• 한국지반공학회논문집
• /
• 제20권5호
• /
• pp.99-107
• /
• 2004

흙의 이방적 변형 특성은 파괴 이전 상태의 변형 거동을 정확히 이해하기 위한 중요한 특성 중 하나이다. 최근 활발히 이루어지고 있는 실험적 연구 결과는 사질토fl서 나타나는 이방적 탄성계수가 직교 이방 탄성이론으로 표현될 수 있으며, 또한 각 방향의 수직 탄성계수가 해당 방향의 수직 응력에 의한 지수 함수로 표현될 수 있음을 보여준다. 이러한 사질토의 탄성계수 이방성은 입자의 미시역학적 특성과 밀접한 관계가 있다. 사질토는 수많은 입자에 의해 구성된 입상체이므로 각 입자간의 접촉면에서 나타나는 힘-변위 관계가 거시적 인 입상체의 응력-변형률 관계를 지배한다. 따라서 사질토의 변형을 입자 간 상호 작용으로 해석하는 미시역학적 접근 방법은 흙의 이방적 변형 특성을 연구하는 가장 좋은 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 미시 역학 이론을 토대로 흙의 이방적 탄성 변형 특성을 예측하는 수치해석 프로그램을 개발하였다. 실제 토립자의 불규칙한 접촉면 상태를 간략하게 모사할 수 있는 접촉 모델을 제시하였다. 삼축 시험 등의 일반적인 역학 시험으로부터 얻을 수 있는 거시적 탄성 응력-변형률 관계로부터, 미시역학 모델에 필요한 변수를 결정할 수 있는 해석해를 유도하였다 실내 시험을 통해 구할 수 있는 거시적 탄성계수와 해석해를 이용하여 모델 변수를 구하는 방법을 구체적으로 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제35권11호
• /
• pp.7-14
• /
• 2019

압축 벤토나이트는 고준위폐기물을 처분하기 위한 공학적방벽 시스템에서 중요한 구성요소 중 하나인 완충재의 후보물질로 가장 적합한 것으로 고려되고 있다. 완충재는 처분공 내 사용후핵연료가 담긴 처분용기와 근계 암반 사이에 채워지는 방벽재로서 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지한다. 처분 초기에는 처분용기로부터 발생하는 고온의 열량으로 인해 완충재의 포화도는 감소하지만, 그 후 주변 암반으로부터 유입되는 지하수로 인해 완충재의 포화도는 증가한다. 이렇듯 완충재는 처분 운영 조건에 따라 불포화에서 포화 상태로 도달하게 되기에 완충재의 불포화-포화 거동 특성은 공학적방벽의 전체 안전성을 좌우할 수 있는 중요한 입력자료이다. 따라서 본 연구에서는 국내 압축 벤토나이트 완충재에 대한 수분보유특성을 규명하고자 하였다. 처분 초기 온도 증가에 따라 완충재의 포화도가 감소하는 상황을 고려하여 상온에서부터 125도까지 압축 벤토나이트의 온도 증가에 따른 체적 함수비와 수분흡입력을 측정하였다. 또한 이를 상온에서 동일한 함수비에서의 수분보유능과 비교하였으며 상온에서의 수분흡입력은 1~15% 정도 크게 측정되었다.

