• 터널과지하공간
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• 제14권3호
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• pp.215-228
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• 2004

지하암반의 변형은 단층, 절리 등의 불연속면을 따라 발생하므로 불연속면의 역학적 특성과 공간적인 분포형태는 구조물의 안정성에 근 영향을 미친다. 한편 연약암반에 높은 응력이 작용하는 경우에는 불연속면뿐만 아니라 무결암에서의 변형이 구조물의 안정성에 영향을 줄 수 있다. 이 연구에서는 암반구조물의 안정성 해석을 위하여 무결암과 절리, 그리고 록볼트를 점소성(visco-plastic) 재료로 가정하고, 연속체 개념을 적용하여 유변학적 모델(Rheological model)에 기초한 2차원 점소성 유한요소 프로그램을 개발하였다. 무결암 모델, 절리암반 모델, 록볼트로 보강된 절리암반 모델의 분석을 통하여 개발된 프로그램을 검증하였고, 각각의 모델에서 무결암의 해석 조건(탄성/점소성)에 따른 변위의 차이를 알아보았다. 연약암반에 높은 응력이 작용할 때, 무결암을 탄성으로 해석한 경우보다 점소성으로 해석한 경우에서 지하구조물의 변위가 더 크게 나타났다. 따라서 연약암반 내 지하구조물의 안정성 해석을 위해서는 절리와 록볼트 뿐만 아니라 무결암에 대해서도 점소성 모델을 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.

• 터널과지하공간
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• 제14권3호
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• pp.167-174
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• 2004

본보는 2003년도에 국제 학술지에 수록된 논문을 국내의 전문가들에게 소개하는 기술보고서이다. 본 연구에서 취성파괴를 보이는 암석에 대하여 시간의존성의 중요성을 설명하는 파괴역학적 모텔이 개발되었다. 균열면을 따라 형성된 신선한 구간인 암석 브리지의 파괴규명으로 불연속면의 점착강도가 감소하는 모델이 설정 되었다. 특히 임계조건 이전에 발생하는 균열성장을 사용하여 파괴역학적 모델을 개발하였는데, 이로부터 시간과 점착강도의 관계를 독립된 수식으로 표현하였다. 예로서 평면파괴가 예상되는 암석 블록에 대한 분석이 이루어 졌다. 절리면의 점착강도는 연속적으로 감소하는 것으로 밝혀줬는데, 초기에는 아주 점진적이며 그 후에는 급격하다. 그러다가 어느 시점에서는 감소된 점착강도는 사면의 불안정과 붕괴를 야기한다. 두 번째 예에서는 몇몇 물질 상수들이 분산을 가진다고 가정하였다. 여기에서는 확률론적으로 사면의 안정성이 분석되었는데 사면의 파괴확률을 시간의 함수로 예견할 수 있다. 시간이 경과함에 따라 사면의 파괴확률은 점점 증가하여 초기에 5% 수준에서 100년 후에는 40% 이상으로 증가한다. 이러한 예제들은 지하구조물이 비록 비교적 단기목적이라 하더라도 불연속면을 갖는 암반의 시간의존성 거동을 예측할 수 있음을 보여 주었다.

• 터널과지하공간
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• 제24권1호
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• pp.67-80
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• 2014

본 연구에서는 임계하균열성장 변수를 구하기 위해 제안된 Wilkins의 시험법을 압열인장시험과 결합하여 화강암의 인장강도, Mode I 파괴인성과 임계하균열성장지수를 동시에 구하였으며 이를 사용하여 암석의 장기거동을 평가하였다. 또한 내부압력을 받는 압축공기저장(CAES) 공동에 대한 장기안정성을 수치해석코드인 FRACOD를 사용하여 해석하였다. 시험 결과 화강암의 임계하균열성장지수(n)는 29.39로 결정되었으며 5 ~ 6 MPa의 내압은 저장공동의 장기안정성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 시험 과정에서 측정한 미소파괴음을 분석한 결과 암석내의 미소균열 생성 및 전파에 따른 암석의 손상을 정량적으로 기술할 수 있었다. 만약, 실내와 동일한 조건으로 현장에서 AE 모니터링을 수행할 경우 AE 모니터링을 통해서 하중을 받는 암석의 현재 상태를 정량적으로 평가하는 것이 가능할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제27권6호
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• pp.343-350
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• 2017

