• 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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.545-545
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• 2015

금호강은 포항시 북구 죽장면에서 발원하여 낙동강으로 합류하는 낙동강 제1지류로 유로연장은 114.6km이며, 영천과 경산지역의 생활 및 공업용수, 대구지역의 공업용수로 사용된다. 금호강의 평균 BOD는 1983년 191.2mg/L로 하수도나 산업폐수 처리 전 원수 정도의 수준이었으나, 2014년에는 3.6mg/L로 낮아져 수질개선율이 98.1%를 나타냈다. 이를 위해서 하 폐수 처리장 건설과 아울러 포항철강산업단지의 공업용수 공급을 위한 영천댐에 임하댐과 도수터널 52km를 연결하여 2001년부터 금호강에 하천유지용수로 $3.463m^3/s$를 공급하였다. 금호강 유역에서 오염총량제 목표수질은 금호B 지점이 BOD 3.8mg/L, TP 0.236mg/L이며, 금호C 지점은 BOD 4.0mg/L, TP 0.254mg/L이다. 분석기간인 2013년에서 2014년의 평균 수질은 모두 기준을 만족하고 있으나, 수질악화시에 금호B 지점에서 최대 BOD 8.6mg/L, TP 0.511mg/L, 금호C 지점에서 최대 BOD 8.5mg/L, TP 0.449mg/L을 나타내었다. 이에 영천댐의 탄력적인 유량방류로 수질악화시에 추가 방류를 수행하여 수질을 안정화시키고, 물공급의 안정화가 필요한 상황이다. 본 연구에서는 갈수기 및 이수기에 영천댐에서 하천유지용수보다 많은 유량을 탄력적으로 방류하는 가상조건을 설정하여, 하천유지유량과 목표수질을 만족하는 유량분석을 수행하였다. 이를 위해 QUALKO2 모형을 적용하였으며, 상류단 경계조건을 영천댐으로 설정하고 낙동강에 합류하기까지 약 86km 구간에 대해서 유량과 수질모의를 수행하였다. 모형적용을 위해서는 23개의 reach와 86개 element를 사용하였으며, 주요지류로는 신령천, 청통천, 부기천, 오목천, 남천, 동화천, 신천, 팔거천, 달서천, 이언천를 적용하고, 주요 하 폐수 처리시설을 점오염원으로 입력하였다. 실측자료는 2013년과 2014년의 월자료를 사용하였으며, 유량시나리오는 상류단 영천댐 방류량 조건을 반영하여, 실방류량 조건과 하천유지용수 방류조건, 유지용수 외 추가 25%, 50% 방류조건, 목표수질을 달성하는 방류조건으로 총 5가지의 시나리오를 수행하였다. 상류단 유량이 증가하면 금호강 전반적으로 수질이 개선되나 수질 악화시에는 과도한 방류량을 요구하게 되어, 수질 악화시를 위한 구조적 비구조적 대책도 필요한 상황으로 분석된다.

• 화약ㆍ발파
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• 제39권3호
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• pp.15-23
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• 2021

통기 수갱은 지하공간 개발시 분진 또는 매연 등을 제거하기 위해 광산과 터널에서 사용되는 통로이다. 광산에서는 통기 수갱 개발을 위해 10~20m 구간의 크라운필라 영역을 1회의 장공발파로 굴착하는 공법이 적용 가능하다. 이 경우 천공오차를 파악하기 위해 장약공을 완전히 천공하였을 때 장약공 하부가 구속되지 않으며, 또한 이는 폭약 장약과 발파효율을 떨어트리는 문제를 발생시킨다. 이는 장약공 하부에 전색을 사용함으로 장약공 하부를 전색하여 폭약 장약의 문제를 해결하고 발파효율을 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 ANSYS AUTODYN 2D SPH(Smooth particle hydrodynamics) 해석기법을 이용하여 장약공 직경(45, 76mm)과 다양한 전색장을 달리한 통기 수갱 발파 시뮬레이션을 실시하였다. 또한 발파에 따른 하부의 대괴 사이즈, 저항선을 확인하여 최적의 하부전색장을 도출하였다. 해석 결과 하부전색장 30cm 이하의 경우 발파효율이 저하되며, 발파효율을 높이기 위해서 30cm 이상의 전색장을 적용하여야 함을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.172-183
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• 2019