• 지질공학
• /
• 제19권1호
• /
• pp.63-70
• /
• 2009

한국원자력연구원 내에 위치하는 지하연구시설의 안정적인 운영을 위하여 터널 내 벽면과 주변 사면의 지반변위 및 온도 변화를 실시간 감시할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 광섬유센서케이블의 센서 기능을 활용하여 케이블 전체가 하나의 센서 기능을 하는 분포개념의 온도 및 변형을 측정기법을 이용한 것으로서 기존의 특정지점 계측방법과는 확연하게 차별된다. 이 기법은 구조물의 특성에 따라 선택적으로 탄력적 적용이 가능하여, 최대 매 1 m 간격으로 총연장 30 km까지 하나의 운영체계로 감시할 수 있는 기능을 가지고 있다. 변형특성의 계측 범위는 1 m 당 1 mm 변위 크기까지 계측이 가능하며, 변위 발생 위치와 변위가 진행하는 방향까지 계측 가능하다. 온도는 $0.01^{\circ}C$ 해상도를 가지며 케이블 종류에 따라 $-160{\sim}600^{\circ}C$까지 계측이 가능하다. 지하연구시설에서 1년 간의 모니터링 결과, 터널 벽면 및 주변 사면에서 뚜렷한 변위 혹은 거동은 확인할 수 없었으나, 지하수 누출에 의해 점진적으로 영향이 미칠 것으로 예상되는 징후를 확인하였다. 이로서 숏크리트로 처리한 터널 벽면의 균열변형 및 붕괴/낙반사고를 사전에 감지하고, 암반 내 지하수위의 등락과 함께 연구 터널내 환기상태를 감시, 관리할 수 있는 시스템을 구축하게 되었다. 이 외에도 이 시스템은 복잡한 구조를 갖는 플랜트의 변형은 물론 장대 구조물과 고층빌딩, 대형선박, 장대 교량, 댐과 송수관로 및 지하철 등의 안전 유지상태 및 누수 등의 감시에도 적용 가능하다. 특히 온도 변화 감시 기능은 목재 건조물에도 효과적으로 이용할 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제7권2호
• /
• pp.153-163
• /
• 2005

본 논문에서는 타이 방콕의 지하철 터널현장과 홍수방지용 터널현장에 대한 사례연구를 수행하였다. 첫 번째 사례연구는 복식터널인 방콕 MRT 지하철 현장으로써 터널연장이 대략 20 km이고 18개의 정거장으로 구성되어져 있다. 터널은 지표면으로부터 15~20m 깊이에 위치하는 첫 번째 단단한 실트성 점토층에 위치한다. 현장계측으로부터 얻어진 굴착에 의한 지반의 변위거동이 제시되었다. 평면변형율 유한요소해석을 통하여 역해석을 수행하였으며, 이로부터 나온 결과는 현장에서 계측된 결과와 일치하였다. 유한요소해석으로부터 산정된 전단변형율은 0.1~1.0%의 범위내에 존재하였으며, 자동보링 프래셔미터 시험으로부터 나온 결과와 비슷하였다. 한편, 두 번째 사례연구는 지하 장애물 밑으로 관통하는 EPB타입의 터널공사 현장과 관련이 있다. Premprachakorn 홍수방지용 터널은 장마시기에 홍수를 Choapraya강으로 전환하기 위한 지름길의 터널이다. 터널은 대략 지하 20~24m에 위치한 매우 단단한 실트성 점토층에 EPB타입 쉴드터널공법에 의하여 건설되었다. 터널이 이미 존재하고 있는 방콕의 주된 용수터널과 다리의 기초 아래에서 시공되는 동안에 현장계측이 수행되었으며, 이 계측결과를 유한요소해석으로부터 산정된 결과와 비교하였다. 또한 손상평가를 예측하기 위한 수단으로 방지 리스크 포텐셜 방법을 제시하고 논의하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제15권3호
• /
• pp.357-373
• /
• 2013

본 논문에서는 터널-지반 시스템의 거동을 합리적으로 해석하고 재료의 특성과 터널설계정수 평가를 위한 역해석 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램은 유한차분법과 직접법을 조합한 역해석 기법을 이용하기 위하여 상용 프로그램인 FLAC(Fast Lagrangian Analysis of Continua)과 최적화 알고리즘을 이용하여 지하구조물의 역해석이 가능하도록 구성되었다. 역해석 알고리즘으로는 최적화 기법 중 미분계수를 구하지 않고 직접탐색이 가능한 로젠브록법(Rosenbrock Method)을 이용하였다. 이 연구를 통하여 개발된 역해석 알고리즘의 현장 적용성 검증을 위하여 4개 구간의 실제현장을 대상으로 현장 계측결과를 이용하여 역해석을 수행하였다. 역해석 과정에서 현장계측 변위에 대한 해석 대상지반의 최적함수를 파악하기 위하여 비선형 회귀분석(nonlinear regression analysis)을 실시하였다. 회귀분석은 지수함수와 분수함수를 이용하였으며, 이를 통하여 결정된 최적함수를 이용하여 계산된 총 변위를 역해석 입력 자료로 활용하였다. 이 연구결과로써 대상구조체의 실측변위를 이용한 역해석을 수행한 결과는 계측변위와 평균 4.5%의 오차율을 보였다. 따라서 이 연구에서 제안하는 역해석 기법이 터널 해석에 유용하게 적용될 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제18권2호
• /
• pp.119-128
• /
• 2016