최근 도심지 지상공간의 포화로 전세계적으로 지하공간개발이 활발히 진행되고 있으며, 지상 및 지하구조물에 인접하여 굴착이 많이 이루어지고 있다. 굴착공사 중 시공 부주의나 시공기술 미흡, 지하수 유출, 급격한 지층의 변화, 토류 시스템 구성품의 문제 등으로 인해 각종 지반함몰 사고가 발생하여 사회적 이슈로 부각되고 있다. 국가적으로 이를 대응하기 위하여 도심지 지하 시설물에 대한 예방중심의 선제적 재난 재해 관리 및 신속 복구 시스템 구축을 추진 중에 있다. 본 연구에서는 굴착공사 시 지반 내부적인 변화 요소(지하수위 변화, 지하매설물 손상 등)와 외부적인 변화요소(차량하중, 지진, 지반굴착 등)를 고려한 지하안전 확보를 위한 기술개발 동향에 대하여 자료를 수집하였다. 지반거동 해석 및 지반함몰 평가기술과 지반함몰 예방을 위한 안전한 굴착 및 보강기술, 지반함몰 발생시 긴급복구 기술의 개선 및 국내 자립화가 요구되고 있는 가운데 현재 도심지 굴착공사시 지반함몰 예방을 위한 기술개발 현황에 대하여 소개하고자 한다. 현재 연구가 진행되고 있는 부분도 있으나 크게 분류하여 예측/평가기술, 복합탐사기술, 차수보강기술, 긴급복구기술, 굴착기술의 5개 분야로 설명하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.439-455
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• 2019

완충재는 심지층 고준위 방사성 폐기물 저장소의 주요 구성 요소이다. 벤토나이트는 높은 열전도율과 낮은 수리투과성의 특성으로 완충재의 핵심 구성 요소로 다수의 국가에서 채택되었다. 심층 처분은 지하수 유입을 일으키고 이는 완충재 및 뒷채움재의 팽윤압을 초래한다. 완충재에서 발생하는 고압의 팽윤압은 처분용기에 영향을 줄 수 있기에 정밀한 완충재의 팽윤압 예측은 안전한 처분 시스템 구축에 있어서 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 MX-80 벤토나이트의 수리역학적 거동에 대한 팽윤압 예측 모델을 세우고, 그 결과를 토대로 민감도 분석을 시행하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.306-319
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• 2020

사용후핵연료의 심층처분 사업에서는 처분장 주변 모암의 수리역학적 성능을 저하시키는 굴착손상영역의 특성화가 중요하다. 이에 DECOVALEX-2019 프로젝트의 Task G에서는 균열암반 수치해석 모델을 구축한 후 암반 주변의 굴착손상영역의 수리역학적 거동을 모사하고, 구축한 모델로 처분장의 운영 시에 장기적으로 야기될 수 있는 추가적인 수리학적 변화를 관찰하였다. 과업의 첫 번째 단계에서는 2차원 균열암반 모델을 구축하여 수치해석 기법의 특성을 파악하고, 두 번째 단계에서는 3차원 균열암반 모델로 확장 후 스웨덴 애스푀 지하연구시설(Äspö Hard Rock Laboratory) 내 TAS04 간섭시험 결과와 비교하여 수치해석 모델을 검증한 후, 세 번째 단계에서는 열과 빙하 하중에 의한 영향을 반영하여 균열암반의 수리역학적 반응을 순차적으로 확인하였다. 과업의 전 과정에서 유한요소법과 개별요소법으로 균열암반에서의 수리역학적 분석을 수행하였으며, 균열의 기하학적 특성을 반영 및 굴착손상영역을 반영하는 과정에서 각 수치해석 기법에 따라 다양한 접근방법으로 고려하였다. 따라서 본 연구는 향후 결정질 균열암반에 사용후핵연료 처분장을 계획할 시 수치해석 단계에서 채택될 수 있는 다양한 접근 방법과 고려해야 할 사항들을 제시할 수 있을 것으로 전망한다.

