• 지질공학
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• 제25권2호
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• pp.237-250
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• 2015

지진 시에 지하구조물은 지상구조물보다 더욱 안전한 것으로 간주되어 왔으나, 1995년 고베지진 시 발생한 지하철터널의 피해 이후 지하구조물의 피해 사례가 점점 증가하고 있다. 본 논문에서는 풍화토로 되메움한 개착식 터널과 주변 지반의 지진 시 거동을 Mohr-Coulomb모델을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 지반의 측면 경계조건, 인장강도, 최대지진가속도에 따른 개착식 터널과 주변 지반의 변위 및 터널 라이닝에 작용하는 응력을 예측하였다. 지반의 측면 경계조건(자유장 경계조건과 일반 경계조건)과 주변 지반의 인장강도의 변화에 따라 계산된 변위와 응력은 상당한 차이를 나타냈다. 좌우경계조건이 자유장 조건인 경우에는 지반의 잔류변형이 거의 발생하지 않았으나, 구속된 일반 조건인 경우에는 지진으로 인한 주변 및 기초 지반의 융기로 인한 잔류변형이 크게 발생하였다. 하지만 주변 및 기초 지반의 인장강도를 점착력의 100%로 가정하였을 경우 개착식 터널은 측면 경계조건이나 입력된 최대가속도에 관계없이 잔류변위는 1 cm 이내로 무시할 수준이다. 뿐만 아니라, 최대변위 발생 시 및 최종 단계에서 터널 라이닝에서 발생하는 응력은 모두 허용응력 이내이므로 안전한 것으로 판단된다. 동적 수치해석에서는 주변 지리적 조건을 고려하여 적절한 경계조건을 설정하고 인장강도와 같은 지반의 물성치를 정확하게 구하는 것이 매우 중요한 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권6C호
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• pp.321-329
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• 2009

국내 암석의 일축응력상태와 삼축응력상태의 한계변형률 특성을 연구하고자 국내에 분포하는 6종류의 암석을 대상으로 실내 일축 및 삼축압축시험을 실시하였다. 일축압축실험에 의한 일축압축강도는 대부분 1~100MPa의 범위이었고, 한계변형률도 0.1~1.0%에 위치하여 전반적으로 Sakurai(1982)가 제시한 상 하부 경계선 내에 분포하였다. 그리고 암석의 파괴/한계변형률의 비(${\varepsilon}_f/{\varepsilon}_0$)는 일축강도에 따라 1.0~1.8의 범위로 모두 1.0 이상 나타났다. 삼축압축실험에 의한 한계변형률은 모든 암석에서 0.8%이하로 일축압축실험에서의 최대 한계변형률 1.0% 보다 작은 값을 보였으며, 일축 및 삼축압축실험로부터 산정된 값은 거의 대부분의 암석시료에서 1.0~8.0정도의 범위였다. 본 연구를 통하여 삼축응력상태인 암반의 파괴변형률(${\varepsilon}_{f3}$)은 일축응력상태의 파괴변형률(${\varepsilon}_{f1}$)에 비하여 1.0~8.0배 정도 크고, ${\varepsilon}_{f1}$은 일축응력상태의 한계변형률(${\varepsilon}_{01}$)보다 1.0~1.8배정도 크게 나타나 암반터널 변위계측에 의한 안정성 기준치를 일축강도에 따른 한계변형률(${\varepsilon}_{01}$)로 규정하는 것은 안정측 관리기준이 되는 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.375-392
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• 2018

쉴드 TBM 공법은 터널의 변형을 최소화할 수 있는 공법으로 도심지 얕은 터널 공사에 적합한 공법이다. 하지만 이러한 쉴드 TBM 공법의 장점에도 불구하고 침하가 발생하며, 토피가 낮은 지반에서 쉴드 TBM 굴진 중 침하에 대한 대책은 여전히 주요 쟁점사항 중 하나로 남아있다. 쉴드 TBM 공법에서 테일 보이드는 불가피하게 발생하는 공간으로 테일 보이드의 변형은 침하의 주요 원인이 된다. 이러한 테일 보이드의 변형은 뒤채움 그라우팅을 통해 제어되며, 이를 통해 침하를 억제하거나 회복시킬 수 있다고 여겨지고 있다. 하지만 실제 뒤채움 그라우팅을 통한 침하 회복은 기대하기 어려우며 특히 사질토에서 두드러진다. 이는 뒤채움 그라우팅과 사질토 지반 사이의 상호작용에 기인한 것으로 유추할 수 있다. 본 연구에서는 3차원 수치해석을 통해 사질토 지반에서 뒤채움 그라우팅이 지반거동에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 해석결과, 뒤채움 그라우팅은 침하증가율을 감소시켜 쉴드 TBM 굴진으로 인하 침하를 감소시키나, 그라우팅 이전에 발생한 침하를 회복시키지는 못하는 것으로 나타났다. 이는 뒤채움 그라우팅으로 인해 감소된 체적손실의 지표침하 감소 효과를 지반 내 체적변형이 상쇄하기 때문인 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제18권6호
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• pp.465-479
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• 2008

