• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.959-972
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• 2017

발파진동 안정성 평가는 일반적으로 발파 진동추정식을 통해 최대진동속도(PPV)를 산정하고 추정된 속도 값과 법규 혹은 기준에 제시된 허용 기준 값을 비교하여 안정성 여부를 판단한다. 현장 고유의 발파 진동추정식은 시험 발파의 횟수, 대상지반의 지질학적 구조와 발파 조건에 따라 달라지기 때문에 이 식을 통해 정확한 응답 값을 예측하는 것은 한계가 있다. 또한 최대진동속도는 지반에 예상되는 응답 값으로 구조물에 대한 직접적인 평가는 불가능하다. 이와 같은 한계점으로 인해 발파 진동에 대한 구조물의 정밀한 안정성을 평가할 경우 엔지니어들은 상용화된 수치해석 프로그램을 이용한다. 하지만 폭발로 인해 발생하는 발파공 주변 암반의 복합적인 상태변화(파쇄, 분쇄, 균열, 소성변형)를 기존 수치해석 프로그램으로 정확히 모델링 하기가 쉽지 않다. 만약 이러한 일련의 과정을 모사할 경우 절점 수의 제한으로 인해 모델링이 가능한 범위가 한정적이고 긴 연산시간이 소요된다. 따라서, 본 연구에서는 폭발로 발생하는 암반의 복합적 상태변화 과정을 모사하지 않고 파쇄영역 이후 탄성에너지 전파만을 모사하는 해석 방법에 대한 연구를 수행하였으며, 이때 파쇄영역의 형상 및 크기에 따른 속도의 응답특성을 분석하였다. 그 결과 폭원 주변에서는 설정되는 파쇄영역에 따라 계산된 속도의 크기 및 감쇠에 차이를 보였다. 전파되는 진동은 폭원으로부터 멀어질수록 구형으로 확산되는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권12호
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• pp.5-13
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• 2021

기존의 뜬구조공법의 문제점을 개선하여 지하층 리모델링, 증축 시 안정성 확보와 공사비 절감이 가능한 공법을 개발하기 위하여 일반적인 마이크로파일에 비해 경제적이고 안정성 높은 확장형 강관말뚝을 개발하였다. 확장형 강관말뚝은 지중에서 강관을 확장하여 강관의 성능을 향상하는 공법으로 본 논문에서는 확장형 강관말뚝의 강관 형상에 따른 좌굴강도의 변화를 파악하고, 수치해석 모델을 개발하여 강관확장으로 인한 요철부의 턱효과를 규명하고, 재료시험을 통하여 최적 강관 확관량을 산정하였다. 강관의 확장 직경이 클수록 확관 턱 개수가 많을수록 좌굴강도가 커짐을 알 수 있었으며, 수치해석 결과에 따르면 확관률보다 확관 턱 개수가 좌굴강도에 큰 영향을 미침을 알 수 있었으며, 확관률는 1.2배 이상일 때, 확관 턱 개수는 증가할수록 좌굴강도 증가 효과가 크게 발생함을 알 수 있었다. 또한, 확장 각도가 45° 이하이고, 확관률이 1.3배 이상일 때 요철부의 턱효과가 크게 발생하는 것을 알 수 있었다. 강관이 파단되는 항복 시, 신율은 20~32%로 평균 25.4% 수준으로 확인되어 그 이상 변형은 강관의 성능을 발휘할 수 없었다. 재료시험을 통해 강관의 성능을 발휘하기 위한 최대 확관량은 항복 시 최저값으로 확인된 신율 20%에 안전측 80%를 고려하여 16%로 제한하는 것이 바람직한 것으로 분석되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.182-192
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• 2023

본 연구에서는 동적 횡하중을 받는 조적 담장의 내진성능 향상을 위한 ECC(Engineered Cementitious Composite) 자켓의 효과를 실험적으로 검증하였다. 첫째로, 임팩트 해머 시험을 통해 비보강과 ECC로 보강된 조적 담장의 고유진동수와 모드 감쇠비, 변형 형상을 식별하여, 940mm의 비보강 조적담장과 970mm의 ECC 보강 담장이 각각 6.4, 35.3Hz의 고유진동수와 7.0, 5.3%의 감쇠비를 가지는 것을 확인하였다. 둘째로, 진동대를 사용하여 면외방향에 대한 지진파 실험을 수행하였고, El Centro(1940) 지진파를 25%부터 300%까지 스케일링하여 적용하였다. 비보강 조적담장의 경우, 50% 지진하중에서 벽돌과 줄눈 경계에 휨균열이 발생하였고, 다시 30%로 스케일링된 지반운동에서 면외방향으로 전도파괴되었다. 반면에 ECC로 보강된 조적담장은 300%의 지진하중에서도 균열이나 손상 없이 강건한 성능을 유지하였다. 마지막으로, 25~300%의 지반운동에 의한 비보강과 ECC 보강 조적담장의 밑면전단력과 설계기준에 따른 밑면전단력을 비교 및 평가하였다. 그 결과, 재현주기 1,000년의 지진에 대해 비보강 조적담장이 붕괴될 위험이 있는 데 반해, ECC 보강 담장은 4,800년 주기의 지진에도 안전한 것으로 추정되었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.1-10
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• 2014

