• 한국지반공학회논문집
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• 제24권7호
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• pp.25-36
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• 2008

평면변형률 시험기는 실제 지반의 파괴 거동을 보다 근사하게 모사할 수 있다는 장점 때문에 평면변형률 조건을 구현하려는 목적 외에도 흙의 국부적인 변형을 포함하는 전체적인 파괴거동을 관찰하기 위한 목적으로 활용되고 있다. 그러나 대부분의 평면변형률 시험은 시험기 제작과 시험 수행의 어려움 때문에 바닥판이 고정된 단부 구속하에서 수행되는 경우가 일반적이다. 최대 주응력 면의 단부 구속은 주응력 면에 추가적인 전단응력을 유발시켜 의도된 전단 거동을 저해하므로, 시험 결과가 실제 현장에서 발생하는 전단 거동과 다를 수 있다. 본 연구에서는 바닥판 구속을 제어할 수 있는 평면변형률 시험기를 이용하여 단부 구속 여부에 따른 두 가지 시험을 주문진 표준사에 대하여 수행하였다. 시료의 국부적인 변형을 포함하는 전체적인 거동을 측정하기 위해 외부 LVDT와 함께 디지털 이미지 코릴레이션 기법(DIC)을 적용하였다. 평면변형률 시험기의 투명한 측면판을 통하여 서로 다른 시간에 촬영된 두 개의 디지털 이미지를 본 기법으로 해석하여 응력-변형률 거동과 하중 증가에 따라 나타나는 시료 내부 모든 위치에서의 국부적 변형 거동을 파악하였다. 이로써 단부 구속 여부에 따라 발생하는 평면변형률 조건하에서 사질토의 파괴면 형성과 발달과정 그리고 변형 메커니즘을 규명하였다.

• 터널과지하공간
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• 제28권5호
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• pp.400-425
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2019 프로젝트 Task B의 연구결과와 현황을 소개하였다. Task B의 주제는 'Fault slip modelling'으로 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성(미끄러짐, 전단파괴)과 수리역학적 거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 그 목적이 있다. 1단계 연구는 참가팀들이 연구주제에 대해 숙지하고, 벤치마크 모델을 대상으로 단층의 투수특성과 역학적 거동의 상호작용을 모사할 수 있는 해석코드를 개발할 수 있도록 하는 준비 단계의 연구이다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 사용하여 물 주입으로 인한 단층의 수리역학적 연계거동을 모사하였다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 두 가지 수리간극모델에 대하여 수리역학적 커플링 관계식을 수치화하였으며, 연속체 요소(수리모델)와 인터페이스 요소(역학모델)의 거동을 연계할 수 있는 해석기법을 제시하였다. 또한, 단층의 역학적 변형(간극의 변화)으로 인한 수리물성 변화와 기하학적 변화(해석 메쉬의 변형)를 수리해석에 반영할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 다양한 압력의 물을 단계적으로 주입하고 이로 인해 유도되는 단층의 탄성거동 및 전단파괴(미끄러짐)에 대해 살펴보았으며, 수리간극의 변화 양상과 원인, 압력 분포와 주입율의 관계 등을 면밀히 검토하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 미끄러짐 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.47-51
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• 2017

본 논문에서는 공사현장의 지반 변형을 계측한 값을 바탕으로 지반의 물성 값을 재산정하는 "적응형 관리 기법"의 핵심인 역해석을 통한 물성 값의 최적화 알고리즘을 구현하였다. 적응형 관리 기법은 공사 중 모니터링을 통해 설계와 시공을 업데이트하는 프레임워크를 일컫는다. 최적화 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 실내시험과 가상의 굴착현장 두 경우에 대해 Hardening Soil 모델을 사용하여 전산해석을 실시하였다. 최적화 알고리즘을 적용할 구성모델의 입력변수는 복합민감도 값이 큰 입력변수를 선정하여 효율성을 고려하였다. 실내시험의 전산 해석은 비배수상태에서의 삼축압축시험과 삼축인장시험에 대해 시료의 파괴까지 수행하였다. 실제 시카고 연약 점성토로 수행한 삼축시험 결과인 전단응력-변형률과 과잉간극수압-변형률 관계를 관측 값으로 사용하였다. Hardening Soil 모델에 대하여, 관측 값을 가장 잘 모사할 수 있는 물성 값을 산정하기 위해 최적화 알고리즘을 적용하였다. 알고리즘을 적용한 결과, 관측 값을 잘 모사할 수 있는 물성 값을 성공적으로 찾을 수 있었다. 가상의 굴착현장에서는 삼축시험으로부터 산정한 지반의 물성 값을 현장의 대표 물성 값으로 가정하였고, 이때의 굴착 지지벽체의 수평 변위를 주요 관측 값으로 사용하였다. 다양한 초기 물성 값을 사용하여 전산해석을 수행하였고, 이 결과에 최적화 알고리즘을 적용하면 전산해석 결과가 현장 계측 값으로 수렴하는지 평가하였다. 최적화 알고리즘을 적용한 결과, 현장 계측 값으로 전산해석 결과 값이 거의 동일하게 일치함을 확인할 수 있었다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제23권1호
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• pp.1-12
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• 2020

