• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.327-344
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• 2024

일반적인 터널 설계 및 해석 시 암반을 등방성으로 가정하나, 등방성 조건에서는 재료특성이 모든 방향에서 균일하므로 터널의 안정성이 높게 평가되는 경향이 있다. 그러나 실제 암반은 절리, 층리, 단층 등 불연속면이 존재하며 방향에 따라 재료의 특성이 다른 이방성 특징을 가진다. 이러한 암반의 이방성은 터널 굴착 시 발생하는 응력 분포에 큰 영향을 미쳐, 불균일한 터널 변형을 유발하고 손상 위험을 증가시키기 때문에 사전에 철저한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 암반의 이방성에 따라 굴착 과정에서 발생하는 막장면과 터널이 굴착된 후 수렴된 위치에서 발생하는 변형과 응력 변화에 초점을 두었다. 탄성계수의 비율(E₁/E₂)에 따른 이방성지수(I_E)와 경사각을 변수로 선정하여 3차원 수치해석을 수행하였다. 결과적으로 이방성 지수가 증가할수록 터널에서 발생하는 변위가 증가하고 응력집중 현상이 크게 발생하였으며, 경사면이 터널과 접하는 부분에서 최대 변위가 발생하고 전단응력이 가장 크게 발생하는 것을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권6호
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• pp.3052-3060
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• 2013

기존 구조물에 근접하여 터널을 계획 할 때 상부 토괴하중 및 근접 구조물의 작용하중에 따른 이완영역의 범위를 고려하여 구조물 설치 가능범위 및 터널의 보강패턴을 제시하는 안전영역이 제시되고 있다. 그러나 이 안전영역에 대해서는 기존 구조물과의 이격 거리와 하중 조건 등에 대한 규정이 명확하지 않고 지층조건, 근접 구조물의 위치 및 작용하중 조건 등에 따라 안전영역이 달라질 것이지만 이에 대한 이론적 검증이 없는 실정이다. 본 연구에서는 터널굴착을 파악하기 위해 인한 지반 및 구조물의 거동을 2차원 및 3차원 수치해석을 수행하였으며 근접 구조물의 위치, 지반변형계수의 변화에 따른 터널의 안전영역과의 상관관계 및 적정성을 평가하였다. 안전영역의 범위는 지반변형계수가 높을수록 크게 나타나고 있으며 재평가된 안전영역 다이아그램에서 제약조건 아래 시공 가능영역은 전단파괴선이 스프링라인 하부의 인버트 연장선에서 나타나 안전영역이 상당히 확대되는 것으로 나타나고 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제9권3호
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• pp.143-151
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• 1989

본 연구에서는 소성변형 이론에 근거한 무라야마의 침하 산정식에 탄성변형을 반영시켜 사질토층의 터널 굴착에 따른 지반침하를 보다 간편하고 정확하게 예측할 수 있는 식을 제안하였다. 국내외 터널현장의 계측자료들의 분석결과로부터, 사질토지반의 침하는 지반의 체적변화와 밀접한 관계를 갖고있어 터널의 단순한 기하학적 제원만으로는 해석이 불가능하다는 사실을 밝혔으며, 제안식의 구성요소인 전단대 폭, t값이 현장조건에서는 무라야마의 실험실 관측치보다 2~6배 정도 큰 값으로 나타남도 밝혔다. 본 제안식의 타당성을 검증하기 위하여 현장 실측결과와 무라야마 해석결과 및 탄소성 유한요소 해석결과 등과의 비교 분석을 수행하였으며, 그 결과 본 제안식에 의한 계산치는 탄소성 해석결과 및 실측치 등과 매우 근사한 값을 나타내며, 무라야마 방법은 실제 터널현장의 지반 침하량을 과소 평가함을 알 수 있었다.

• 지질공학
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• 제20권3호
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• pp.329-338
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• 2010

OO지역에 건설되는 경전철 노선은 경기편마암복합체 내 흑운모 편마암, 석영장석질편마암, 석회암 및 석회규산염암, 반상변정질편마암과 중생대에 이들을 관입한 반화강암이 분포하는 지역이다. 이 지역은 3차례 이상의 습곡작용을 받았으며, 첫 번째 변형작용(D1)은 습곡축면이 엽리면과 거의 평행한 등사습곡 내지 층간습곡이며, 두 번째 변형작용(D2)은 F1습곡이 재습곡작용을 받은, 습곡축면의 경사가 거의 수직인 폐쇄습곡이며 세 번째 변형작용(D3)은 이들 F1, F2습곡을 재습곡 시킨 개방습곡이다. 이 지역에는 서북서 방향의 곤지암단층이 지나는대, 이 단층은 단층파쇄대가 3 m정도이며 손상대는 약 10 m 이상이고 연장도 15 km로 추정하였다. 조사지역을 지나는 두개의 터널 중에서 AA터널 지역 시점 및 종점부 전체적으로 불연속면의 분포가 남쪽, 북서 및 남동쪽 방향으로 경사지는 비슷한 경향을 나타내고 있으며 AA터널의 굴진방향이 대략 남동-북서임을 고려할 때 시 종점부의 북서방향의 절리인 set3 그룹이 터널진행과 평행하기 때문에 불리한 상황이다. BB터 널은 굴진방향이 대략 시점부에서는 $100^{\circ}-280^{\circ}$ 그리고 종점부에서는 $125^{\circ}-305^{\circ}$임을 고려할 때 불연속면들이 터널굴착방향과 사교하기 때문에 터널굴착에 영향을 주지는 않음이 밝혀졌다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제14권2호
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• pp.107-126
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• 1998

