정성을 저해하는 요소로 작용할 수 있다는 것을 보여주고 있다.

• 보존과학회지
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• 제37권5호
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• pp.505-515
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• 2021

포항 달전리 주상절리(천연기념물 제415호, 이하 주상절리)에 대한 사면안정성 평가 및 낙석 시뮬레이션을 통하여 낙석의 최대 에너지, 도약높이, 이동거리를 산출하였으며, 낙석 위험 범위를 설정하였다. 주상절리가 분포하는 사면의 경우 왼쪽(SW)에서 오른쪽(NE)에 이르기까지 93.79°, 131.99°, 165.54°, 259.84°의 경사방향을 가지며 전체적으로 부채꼴의 형상을 하고 있다. 이러한 사면의 경사방향을 따라 4구간으로 구분하였으며, 각 구간별 노출되어 있는 주상절리의 단면에서 개별적인 불연속면의 방향성을 측정한 결과 1구간은 125개, 2구간은 261개, 3구간은 262개, 4구간은 43개로 확인된다. 평사투영법을 이용한 각 구간별 사면 안정성 평가 결과, 평면 및 전도파괴 영역에 해당되나 이는 노출된 주상절리면의 개별 방향성에 대한 해석 결과로 주상절리에 대하여 평면 및 전도파괴의 가능성을 진단하기 어렵기 때문에 현재에도 발생되고 있는 낙석으로부터 위험 가능성을 평가하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 또한 낙석 시뮬레이션을 통해 측정된 낙석의 최대 이동거리는 약 66 m이며, 낙석 위험 범위는 사면 아래 전 영역이 해당됨을 알 수 있다. 따라서 이러한 낙석의 거동은 지형학적 요인에 의해 다양한 방향으로 굴러떨어져 낙하지점을 예측하기 힘들기 때문에 낙석으로부터 안정성 확보를 위한 낙석 방지시설 설치를 제안하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제16권3호
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• pp.251-258
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• 2006

본 연구에서는 공내재하시험으로 측정된 변형계수를 이용하여 RMR을 이용한 변형계수 추정 방법에 대한 국내 암반에서의 적용성을 평가하고, 암반의 변형계수에 영향을 미치는 여러 변수들과 변형계수와의 상관성 분석을 실시하였다. RMR을 이용하여 변형계수 예측을 위해 제안된 기존의 제안식은 변형계수를 과대 예측하고 있었으며, 암종별로도 추정값과 측정값이 상관성의 차이가 컸다. 암반 특성치로서 일축압축강도, RQD, 절리 상태, 절리 간격, 지하수 상태, 측정 심도를 주요 변수로 하여 암반의 변형계수에 미치는 영향에 대한 개개의 상관성 분석을 수행한 결과, RQD가 가장 높은 상관성을 보여 예비설계 단계에서 RQD만으로도 암반의 상태 및 변형계수를 추정할 수 있을 것으로 판단되었고 절리 간격과 절리 상태 의 경우 또한 암반 변형계수와의 상관성이 비교적 높은 것으로 예상되었으며, 일축압축강도는 변형계수와 밀접한 관계가 있음에도 불구하고 RMR값에 미치는 영향이 적기 때문에 상관성이 낮았다. 따라서 상관성을 높이기 위해서는 일축압축강도의 배점에 신경을 써야하고 일축압축강도 측정시 주의가 필요하다고 판단된다. 또한 지하수의 경우 점수 배점으로 평가되므로 시추자료로 변형계수를 평가하는데 한계가 있을 것으로 사료되어 평가에서 제외시키는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 앞으로 변형계수 및 암반 특성에 관한 자료 확보 및 연구를 통해 암반의 풍화도, 암반의 간극률, 절리 특성 등에 관한 보다 복합적인 결과 도출을 위하여 다변량 중회귀분석 등과 같은 다양한 접근을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제20권2호
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• pp.82-91
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• 2010