섭입 및 열개와 같이 대변형을 수반하는 지구동역학적 현상 발생은 암석권의 국지적인 약대의 발달이 필요하다. 이러한 약화 기작 중 하나인 전단열은 암석권의 온도를 국부적으로 높여 강도를 낮추는 역할을 하여 암석권 파괴를 촉진시킬 수 있다. 본 연구에서는 전단열에 대한 정량적인 분석을 위하여 2차원 탄소성 인장 분지 모형을 제작하여 기존 수치 모사 연구를 벤치마크하였다. 암석권의 항복강도, 인장 속도, 변형량- 및 온도-의존성 약화 현상 등을 조절하여 전단열 발생량에 미치는 영향을 분석하였다. 실험 결과, 약화를 고려하지 않은 경우 전단열의 발생량은 암석권의 항복강도 및 인장 속도와 양의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 기준 모형인 항복강도 100 MPa, 인장 속도 2 cm/yr로 설정된 경우, 총 20 km 인장된 시점(0.025의 변형률)에서 ~ 50 K의 온도 상승을 보여주었다. 소성 변형 및 온도에 따른 약화가 포함된 경우에는, 더 효율적인 약화 기작이 더 강한 전단열의 생성으로 이어지는데 이러한 현상은 약화 기작과 전단열 발생 사이에 양성되먹임이 작용함을 지시한다. 또한 변형 초기에 급격한 전단열 발생량을 보여주지만, 변형이 지속되어 암석권의 강도가 약화되면 전단열 발생 속도가 최대 ~ 80% 감소했다. 이는 약화 기작이 포함된 경우 전단열은 비교적 손상되지 않은 상태인 암석권의 강도에 큰 영향을 미침을 시사한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.604-613
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• 2018

전 세계적으로 철도의 노후화 및 고속화 등으로 인한 열차탈선사고가 증가하고 있으며, 그로인한 인적 물적 피해가 증가하고 있는 실정이다. 특히 철도교량의 경우에는 가드레일 또는 방호벽 등을 설치하고 있으나, 이는 탈선열차차량(train body level)이 방호벽과 충돌함으로써 열차의 탈선운동을 억제하여 정지시키는데 목적이 있다. 이와 같은 차량에 의한 탈선방호는 인명피해 위험성 및 2차 피해발생 가능성이 높다. 그러므로 본 연구에서는 주행레일 사이에 일탈방호시설물(DCP, Derailment Containment Provision)을 설치하여, 차륜 또는 차축(wheel/bogie level)에서 탈선열차를 방호할 수 있는 시설물을 개발하였다. 또한, 기존 철도교량의 일탈방호성능을 확보할 수 있도록 DCP의 급속시공이 가능하도록 설계하였으며, 방호벽에 작용하는 충돌하중과 급곡선부에서의 관성력을 감소시킴으로써 일탈된 열차가 교량 밖으로의 전도 낙하방지 및 반대편 선로의 침입하는 것을 최소화 하고자 하였다. 본 논문에서는 LS-Dyna을 이용하여, 설계한 DCP의 열차 충돌위치 및 콘크리트 궤도 접합조건에 따른 거동에 대하여 해석적으로 변수연구를 수행하였다. 특히 접합조건은 접합재료의 물성치에 따라 끊어짐을 모사하는 Tiebreak contact과 완전 부착되었다고 가정하는 Perfect bond contact으로 나눠 해석적으로 검토하였다. DCP의 변위, 앵커 및 콘크리트의 응력, 변형률을 확인한 결과 Tiebreak contact이 실제 충돌하중에 대한 거동을 보다 유사하게 모사하는 것으로 판단하였다. 또한, 충돌위치에 따른 변위는 접합구간에서 가장 큰 변형이 발생하였으며, DCP 블록의 중앙에 충돌이 가해질 경우, 충돌하중이 가해지는 DCP 배면에서 휨 파괴가 발생하였다. 본 연구에서 수행한 충돌해석은 실제 충돌실험의 어려움에 의해 사전적으로 해석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 DCP 앵커 설계변경은 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권7호
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• pp.25-37
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• 2022