터널굴착으로 발생되는 지반침하는 지상구조물의 변형을 유발할 수도 있으므로 터널굴착 전에 지상구조물의 안전성 평가가 요구된다. 이러한 변형에 대한 구조물의 안전성을 평가하기 위하여 본 연구에서는 터널현장의 지반침하를 예측하고, 이를 기반으로 지상구조물의 안정성 평가를 수행하는 전문가 시스템 NESASS(Neural Network Expert System for Adjacent Structure Safety analysis)를 개발하였다. NESASS는 인공신경망을 이용, 터널현장의 지반침하 계측자료로 작성된 데이터베이스 자료를 학습자료로 하여 학습을 수행하고, 이를 기반으로 터널현장의 지반침하 트라프를 추론한다. 또한 일반구조물의 안전성을 평가하는데 이용되고 있는 인자, 즉 각변형(angular distortion)과 처징비 (deflection ratio) 등을 이용하여 지상건물의 안전성을 평가함과 아울러 Dulacska의 균열평가 모델 을 이용하여 건물의 균열양상을 예측한다. 본 연구에서는 서울지하철 현장을 대상으로 113개 계측측선의 지반침하 계측자료를 수집 정리하고 지반침하의 주 영향인자들을 선정하여. 이들을 데이터베이스화하였다. 그리고 인공신경망 구조에 관련된 매개변수 연구를 수행하여 구축된 데이터베이스에 대한 최적 인공신경망 모델을 선정하였다. 또한 현장자료와의 비교를 통하여 NESASS의 지반침하 예측능력을 조사하고, 현장자료를 이용하여 지상구조물에 대한 안전성 평가의 신뢰성을 평가함으로써 NESASS의 실무 적용성을 확인 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권1호
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• pp.71-88
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• 2003

지하수 오염에 대한 광역적인 취약성 평가를 위한 DRASTIC 시스템은 미국 EPA에서 개발된 것으로서 지하수위, 충진률, 대수층매체, 토양매체, 지형경사, 비포화대매체, 수리전도도등 수리지질학적 요소들을 이용하여 지하수 오염 취약성을 상대적으로 평가하기 위한 표준화된 시스템으로 현재 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 GIS 기법을 활용하여 기본 DRASTIC 모델에 구조선 밀도, 토지이용, 터널굴착으로 인한 지하수위 저하의 영향을 추가한 변형된 DRASTIC 모델을 개발하고 ${\bigcirc}{\bigcirc}$지역의 터널굴착으로 인한 지하수 오염가능성을 평가하고자 하였다. 통계적인 분석을 위하여 각각의 인자별 벡터 레이어를 격자레이어로 전환하고 각 인자별 상관계수, 3방향의 주성분분석에 의한 공분산, 고유치, 고유벡터 등을 구하여 인자들의 상관관계를 비교 분석하였다. 또한, 일반적인 DRASTIC 레이어와 구조선 밀도 레이어, 토지이용 레이어, 터널굴착영향 레이어간의 상관계수를 각각 구하고, 이를 각각의 가중치로 적용하여 최종적인 변형된 DRASTIC 모델을 구축하고자 하였다. 변형된 DRASTIC 모델을 사용한 결과 일반적인 DRASTIC 모델에 비해 오염 가능지역이 많이 세분화되었고, 그 결과를 활용하여 오염가능성이 높은 취약지역을 구체적으로 구분할 수 있었다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제19권6호
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• pp.558-566
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• 2009

암석의 시간 의존적 거동은 기본적인 역학적 특성으로서 시간 의존적으로 거동을 분석하여 암반구조물의 파괴시간을 예측하는 것은 매우 중요하다. Voight가 제안한 재료 파괴 예측식($\ddot{\Omega}=A\dot{\Omega}^\alpha$, 여기서 $\Omega$는 변형률이나 변위와 같은 측정 가능한 물리량이고 A & $\alpha$는 상수이다)을 이용하여 터널, 사면 및 실내 크리프 시험으로부터 측정된 변위나 변형률로부터 파괴시간을 예측하고자 하였다. Voight식을 1차 및 2차 적분하여 구한 변위속도 및 변위식에 비선형최소자승법을 적용하여 A & $\alpha$를 구하였으며 이들 상수는 파괴시간을 예측하는데 사용되었다. 예측된 파괴시간은 실제 파괴시간과 잘 일치하는 것으로 나타났다. 크리프 변형률과 변형률속도에 선형역속도법을 적용하여 구한 예측 파괴시간은 변형률과 변형률속도를 이용하여 구한 파괴시간보다 오차가 큰 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제14권6호
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• pp.423-428
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• 2004

편의상 터널을 평면변형률조건으로 해석하는 경우가 많은데 이때 록볼트는 등가의 연속체로 가정하여 해석한다. 본 연구에서는 3차원해석과2차원 해석을 비교하여 현행의 2차원 해석이 타당한지를 평가하였다. 해석결과 불량한 지반에 대한 2차원 해석에서는 $10\%$ 이상의 변형 오차가 발생하여 3차원적 고려가 필요한 것으로 판단되었다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제13권2호
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• pp.169-184
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• 1997

Drucker-Prayer의 항복기준을 이용한 원형터널의 해석을 위하여 간략한 수치해석 기법이 유도되었다. 유도된 이론해를 근거로 컴퓨터 프로그램 FDAXP가 개발되었구 예제 해석을 통하여 프로그램의 신뢰도를 검증하여 만족한 결과를 얻었다. 소개된 프로그램 FDAXP는 깊은 터널과 쉽게 소성변형이 발생되는 지반 및 암반에서의 초기 터널해석에 손쉽게 적용될 수 있으며, 기존의 상용 프로그램들에서 Drunker-Prayer model을 검증하는데에 매우 유용하게 사용되리라 사료된다.