• 터널과지하공간
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• 제27권3호
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• pp.146-160
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• 2017

세계 각국에서는 지구온난화 완화를 위한 이산화탄소 지중저장에 대한 관심이 높다. 본 연구에서는 이산화탄소 지중저장에 따른 수리-역학적 복합거동 해석을 위해 TOUGH2 와 FLAC3D 를 결합하고 이를 노르웨이 슬라이프너 프로젝트에 적용하였다. 수리-역학 해석에서는 공극압에 의한 현지응력의 변화를 고려하였으며 주입공 상부의 덮개암의 투수계수 변화에 따른 수리-역학적 영향을 분석하였다. 일정 속도로 이산화탄소를 주입하는 경우, 주입정에에서의 압력 및 포화도 변화, 암반에서의 포화도 변화, 시간과 위치에 따른 암반에서의 최대주응력 및 최소주응력의 변화, 주입 후 수직변위 및 수평변위의 변화를 파악할 수 있었다. 최대주응력은 주입초기에 빠르게 상승한 후 서서히 낮아지다가 초기 응력보다 높은 값으로 수렴하는 경향을 보였으며 최소주응력은 초기에 빠르게 증가하다가 초기값으로 복귀하는 경향을 보였다. 주입이 진행됨에 따라 지표에서는 융기가 점진적으로 발생하며 주입 후 2년이 경과한 시점에서 최대 15 mm 의 수직변위가 발생하였다. 덮개암의 투수계수를 $3e-15m^2{\sim}3e-18m^2$ 까지 변화시키면서 해석을 실시한 결과, 주입초기에는 투수계수에 반비례하여 주입공 압력과 지표면 융기가 증가하였다.

• 터널과지하공간
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• 제15권2호
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• pp.157-167
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• 2005

암반 내 작용하는 초기응력은 굴착되는 공동의 안정성이나 파괴 거동을 평가하는데 요구되는 주요 매개변수들 중의 하나이며 그 중요성은 암반 구조물의 시공 심도가 깊어지고 단면 규모가 커질수록 증가하게 된다. 이 논문에서는 경기육괴의 동북부에 위치한 춘천-양구 산악지역의 초기응력 분포 특성을 파악하기 위한 연구를 수행하였다. 현장 초기응력 측정은 연구지역내 9개 개별 시추공을 대상으로 심도 220m\~290m 구간의 49개소에서 시행되었다. 모든 수압파쇄 균열 조사는 초음파 주사검층을 이용하여 수행하였다. 연구 결과 조사지역 내에서 분포 암종의 차이에 따라 서로 상이한 분포 특성을 나타내는 초기응력장이 관찰되었고 특히 심도 200 m 이상의 관입 화강암체내에는 3.0에 가까운 측압계수를 가지는 높은 수준의 과잉 수평응력장이 형성되어 있는 것으로 분석되었다. 그리고 조사지역내에서 초기응력 조건에 의한 취성파괴 가능성을 평가한 결과 화강암 분포 지역내 심도 100 m이상인 영역에서는 굴착된 암반 구조물 주변에서 취성파괴의 가능성이 있는 것으로 분석되었다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.475-490
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• 2010

L 석회석 광산에서 폐석 덤핑 투하 지점이 놓인 위치에 따라 폐석층 또는 암반층에 따라 구분하고 총11개의 폐석 적치장중 7개소를 대상으로 사면안정해석을 수행하였다. 폐석층에 대해서는 Bishop 법을 이용한 원호파괴 해석과 유한요소법을 적용하였으며, 암반층은 평사투영법에 의해 잠재적인 파괴 가능성을 분석하고 한계평형법 해석에 의해 안전율을 산정하였다. 또한 암반사면의 전체적인 거동을 파악하기 위해 유한요소법을 적용하였다. 이 때 유한요소법으로 사면의 안정성을 안전율로 표시하기 위하여 강도감소법을 이용하였다. 안정 해석결과 폐석층 사면은 D 지역에서, 그리고 암반층의 경우 F와 G 지역에서 사면의 안정성 확보가 곤란한 것으로 평가되었으며, 아울러 폐석 적치장의 해석결과를 토대로 안정성을 확보하기 위한 방안을 제시하였다. 즉, D 지역의 사면은 파괴 활동면을 벗어난 지역에서 덤핑 후 도져에 의해 Push하는 방안이 필요하며, F와 G지역은 단층대 발달이 없는 지역으로 덤핑-투하 지점을 이동하여 적치하는 방안을 추천하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.197-213
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• 2019

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다.