Hoek et al.(2002)이 개발한 일반화된 Hoek-Brown(GHB) 파괴기준식은 암반의 파괴응력 조건을 정의하는 비선형 함수이다. 관련 강도정수들은 GSI 지수값을 이용하여 체계적으로 결정된다. GSI 지수는 현장 암반의 상태를 정량화한 수치이므로 GHB 파괴기준식은 현장의 암반조건을 파괴기준식에 반영할 수 있는 실용적인 암반파괴함수이다. 대부분의 암반공학 기술자들이 선형 Mohr-Coulomb 파괴기준식에 익숙하며, 다수의 암반공학 소프트웨어들이 Mohr-Coulomb 식을 채택하고 있음을 고려하여 등가마찰각과 등가점착력 계산식이 GHB 파괴기준식 발표와 함께 제시되었다. 그러나 이 목적으로 제시된 등 가마찰각 및 등가점착력 계산식은 선형 최적화가 수행되는 최소주응력 범위의 하한 값을 암반의 인장강도로 고정시키고 있다. 따라서 해석영역에 인장응력이 분포하지 않은 경우 Hoek et al.(2002)의 제안식을 이용한 등가마찰각 및 등가점착력 산정결과는 정확성이 떨어질 수 있다. 이러한 기존 등가마찰각 및 등가점착력 산정수식의 단점을 극복하기 위하여 이 연구에서는 임의의 최소주응력 구간에 대해서도 최적 등가마찰각과 등가점착력을 계산할 수 있는 해석적 수식을 유도하고 결과식의 정확성을 검증하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제17권1호
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• pp.75-94
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• 2019

현재 고려되고 있는 단층 심지층처분장 개념은 부지 소요면적이 지나치게 크기 때문에, 처분밀도를 향상시키기 위한 다층 심지층처분장 개념이 제안되고 있다. 심부암반에 건설된 다층 심지층처분장 주위에 형성된 암반손상대가 심지층처분장의 온도 분포에 미치는 영향이 분석되었다. 다층 심지층처분장의 열해석에는 완충재, 뒤채움재 및 암반에서 일어나는 재포화 현상을 고려한 열-수리 모델이 사용되었다. 암반손상대의 존재는 심지층처분장의 온도 분포에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 손상대의 크기와 열전도도 저하 정도에 따라 복층 및 삼층 심지층처분장의 최고첨두온도를 각각 최대 $7^{\circ}C$와 $12^{\circ}C$까지 증가시킬 수 있다. 다층 심지층처분장의 첨두온도에 영향을 크게 미치는 인자는 암반손상대에서의 열전도도 저하이며, 처분공 주위에 형성된 암반손상대가 처분터널 주변에 형성된 암반손상대보다 첨두온도에 더 큰 영향을 미친다.

• 터널과지하공간
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• 제32권3호
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• pp.194-202
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• 2022

2000년대 이후 자원개발 분야에서는 안전성, 친환경 및 저비용 등의 이유로 ICT 기술을 적용한 사례들이 증가되고 있다. 국내에서도 제 2차 광업기본계획에서 광업 전주기와 ICT 융합에 대한 중요성을 명시하고, 제 3차 광업기본계획에서는 국내에 ICT 광산장비 보급 지원 및 스마트마이닝 시범 도입 등 ICT와 스마트 마이닝에 대해 강조하고 있다. 본 연구는 (주)고려시멘트 장성 광업소에서의 ICT 장비의 활용과 안전시스템 운용에 대해 설명하였다. 장성 광업소에서는 측량과 3D 스캐닝이 가능한 멀티스테이션과 핸드형 3D 스캐닝 등 두 종류의 3D 장비를 혼용하여 갱도의 3D 측량을 실시하고 있다. 3D 측량을 통해서 각 편별 위험 개소 및 특이사항을 파악하고, 편과 편 사이의 크라운 필라에 대한 안정성을 분석하였다. 또한, 실시간 위치추적 및 통신시스템을 구축하여 갱내 사고에 대한 구조방안 및 대피계획을 수립하고 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권11호
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• pp.55-64
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• 2006

터널과 같은 지하 공동 굴착을 위한 발파로 주변에 손상이 발생하였을 경우, 암반의 역학적 및 수리적 불안정성을 유발하기 때문에 암반의 최종손상영역의 예측은 매우 중요하다 그러나 복잡한 발파거동으로 인해 손상영역을 적절히 예측하는 데에는 상당한 어려움이 따르고 있다. 이러한 어려움을 효과적으로 해결하기 위해 발파하중을 응력파와 가스압으로 분리한 많은 연구가 진행되었다. 응력파는 발파공 주위에 분쇄환(crushing annulus)과 파쇄균열대(fracture zone)를 형성시키며, 상당시간 지속되는 준정적인 가스는 파쇄균열대의 닫힌 균열내부에 침투하여 균열을 다시 진행시키는 역할을 하게 된다. 즉, 가스압은 최종적으로 암반에 손상을 가하는데 기여를 한다. 따라서 본 논문은 이러한 가스압에 의해 생성되는 균열의 최종 진행 길이를 예측함으로써 발파로 인한 최종 손상영역을 간단하게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 균질한 무한 탄성평면에서 발파공 주위에 대칭으로 형성되는 방사균열을 모델로 사용하였다. 이 모델에서 균열이 진행할 수 있는 조건과 가스의 질량이 일정하다는 두 가지 조건을 사용하였다. 그 결과 응력확대계수는 균열이 진행할수록 감소하여 최종균열의 길이를 산정하였으며, 또한 발파공에 작용하는 압력도 감소하는 것을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제33권3호
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• pp.150-168
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• 2023