저심도 터널 굴착시 예상되는 암반 거동을 정량적으로 파악하기 위해 계층 분석적 의사결정 방법과 암반 공학 시스템 방법을 적용하여 암반 거동 지수를 산정하였다. 복잡하고 조직화되지 않은 암반 거동을 효과적으로 결정하기 위해 쌍대 비교 매트릭스를 이용하는 계층 분석적 의사결정 방법과 상호 영향 매트릭스를 이용하는 암반 공학 시스템 방법을 적용하였고, 전문가 의견의 불확실성을 극복하고자 퍼지 델파이 방법을 적용하였다. 저심도 암반 터널 굴착 시 예상되는 암반 거동 유형으로 소성 변형, 낙반과 낙석을 제시하였다. 각각의 암반 거동 유형을 결정하기 위해 일축압축강도, 암질 지수와 절리 조건을 포함하는 암반 내생적 매개변수, 응력, 지하수와 지진 조건을 포함하는 암반 외생적 매개변수와 굴착 매개변수를 고하였다. 이를 서울 지하철 O호선 O공구 설계에 적용하여 예상되는 암반 거동 유형을 정량적인 암반 거동 지수로 제시하였다.

• 문화기술의 융합
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• 제6권2호
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• pp.503-508
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• 2020

본 연구는 운행선 지하철 노선에 인접하여 신축되는 구조물 건설을 위한 굴착공사가 계획됨에 따라 실제 시공 시 운행선 지하철 구조물의 구조적 안정을 평가하고자 도시철도 터널 및 궤도모델을 적용한 3차원 정밀수치해석을 수행하였다. 철거되는 기존 구조물 및 운용중인 지하철에 대한 초기 조건을 구현하고 굴착에 대한 입체적인 영향 평가를 수행하였다. 본 연구에서는 과업구간의 굴착 길이(약 110m)보다 더 넓은 영역(170m)을 수치해석 모델로 설정하여 횡방향 뿐만 아니라 종방향에 대한 구조물의 안정성을 평가하였다. 연구결과, 비교적 굴착 심도와 면적이 넓은 대형굴착공사인 대상 현장의 경우 시공단계별 지하철 터널구조물의 변형수준은 관련기준을 만족하는 것으로 나타났으며 굴착공사 중심부를 기준으로 지하철 구조물의 변형도 크게 발생되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권4호
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• pp.323-336
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• 2003

최근 얕은 심도를 가지는 연약한 지반에서의 터널 굴착이 요구됨에 따라 터널보강공법의 변화가 필요하게 되었다. 본 연구에서는 불량한 지반을 대상으로 한 도심지 터널에서 일반적으로 무시되는 전방 코어의 변형을 제어할 수 있는 막장 수펑보강의 효율성을 평가함으로서 터널의 안정성 향상 방안을 제시하고자 한다. 즉, 막장전방의 체계적인 사전보강으로 막장자체의 안정성을 향상시키며, 부수적으로 최종 천단변위 및 지표침하와 같은 지반거동을 억제할 수 있다. 막장의 수평보강 방법을 적용한 3차원 수치해석을 이용하여 지반조건 및 보강 조건에 따른 터널 거동 변화를 산정할 수 있었다. 결과적으로, 막장 수평보강후 막장 압출변위는 크게 줄어들며, 막장전방에 대한 보강공법과 병행할 경우 그 효과가 증가되었다. 특히, 불량한 지반일 수록 막장보강에 의한 지반거동 억제효과가 크게 나타나게 된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제4권4호
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• pp.333-342
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• 2002