본 연구에서는 준설토 주입 후 튜브 내부 준설토의 퇴적분포가 튜브 형상에 미치는 영향을 분석하기 위해 준설토 주입실험 결과를 바탕으로 튜브 내 준설토의 퇴적분포와 튜브 거동에 대해 소개하였다. 튜브 내 준설토의 퇴적분포를 관찰하기 위해 투명 비닐소재를 사용하여 튜브를 제작하였고, 이때 튜브의 직경(D)은 0.5m와 0.7m이고 길이(L)는 모두 4.0m이다. 주입형태에 따른 튜브 내 준설토의 퇴적분포 형태를 관찰하기 위해 준설토 주입형태는 I-Type과 T-Type을 적용하였다. 실험은 주입, 침강 및 퇴적 후에 준설토 상부의 물을 배수과정에서 제거하고 슬러리 상태의 시료를 재주입하는 과정을 반복하여 수행하였고, 주입 및 배수 단계에서 튜브 내 준설토의 퇴적분포와 튜브의 연직 및 수평 거동을 관찰하였다. 주입실험 결과 I-Type 주입의 경우 크레이터 형성에 의한 부유 및 확산퇴적이 동시에 발생되는 분리퇴적에 의해 비균질 거동을 나타내고, T-Type 주입은 확산수평퇴적으로 인하여 퇴적 튜브 내 준설토가 균등하게 분포하는 것으로 나타났으며, 비배수 초기 연직충진비($H/D_0$)는 0.54~0.64 정도이고 수평변형비($W/D_0$)는 1.45~1.54로 퇴적고는 준설토 충진에 비례하여 증가하나 수평변형비는 일정하거나 감소하면서 튜브체의 중심은 상향이동 되고 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.133-149
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• 2021

본 논문은 터널 굴착 시 굴착면의 안정성 확보를 위해 매우 활발히 적용되고 있는 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 실제 현장의 계측결과를 이용하여 연구한 결과를 수록하였다. 계측방법은 12 m의 강관에 형상변위계와 변형률계를 부착하여 실제 터널면에 보강을 시행한 다음 강관의 변형과 응력의 계측값을 분석하여 거동 특성을 파악하였으며, 6 m마다 강관이 중첩되는 것을 고려하여 7 m 굴착 시까지의 계측결과를 활용하였다. 또한, 허용응력이 다른 강관(SGT275와 SGT550)을 적용하여 강도차이에 따른 강관 보강재의 거동 특성도 확인하였다. 굴착면에 강관을 설치하고 최초 1 m 굴착 후 다음 굴착이 진행되기 전까지 7시간 동안의 강관 거동을 분석한 결과 굴착 이완하중에 따른 아칭효과로 응력이 재분배되는 거동 특성을 확인할 수 있었다. 1 m씩 굴착됨에 따라 3차원적인 이완하중의 응력분배로 인해 굴착된 구간은 4~6 m 굴착 시 가장 큰 변형을 나타내었다. 이러한 계측을 통해 굴착 전방지반의 설치된 강관에도 변형과 응력이 발생되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, SGT275강관(항복강도 275 MPa)과 SGT550강관(항복강도 550 MPa)의 거동을 비교한 결과 변형량의 차이는 최대 18배, 응력은 최대 12배 정도 차이가 발생되어 강도가 큰 강관일수록 이완하중에 대응이 유리한 것으로 나타났다. 본 논문에서는 실제 터널 굴착에 따른 강관의 계측결과를 이용하여 이완하중의 아칭효과에 대응하는 강관 보강 그라우팅의 거동 메커니즘을 확인할 수 있었고, 그 결과를 본 논문에 수록하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6C호
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• pp.285-293
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• 2012