그라우팅 공법은 지하 내 구조물을 건설 시 유입되는 지하수를 억제하거나 암반의 강도를 증대시킬 목적으로 널리 이용되는 암반 개량공의 일종이다. 암반 내 불연속면을 따라 유동하는 그라우트의 유동 특성을 파악하는 것은 이러한 그라우팅 설계 및 그 효과를 예측하는데 필수적이다. 기존의 그라우트 유동 연구에서 그라우트 유동을 층류 유동으로 가정해 왔으나, 마이크로 스케일의 간극을 가지는 좁은 절리 틈새 내에서의유체 유동은 절리 거칠기의 영향을 받아 유동의 속도 단면이 거칠기 부분에서 변하기 때문에 일반적인 층류유동으로 모사하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 거칠기를 가지는 절리 내의 그라우트 유동에 절리 거칠기와 간극이 미치는 영향을 수치해석을 이용하여 조사하였다. 수치해석을 위해 전산유체유동해석 코드인 FLUENT 코드를 이용하였으며 FLUENT 코드에서 제공하는 Herschel-Bulkely 모델과 VOF(volume of fluid) 모델을 적용하여 물과 공기로 채워진 좁은 절리 틈새 내의 그라우트 유동을 모사하였다. 모사된 결과를 그라우트 유동을 위해 제시된 분석해와 기존의 실험실 그라우트 주입 실험 결과와 비교하여 FLUENT 코드의 적합성을 검증하였다. JRC와 간극 변화에 따라 일정 그라우트 주입량 유지에 필요한 주입압을 계산함으로써 마이크로 스케일의 절리 틈새 내 그라우트 유동시 채널 벽면의 거칠기 및 채널 간극의 영향을 정량화하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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• pp.361-362
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• 2014

본 연구의 목적은 벤토나이트 완충재를 처분공에 설치하였을 때 벤토나이트와 암반의 상호작용을 중심으로 이의 포화과정을 제대로 모사할 수 있는 지와, 현장암반의 절리가 수치해석 결과에 어떠한 영향을 미치는가를 파악하는 것이다. 유한차분 해석코드인 TOUGH2 코드를 이용하여 벤토나이트의 수리거동을 분석하였다. 해석결과 암반의 절리가 존재할 경우 완충재의 포화도는 상대적으로 매우 빠르게 진행되었으며, 벤토나이트의 높은 모세관 압력으로 인해 시간경과에 따라 주변암반의 포화도가 점진적으로 감소됨을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제16권4호
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• pp.281-287
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• 2006

산악 지형 내 터널 굴착에 따른 지하수 유입은 실제 암반 내 발달한 절리 및 파쇄구간을 따라 유동하는 지하수에 의해 발생한다. 이러한 현상을 보다 합리적으로 분석하기 위해 정밀 지반조사 물리탐사 및 시추 탐사 등의 분석 결과를 토대로 모델영역을 선정하고 대표 절리군 1, 2 및 3을 선택하였다. 3차원 절리망을 생성하기 위해 프로그램(FracMan)을 이용하였고 불확실성을 줄이기 위해 확률적 통계기법 중 하나인 Monte Carlo Simulation 을 적용하였다. 수리특성을 파악하기 위해 실시한 불연속면 수리특성 시험 양수시험 및 수압시험 결과 대표 절리군 1, 2 및 3의 투수량 계수($T_f$)는 각각 $9.60{\times}10^{-6},\;7.35{\times}10^{-6}$ 및 $1.01{\times}10^{-5}m^2/s$ 이였다. 모델 영역의 수리적 초기조건을 파악하기 위해 지하수 연속체 프로그램(Visual MODFLOW)를 병행하여 적용하였다. 지하수 불연속체 프로그램(MAFIC)을 이용하여 해석한 결과 터널내부의 단위 길이 당 유입량은 평균 $5.40{\times}10^{-1}m^3/min/km$, 표준편차 $3.04{\times}10^{-1}m^3/min/km$로 예측되었다. 이 결과를 토대로 터널 굴착에 따른 광역적인 지하수계 변화를 분석한 결과 $8.64{\times}10^{-2}{\sim}2.30{\times}10^{-1}m^3/min/km$로 기존 및 본 설계 적용 기준인 3.00 및 $2.00m^3/min/km$의 값보다 낮은 범위로 예측되어 터널 굴착 시 지하수 유입에 따른 공극수압의 변화에 따른 응력 변화가 적어서 터널 구조의 안정성에 미치는 영향이 적을 것으로 분석되었다.

• 지질공학
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• 제18권4호
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• pp.447-457
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• 2008