최근 들어 전세계적으로 지진발생빈도가 높아지고 있고 개착식 터널과 같이 설치 심도가 낮고 개착한 부분 즉, 구조물 인접 주변을 뒤채움해야 하는 지중구조물의 경우 지진동에 의한 피해가 상당히 발생하는 것으로 보고되고 있다. 우리나라의 경우도 1990년대 이후 꾸준히 지진발생빈도가 증가하는 경향을 나타내고 있지만 지중구조물에 대한 내진설계기준에 대한 연구가 부족한 편이다. 따라서, 본 연구에서는 지진동 발생시 개착식 터널 주변 뒤채움 및 상부 성토재료 특성에 따라 터널에 미치는 동적거동을 분석하기 위하여 토사와 경량재료인 EPS블럭을 적용, 각각의 대하여 뒤채움 경사별 및 성토고에 따른 진동대 시험을 수행하여 개착식 터널의 내진성능 효율성 분석하였다. 지진동에 의한 발생 변형율 및 터널에 발생되는 휨응력 분석결과 EPS블럭과 같은 경량재료를 혼용하는 것이 내진성능을 향상시키는데 효과적인 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권3호
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• pp.215-231
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• 2011

본 논문에서는 연직 불연속면을 포함하는 지반에서 얕은 심도 2-arch 터널 굴착에 따른 거동특성을 실험적으로 연구하였으며, 2-arch 터널 굴착에 따른 필러부 하중전이 특성을 관찰하였다. 연직 불연속면의 위치를 변화시키고, 2-arch터널 시공단계별로 모형실험을 수행하였다. 실험결과, 2-arch 터널 굴착에 따른 이완하중이 불연속면이 위치한 곳에 집중되었고, 불연속면에 차단되어 불연속면을 넘어서까지 하중이 전이되지는 않았다. 또한 인접한 터널의 하반을 굴착할 때보다 상반을 굴착할 때에 필러부와 지반변형에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.191-192
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• 2010

높은 유전상수를 가지는 터널 장벽물질 들은 플래쉬메모리 및 나노 부유게이트 메모리 소자에서 터널의 두께 및 밴드갭 구조의 변형을 통하여 단일층의 $SiO_2$ 터널장벽에 비하여 동작속도를 향상시키고 누설전류를 줄이며 전하보존 특성을 높여줄 수 있다.[1-3] 본 연구에서는 $Al_2O_3/HfO/Al_2O_3$구조의 고 유전체 터널장벽을 사용하여 $WSi_2$ 나노입자를 가지게 되는 metal-oxide-semiconductor(MOS)구조의 커패시터를 제작하여 전기적인 특성을 확인하였다. p형 (100) Si기판 위에 $Al_2O_3/HfO/Al_2O_3$ (AHA)의 터널장벽구조를 원자층 단일 증착법을 이용하여 $350^{\circ}C$에서 각각 2 nm/1 nm/3 nm 두께로 증착시킨 다음, $WSi_2$ 나노입자를 제작하기 위하여 얇은 $WSi_2$ 박막을 마그네트론 스퍼터링법으로 3 - 4 nm의 두께로 증착시켰다. 그 후 $N_2$분위기에서 급속열처리 장치로 $900^{\circ}C$에서 1분간의 열처리과정을 통하여 AHA로 이루어진 터널 장벽위에 $WSi_2$ 나노입자들이 형성할 수 있었다. 그리고 초 고진공 마그네트론 스퍼터링장치로 $SiO_2$ 컨트롤 절연막을 20 nm 증착하고, 마지막으로 열 증기로 200 nm의 알루미늄 게이트 전극을 증착하여 소자를 완성하였다. 그림 1은 AHA 터널장벽을 이용한 $WSi_2$ 나노 부유게이트 커패시터 구조의 1-MHz 전기용량-전압 특성을 보여준다. 여기서, ${\pm}3\;V$에서 ${\pm}9\;V$까지 게이트전압을 점차적으로 증가시켰을 때 메모리창은 최대 4.6 V로 나타났다. 따라서 AHA의 고 유전체 터널층을 가지는 $WSi_2$ 나노입자 커패시터 구조가 차세대 비 휘발성 메모리로서 충분히 사용가능함을 보였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.321-328
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• 2009

기존 터널에 근접하여 절리암반 굴착시 사면의 적절한 보강방법 및 시기는 굴착사면과 터널과의 근접도, 굴착사면 경사는 물론 절리상황에 의해 영향을 받자만 현재까지는 경험적으로 결정되고 있다. 본 연구에서는 터널에 근접하여 절리암반 지반을 굴착시 굴착단계에 따른 굴착사변에서의 하중전이 특성과 터널거동과의 상관관계를 분석하기 위하여 절리각도와 굴착사면 경사를 영향인자로 한 대형 모형시험을 실시하였다. 시험결과, 터널변형은 터널 천정부 또는 바닥부에 근접한 절리면 굴착시 가장 크게 발생을 하였으며, 사면과 터널의 안정성은 굴착사면의 경사와 관련하여 굴착단계에 따라 변화하였다. 향후 본 연구결과를 활용하여 절리암반에서의 터널과 사면의 보강방안을 도출하고자 한다.