성능기반 설계에서 구조물의 안정성은 손상 상태와 이를 수치화한 손상 지수에 의해 평가한다. 지상 구조물에 대해서는 이들이 비교적 명확하게 정의되어 있으나 지중 구조물에 대한 연구 수행 사례는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 국내 지하철 시스템에 널리 사용되는 박스형 개착식 터널에 작용하는 지진하중에 의한 손상 상태와 손상 지수를 일련의 비탄성 프레임 해석을 통하여 규명하였다. 터널의 3 단계 손상 상태는 구조물에 발생한 소성 힌지의 수에 의해 정의하였다. 손상 지수는 터널 구조 부재의 탄성 모멘트와 항복 모멘트의 비로 정의하여 탄성 해석만으로도 비탄성 거동과 파괴 메커니즘의 모사가 가능하도록 하였다. 또한 손상 지수를 자유장 전단 변형률의 함수로도 제시하였다. 전단 변형률은 1 차원 지반응답해석으로 쉽게 계산할 수 있으므로 이를 이용하여 간편하게 박스형 터널의 초기 내진 안정성 평가가 가능할 것으로 판단된다. 보다 일반적이고 보편적인 적용성 확보를 위해서는 추후 포괄적인 해석을 수행하여 다양한 형태의 터널과 지반에서의 전단 변형률 분포와 불확실성에 대한 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구에서 제시된 터널 내진설계를 위한 손상 상태, 손상 지수, 그리고 전단파 속도 및 전단변형률 간의 상호관계 플래트폼은 새로운 아이디어를 담고 있으며 추후 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제16권2호
• /
• pp.193-201
• /
• 2014

본 논문은 토압식 쉴드TBM(EPB shield TBM)의 후드부에 대한 시뮬레이션 시스템 개발에 대한 연구결과이다. 최근 토압식 쉴드TBM은 터널굴착에 많이 활용되고 있다. 토압식 쉴드TBM의 후드부 시스템은 터널굴착에서 매우 중요하기 때문에 후드부 시스템의 설계 및 operation parameter의 평가를 위하여서는 시공전에 사전 시뮬레이션이 요구된다. 본 연구를 위하여 모형 시뮬레이션 장비 시스템을 설계 개발하였다. 개발된 시스템의 검증을 위하여 모형실험을 실시하였으며, 개발된 시스템을 이용하여 얻은 결과는 현장에서 얻을 수 있는 토압식 쉴드TBM의 거동과 유사한 결과를 보여주었다. 이 결과로부터 토압식 쉴드TBM 굴진시 지반 loss는 후드부 챔버에 발생되는 토압의 변화에 많이 의존되는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 시뮬레이션 장비 시스템은 토압식 쉴드TBM공사 전 operation parameter를 평가하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다양한 지반조건에서의 TBM operation에 관한 정보를 제공할 것이다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
• /
• pp.523-534
• /
• 2010

A hybrid system of soil-nailing and compression anchor is proposed in this paper; the system is composed of an anchor bar (installed at the tip) with two PC strands and a steel bar. After drilling a hole, installing proposed hybrid systems, and filling the hole with grouting material, prestress is applied to the anchor bar to restrict the deformation at the head and/or to prevent shallow slope failures. However, since the elongation rate of PC strand is much larger than that of steel bar, yield at the steel bar will occur much earlier than the PC strand. It means that the yield load of the hybrid system will be overestimated if we simply add yield loads of the two - anchor bar and PC strands. It might be needed to try to match the yielding time of the two materials by applying the prestress to the anchor bar. It means that the main purpose of applying prestress to the anchor bar should be two-fold: to restrict the deformation at the nail head; and more importantly, to maximize the design load of the hybrid system by utilizing load transfer mechanism that transfers the prestress applied at the tip to the head through anchor bar. In order to study the load transfer mechanism in a systematic way, in-situ pullout tests were performed with the following conditions: soil-nailing only; hybrid system with the variation of prestress stresses from 0kN to 196kN. It was found that the prestress applied to the anchor system will induce the compressive stress to the steel bar; it will result in decrease in the slope of load-displacement curve of the steel bar. Then, the elongation at which the steel bar will reach yield stress might become similar to that of PC strands. By taking advantage of prestress to match elongations at yield, the pullout design load of the hybrid system can be increased up to twice that of the soil-nailing system.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제32권12호
• /
• pp.23-32
• /
• 2016