절리면의 거칠기, 충전물 등의 공학적 특성과 활동면 경사, 수압하중을 고려하여 암반사면의 파괴거동을 고찰하고 파괴시기를 예측하기 위하여 모형실험이 수행되었다. 절리면 거칠기는 폭, 길이, 높이 등을 고려하여 톱니형으로 제작하였다. 충전물은 거칠기의 돌출부 높이에 대하여 일정한 충전물두께를 유지하는 방식으로 0에서 돌출부 높이의 1.2배까지 증가시켰다. 수압증가에 따른 사면의 거동양상을 파악하기 위해서는 인장균열에 완전히 가해질 수 있는 수압을 100%로 하여 0.5%/min 및 1%/min의 속도로 0%에서 파괴 시 까지 수압하중을 증가시켰다. 모형실험은 활동면 경사각 $30^{\circ}$와 $35^{\circ}$에서 각각 거칠기, 충전물 두께, 수압하중증가 등의 조합을 변화시키면서 총 50회 수행하였다. 모형실험결과 절리면의 거칠기가 없는 경우의 파괴거동 양상은 수압하중 증가 조건과 충전물의 유무에 관계없이 선형 변위거동으로 나타나는 것이 특징적이다. 거칠기가 존재할 경우에는 충전물 두께가 거칠기 높이보다 낮을 때 계단형 변위거동이, 거칠기 높이 이상일 때 지수형 변위거동이 특징적이다. 이는 충전물 두께가 거칠기의 높이를 넘어서면 절리면의 거동특성이 충전물의 공학적 특성에 좌우되기 때문인 것으로 판단된다. 파괴를 유발하는 수압하중의 크기는 절리면의 거칠기가 증가함에 따라 증가한다. 충전물의 두께가 증가할수록 거칠기의 영향이 작아져 파괴 시 수압하중은 감소한다 파괴가 임박한 시점에서 3차 크립 형태의 변위거동을 보이는 지수형의 경우에는 inverse velocity를 이용한 파괴시기 예측이 가능한 것으로 판단된다. 다만 실험에서 나타난 거동특성이 완전한 지수형이 아니고 계단형과 지수형의 중간형태로 나타나는 경우가 대부분이므로 정확한 파괴시기 예측을 위해서는 다수에 걸친 파괴시간 추정이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.575-593
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• 2012

본 연구는 국제공동연구인 SKB Task 8에 대한 간단한 소개와 더불어, Task 8a 모델문제를 중심으로 유한차분과 유한체적법의 복합적 해석코드(integrated finite difference method)인 TOUGH2를 이용하여 벤토나이트 완충재와 현장암반의 수리학적 거동특성을 살펴보았다. 이를 위해 벤토나이트-암반의 상호작용을 중심으로 현장암반의 절리유무에 따른 완충재 내의 압력분포 변화 및 재포화 특성을 분석하였고, 벤토나이트 고유 특성인 높은 모세관 압력과 현장암반 내 절리영향을 TOUGH2 코드를 통해 성공적으로 구현하였다. 연구결과, 현장암반 내 절리를 고려함으로써 완충재의 포화속도는 약 2.5~12배 가량 차이가 발생하였으며, 무결암 및 절리암반 모두 완충재의 하단부가 상단부에 비해 포화속도가 상대적으로 빠르게 진행되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구결과는 고준위폐기물 처분공 내의 완충재 설계와 관련하여, 완충재 포화 시기예측 및 최적 소요두께 결정 등에 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권11호
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• pp.83-96
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• 2016

흙막이 벽체 배후지반의 지표 침하는 인접구조물의 안전성에 많은 영향을 미친다. 그러나 지반굴착에 따른 주변 지반의 침하는 예측하기가 쉽지 않고 굴착면으로부터 이격거리에 따른 침하량을 정량적으로 구하는 것은 더욱 어려운 일이다. 흙막이 벽체의 변형에 의한 지표침하는 수치해석(FEM)이나, 경험적 방법 Peck(1969)등으로 추정하고 있으나 주로 토사층을 대상으로 하고 있다. 본 연구에서는 토사층 하부에 암반층이 위치하는 복합지반을 굴착 할 때 암반층의 깊이와 절리경사에 따른 흙막이 벽체 배후지반의 지표침하를 대형모형실험(규격: $3m{\times}3m{\times}0.5m$)을 수행하여 측정하였다. 모형실험은 축척 1/14.5로 하고 10단계로 굴착을 하였다. 암반층 비율은 35%와 50%로 하였고 암반층의 절리경사를 $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$로 하여 단계굴착하면서 흙막이 벽체 버팀대에 작용하는 토압(Lee 2014)과 흙막이 벽체 배후지반의 지표 침하량을 측정하였다. 암반층비율과 암반층 절리경사가 증가하면 배후지반의 지표침하량도 증가하며 암반층 절리경사 $60^{\circ}$(J60)에서는 수평지반 굴착시에 비해 최대 17배 크게 발생하였다. 흙막이벽체 배후지반에서 최대 지표침하는 경험적 방법과 달리 흙막이 벽체로부터 굴착깊이의 17%~33%만큼 이격된 위치에서 가장 크게 발생하였다. 복합지반의 지표침하는 전반적으로 경험적 추정방법에 의한 지표침하량에 비해 작게 나타났다.