표면장력에 의한 겉보기 점착력은 적절한 함수비를 가지고 있는 흙의 경우 생성되며 지반의 강도를 증가시킨다. 본 연구의 목적은 온도에 따라 변화하는 표면장력이 전단파 속도에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 표면장력의 발생 유무를 조절하기 위하여 모래-실트 혼합토를 이용하여 포화도가 다른 아홉 가지의 시료 (0%, 2.5%, 5%, 10%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%)를 조성하였다. 전단파 속도를 측정하기 위해 나일론 재질의 셀을 제작하였으며 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 크로스 홀 형상으로 부착하였다. 시료의 온도가 $15^{\circ}C$에서 $1^{\circ}C$까지 변화하는 동안 포화도가 다른 각 시료의 전단파 신호를 연속적으로 측정하였다. 실험결과, 포화도 0%인 시료와 포화도 100%인 시료는 온도변화에 의한 전단파 속도 변화가 미비하였으나, 표면장력이 발생하기에 적절한 포화도를 가진 시료는 온도가 감소함에 따라 전단파 속도는 증가하였다. 또한 완전 포화된 시료를 $70^{\circ}C$에서 건조시키면서 포화도에 따른 전단파 속도를 측정한 시료의 경우, $15^{\circ}C$에서 측정된 시료의 전단파 속도보다 더 낮은 전단파 속도가 측정되었다. 본 연구는 특정한 포화도에서 온도변화에 따라 전단파 속도가 변화하는 원인을 실험을 통해 분석하였으며, 미소변형구간에서의 전단탄성계수 측정과 같은 실내 및 현장실험 시, 온도를 동시에 평가해야 함을 보여준다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.205-212
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• 2018

본 연구에서는 상용 해석프로그램에서 구현하기에 어려움이 있는 지반공학적 문제를 해결하기 위한 쉽고 직관적인 해석 프로그램 개발의 일환으로 계산의 정확도가 상대적으로 높은 요소를 채택한 유한요소법을 정식화 하고 해석과정을 프로그램화 하였다. 개발된 프로그램의 계산과정에 있어서의 신뢰성 확인을 위해 두 가지 예에 대한 해석을 수행하고 결과분석을 해 보았는데 첫 번째 예는 등방구속압이 요소에 작용하는 경우이고 나머지 예는 전단응력이 요소의 측면에 작용하는 경우이다. 유한요소를 구성하는 요소로는 등매개변수 사변형 요소를 채택하였는데 요소내의 변위는 요소의 절점변위와 형상함수로 표현된다. 전체좌표(global coordinate)에 의한 미분계수로 표현되는 변형률을 얻기 위해 자코비언과 자연좌표(natural coordinate)를 이용하는 계산과정을 코딩하였다. 요소의 강성행렬을 정의하는 이중적분식을 수치적분으로 변환시키기 위해 4점 가우스 구적법을 적용하였다. 개발된 프로그램의 계산과정 검증을 위해 등방구속압이 작용하는 요소에 대한 해석을 수행한 결과 요소내의 네 개의 가우스점과 요소 중앙에 대해 계산된 응력값이 등방구속압과 일치됨을 알 수 있었다. 개발된 프로그램의 계산과정 검증을 위해 전단응력이 작용하는 요소에 대한 해석을 수행한 결과 요소내에 발생되는 횡방향응력 및 연직응력이 위치에 따라 변화됨을 알 수 있었으며 외력에 대한 발생응력의 크기 및 분포양상이 합리적임을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.93-113
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• 2019

최근 개착식 터널공법으로 널리 사용되고 있는 프리캐스트 라이닝 아치 구조물에 대하여 현장 계측과 수치해석 결과를 비교하여 3힌지 프리캐스트 아치 구조물의 거동을 분석하였다. 현장 계측결과, 천단부에서 가장 큰 연직변위가 측정되었으며 초기에는 상방향으로 변위가 발생하다가 뒤채움 흙이 천단부보다 높아지면서 하방향으로 변위가 발생하였다. 천단부는 최종적으로 원 위치로부터 상방향 19 mm에서 변위가 수렴하였다. 측벽부 최대 수평변위 지점에서의 수평변위는 아치상단까지 뒤채움시 터널 내측으로 발생하여 두 지점간의 수평거리가 줄어들다가, 상부 성토가 진행될수록 수평변위는 감소하여 원래 위치로 이동하였다. 프리캐스트 아치구조물에 대한 변위 분석결과, 지반-구조물의 상호작용을 잘 관찰할 수 있었으며 따라서 기존의 강성구조물과 비교하여 경제적인 설계가 가능할 것으로 기대된다. Duncan 모델을 사용한 유한요소 해석결과를 현장 변위 계측값과 변위 형상 등과 비교하면 유사한 결과를 나타내었다. 수치해석 결과에 의한 측벽부의 수평토압계수는 터널 좌측부는 0.4, 우측부는 0.7에서 수렴하여, 편토압이 발생하는 현장상황 및 현장 변위 계측 결과와도 일치하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.71-83
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• 2009