본 연구에서는 각종 구조물 철거 시 발생하는 폐콘크리트를 파쇄 처리하여 발생한 순환골재를 각종 토공 및 보조기 층용에 재활용 시 발생할 수 있는 하중-변위 및 파쇄 특성을 분석하기 위해 단입자 파쇄실험을 실시하였다. 수화물과 골재로 구성된 75mm 이하의 순환골재를 40mm 크기(75-40mm 사이)와 20mm 크기(40-20mm 사이)의 골재로 나누어 실험하였다. 순환골재에 하중이 증가할 경우 단입자의 파쇄 거동은 불규칙한 표면이 가압판에 밀착되면서 초기에 표면이 파쇄되는 '표면파쇄(Surface crushing)', 표면파쇄 이후 골재와 수화물이 분리되는 소규모 부분적 파쇄와 균열이 반복적으로 발생하는 '수화물파쇄(Hydrate crushing)', 수화물파쇄가 단계적으로 반복되다가 최대하중에서 골재가 파쇄되면서 하중이 급격히 감소되는 취성파괴인 '골재파쇄(Aggregate crushing)'의 순서로 파쇄 사이클(crushing cycle)이 진행되었다. 한편, 하중이 지속적으로 증가함에 따라 이러한 파쇄 사이클은 수 차례 반복되는 경향을 보였다. 순환골재의 형상은 둥글거나 사각형에 가깝거나, 삼각형 또는 길쭉한 형태로 표면상태나 형상에 따라 파쇄 형상이 다르게 나타났다. 골재파쇄(최대 파쇄)에서 취성파괴로 하중이 감소되는 비율인 파쇄하중 감소율은 50% 이상인 경우는 63% 정도이며, 90% 이상인 경우도 15% 정도로 나타났다. 40mm 단입자는 최대하중 3.05~4.38kN 정도에서 대부분 파쇄되어 작은 입자로 분리되며, 세립화된 단입자 개수를 기준으로 20mm 이하의 분포비율은 약 70% 정도였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제18권5호
• /
• pp.55-60
• /
• 2017

우리나라는 제한된 국토 면적에 비해 인구 밀도가 높고 그에 따른 교통량 증가로 인한 효율적인 공간 이용의 필요성이 시급하다. 이를 위해 여러 가지 지하구조물의 건설이 증가하고 있으며 그 대표적인 것이 복층터널이다. 복층터널 내에는 상, 하부차도를 구분하는 중간슬래브가 있고 이러한 중간슬래브는 차량하중 및 지진하중에 의한 동적거동을 보이게 된다. 특히 지진에 의한 응답특성은 하중의 크기도 클뿐더러 작용 메커니즘이 매우 복잡하고 이론적인 접근이 쉽지 않아 실험적 연구가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 복층터널 중간슬래브 지지조건에 따른 지진 시 응답특성을 파악하기 위하여 실내 진동대 시험을 수행하였다. 이를 위하여 중간슬래브의 양쪽 지지단을 모두 고정, 한쪽 탄성지지, 양쪽 탄성지지의 3가지 경우로 나누어 각각 인공지진파 및 경주실지진파의 2가지 지진파를 적용하여 시험을 수행하였다. 그 결과, 양단 고정 조건에 비하여 양단 탄성지지 조건일 경우 가속도 응답이 인공지진파에서 최대 약 41%, 경주실지진파에서 최대 약 60% 감소함을 확인하였다.