암석의 이방성 거동은 조암광물들의 방향성 배열과 미세균열의 분포 특성이 주된 원인이다. 특히, 퇴적암과 변성암은 횡등방성 강도 및 변형 특성을 또렷이 나타내는 경우가 많다. 그러므로 암석역학적 설계과정에서는 횡등방성 암석의 변형 및 파괴 특성을 정확하게 이해하는 것이 중요하다. 횡등방성 암석의 변형은 실내시험을 통해 측정할 수 있는 5개의 독립된 탄성정수를 이용하여 기술된다. 이 연구에서는 문헌에 보고된 실험자료를 이용하여 횡등방성 암석의 겉보기 탄성정수의 방향성 변화 특성을 분석하였다. 임의 방향으로 회전된 직각좌표계에서 겉보기 탄성정수 값을 효율적이고 체계적으로 계산하기 위해 Mehrabadi & Cowin의 구성방정식을 도입하였다. 문헌에 보고된 4개 횡등방성 암석을 선택하여 연약면의 방향 변화가 겉보기 탄성계수, 겉보기 전단 탄성계수, 겉보기 포아송비의 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 새로운 탄성정수 제약 조건식을 제안하였다. 제안한 제약 조건식을 만족하면 횡등방성 암석에서 겉보기 탄성정수의 방향성 변화는 직관적으로 예측되는 경향과 일치하게 된다.

• 터널과지하공간
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• 제33권3호
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• pp.189-207
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• 2023

In the present study, the thermoshearing experiment on a rough rock fracture were modeled using a three-dimensional grain-based distinct element model (GBDEM). The experiment was conducted by the Korea Institute of Construction Technology to investigate the progressive shear failure of fracture under the influence of thermal stress in a critical stress state. The numerical model employs an assembly of multiple polyhedral grains and their interfaces to represent the rock sample, and calculates the coupled thermo-mechanical behavior of the grains (blocks) and the interfaces (contacts) using 3DEC, a DEM code. The primary focus was on simulating the temperature evolution, generation of thermal stress, and shear and normal displacements of the fracture. Two fracture models, namely the mated fracture model and the unmated fracture model, were constructed based on the degree of surface matedness, and their respective behaviors were compared and analyzed. By leveraging the advantage of the DEM, the contact area between the fracture surfaces was continuously monitored during the simulation, enabling an examination of its influence on shear behavior. The numerical results demonstrated distinct differences depending on the degree of the surface matedness at the initial stage. In the mated fracture model, where the surfaces were in almost full contact, the characteristic stages of peak stress and residual stress commonly observed in shear behavior of natural rock joints were reasonably replicated, despite exhibiting discrepancies with the experimental results. The analysis of contact area variation over time confirmed that our numerical model effectively simulated the abrupt normal dilation and shear slip, stress softening phenomenon, and transition to the residual state that occur during the peak stress stage. The unmated fracture model, which closely resembled the experimental specimen, showed qualitative agreement with the experimental observations, including heat transfer characteristics, the progressive shear failure process induced by heating, and the increase in thermal stress. However, there were some mismatches between the numerical and experimental results regarding the onset of fracture slip and the magnitudes of fracture stress and displacement. This research was conducted as part of DECOVALEX-2023 Task G, and we expect the numerical model to be enhanced through continued collaboration with other research teams and validated in further studies.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권2D호
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• pp.153-161
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• 2010

지방정부의 도시계획은 지속적인 프로세스로 계획의 수립과 함께 끝나는 것이 아니고 의사결정, 검토와 평가단계를 거쳐서 지속적으로 바뀌는 것이다. 도시계획이 바뀌고 확정됨에 따라서 대규모의 도로를 기존에 수행되고 있던 도로와 연계하여 공사를 수행하게 되는 경우도 발생하게 된다. 이러한 경우에 기시공된 도로의 폭과 길의 확장, 추가적인 교량 및 터널의 건설, 그리고 인터체인지의 크기와 위치의 변경 등과 같은 요인들에 의하여 도로설계 및 시공에 많은 변화를 가져오게 된다. 과거에는 제한된 수와 제한된 공종에 한하여 도로 수탁공사가 수행되어 왔으나, 현재는 수행되는 수탁공사의 수도 증가하고 있으며, 대규모 복합공종을 위한 수탁공사가 이루어지고 있다. 그러나 수탁공사 수행을 위한 절차나 수탁공사 계약을 위한 가이드라인이 마련되어 있지 않다. 따라서 효과적인 도로 수탁공사를 수행하는데 어려움이 있다. 본 논문에서는 공사관련 서류들과 전문들의 면담을 통하여 수탁공사 수행을 위한 중요 고려요소를 파악하였고, 이 결과에 근거하여 수탁공사의 표준절차(안)과 수탁공사비 협의를 위한 가이드라인을 제시하였다. 또한 위탁기관이 부담해야 하는 비용에 관한 내용을 제시하였다.