숏크리트는 터널에서 적용되는 요요한 주지보재이다. 숏크리트의 품질평가는 터널의 안전한 시공과 효과적인 운영을 위한 핵심 요소이다. 숏크리트가 암반에 적절히 타설되었다 하더라도, 막장 및 벤치부에서의 발파, 수축, 지반의 변형 등으로 인해 숏크리트 균열발생 및 배면공동 등의 문제를 야기한다. 본 논문에서는 비파괴 시험인 충격 반항 기법(Impact-Echo) 및 지하레이다 탐사(GPR)를 이용하여 경임에 타설된 숏크리트 배면의 접착상태를 평가하고자 하였다. 기존의 수치해석 연구에 대한 검증과 더불어 현장 적용성에 대한 검토를 위해 실험적 연구를 수행하였다. 숏크리트의 접착상태는 완전 접착, 접착력 상실 및 공동 조건으로 구분할 수 있다. 실내 실대형 시험체에 이 세 가지 숏크리트 접착상태를 조사하였다. 충격반향시험으로부터 획득된 신호는 시간영역, 주파수 영역, 및 시간-주파수 영역에서 각각 분석되었다. 능동적 신호 처리 기법인 Short-Time Fourier Transform(STFT)을 이용하여 숏크리트 배면의 접착상태를 효과적으로 예측할 수 있었으며, 그 결과는 기존의 수치해석 연구로부터 획득한 신호특성과 잘 부합하였다. 숏크리트 배면의 접착상태가 불량할수록 다음과 같은 특징들을 나타낸다. 즉, 주파수 영역에서 자기스펙트럼밀도가 커지며, 기하학적 감쇠비는 감소하고, 시간-주파수 영역에서 윤곽선은 시간축에 평행한 형상을 나타내며, 숏크리트 두께가 얇을수록 그 공진시간이 길어진다. 또한 본 연구에서 제시한 상관계수를 이용하여 숏크리트의 접착상태를 정량적으로 평가할 수 있다. 본 연구 결과를 바탕으로 숏크리트의 접착상태를 평가할 수 있는 평가 기법 및 평가 기준을 제안하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권5호
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• pp.374-384
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• 2021

본 논문에서는 암석시료의 CT 촬영 이미지상의 균열을 자동으로 탐지하는 새로운 인공지능 딥러닝 기법을 제안한다. 본 제안 기법은 2단계 딥러닝 객체인식 알고르즘인 Faster R-CNN을 기반으로 회전 가능한 경계박스(bounding box) 개념을 도입하여 알고리즘을 개조하였다. 회전 경계박스의 도입은 관심 균열 영역 밖의 배경의 불균질성 및 균열의 크기와 형태에 영향을 받는 딥러닝 객체인식기법 상의 고유한 어려움을 극복하기 위한 핵심 역할을 한다. 본 회전형 경계박스의 사용은 일반적으로 사용되는 영상 수평축과 평행한 경계박스 사용의 경우와 비교하여 긴 형태의 균열 형상 특성에 매우 잘 부합된다. 즉, 좋지않은 영향을 끼치는 경계박스 내 균열 이외 배경영역의 비율을 최소화 시킬 수 있다. 이외에도, 회전 경계박스의 추가적인 이점은 인식된 균열의 방향에 따라 회전하여 추론되는 경계박스를 통해 균열의 방향과 길이에 대한 정보를 직접적으로 얻을 수 있다. 본 제안기법의 적용성을 검증하기 위하여, 이미지상에서 매우 불균질한 화강암 시료에 인공적으로 균열을 발생시킨 다수의 암석시료 영상을 딥러닝 학습에 사용하고 추론 성능 실험을 진행하였다. 그 외에도, 동일 조건에서 사암과 셰일 암석 시료에도 적용하여 검증하였다. 결론적으로, 제안된 기법을 통해 균열 객체 인식의 평균 추론정확도(mAP)값이 0.89 정도 수준의 우수한 추론 성능을 보였으며, 기존 기법에 비해 추론된 경계박스 내 균열과 배경 영역의 비율 측면에서 배경의 비율이 획기적으로 최소화되는 유리한 추론 검증 결과를 보였다.