본 논문에서는 연약지반개량을 위해 활용되고 있는 모래다짐말뚝 공법의 개선을 위해 개발된 입도조정골재 다짐말뚝의 구근 형성 및 품질을 평가하고자 다짐말뚝 시공을 모사하는 축소모형실험 시스템을 개발하고 일련의 실험을 수행하였다. 현재 모래다짐말뚝 공법의 경우 모래의 공급 부족으로 인해 경제성이 하락하였고, 쇄석다짐말뚝 공법은 해상 초연약점토지반에 시공 시 구근의 팽창 파괴로 인한 불균일한 구근과 퍼짐 현상 발생으로 해상 연약지반 적용에 한계가 있어왔다. 구근의 균일한 형성은 다짐말뚝의 지지력에 큰 영향을 미치나, 현재까지 구근 형성에 대한 연구사례는 전무하다. 따라서, 본 연구에서는 다짐말뚝 구근이 시공되는 절차를 모사하여 구근 형성 메커니즘을 규명하고, 기존 다짐말뚝 공법을 개선하는 입도조정골재의 품질 평가를 목표로 하였다. 본 연구에서는 다짐말뚝 재료와 지반 강도를 매개변수로 하여 4차례 실험을 수행하였다. 다짐말뚝 재료는 입도조정골재와 모래를 비교·분석하였다. 실험결과, 입도조정골재 다짐말뚝의 구근은 모래다짐말뚝과 유사한 품질로 나타났으며, 입도조정골재 다짐말뚝의 지지력이 모래다짐말뚝 보다 향상되는 것을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제33권1호
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• pp.57-69
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• 2023

본 연구에서는 2차원 수리-역학적연계 개별요소모델링(DEM)을 사용하여 네델란드 그로닝엔(Groningen) 천연가스전 저류층의 유발지진을 모사하였다. 수치해석 코드는 ITASCA社의 상용프로그램인 PFC2D (Particle Flow Code 2D)를 사용하였으며 본 수치해석 연구에 적용하기 위해 수리-역학적 연계 모델 외 1) 비균질 저류층 압력분포 초기화, 2) 비선형 압력-시간이력 경계조건, 3) 국소 응력 분포 계산 등의 개별모듈을 추가개발, 적용하였다. 그로닝엔 가스전에 분포하는 복잡한 단층 형상을 포함하는 40 × 50 km² 크기의 2차원 모델을 생성하였고, 1960년부터 2020년까지 약 60년 동안의 가스생산, 즉 압 력저하로 인한 단층의 파괴거동을 모사하였다. 유발지진의 시공간적 발생을 수치해석모델로 재현하였고 그 발생 메커니즘을 규명하였다. 또한 저류층 압축으로부터 지표에서의 지반침하의 분포를 예측하였고 그로닝엔에서의 실측자료 사이에 유사성을 확인할 수 있었다. 이를 통해 본 연구에서 소개한 2차원 수리-역학적연계 개별요소모델링(DEM)의 복잡한 지질조건과 수리-역학적 연계 프로세스에 의한 단층거동을 구현할 수 있는 툴(tool)로서의 활용성을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6A호
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• pp.861-872
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• 2008

콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브는 좋은 내구성과 심한 부식환경에서 견딜 수 있는 높은 화학적인 저항성으로 인해서 해양구조물에서 종종 사용된다. 이 연구는 원형 콘크리트충전 유리섬유 복합소재 튜브에 대한 다양한 실험을 수행하고 결과를 분석한다. 유리섬유 직포 수적층, 필라멘트 와인딩 적층을 압축을 받는 관의 바깥 튜브로 사용하는 경우에 고려해야 하는 몇 가지 측면을 실험 분석한다. 이 연구의 목적은 다음과 같다: (1) 유리섬유 층의 필라멘트 와인딩 각도의 효율성 검증 (2) GFRP 적층수가 강도 및 최고 변형률에 미치는 영향 평가 (3) 단부 재하조건이 구속효과 및 파괴양상에 미치는 영향 파악, 그리고 (4) 구속 상태에서 콘크리트의 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 제시이다. 세 가지 서로 다른 종류의 섬유 구성이 사용되었다: 직포층, ${\pm}45^{\circ}$ 필라멘트 와인딩 층, 그리고 ${\pm}85^{\circ}$ 필라멘트 와인딩 층. 각 층은 독립적으로 혹은 복합적으로 함께 사용되었다. 시편의 비 및 지름이 서로 다른 경우도 실험하였다. 총 27개의 GFRP 튜브 시편을 이용해서 인장 실험을 수행하였고, 66개의 콘크리트충전 GFRP튜브 시편을 이용해서 압축 실험을 수행하고 결과를 분석하였다. 구속상태의 콘크리트 응력-변형률 거동을 모사하는 해석적인 모델 및 영향계수를 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.191-208
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• 2024

본 연구에서는 방사성폐기물 처분구조물의 안전성 및 건전성 평가를 위해 손상연동 수리-역학 복합 거동 해석 모델을 개발하였다. 콘크리트나 암반과 같은 취성재료의 파괴 모사에 널리 사용되는 Mazars 손상 모델을 선정하여 수리-역학 해석에 연동하였고, 예제 및 정해를 기반으로 개발된 해석 모델을 검증하였다. 개발된 해석 모델의 손상 입력 인자를 도출하기 위해 처분구조물 콘크리트 배합비로 제작한 시료를 대상으로 건조/포화 양생 조건에서 일축압축강도 및 간접인장강도 시험을 수행하였다. 실내 시험을 통해 도출한 입력 인자는 경주 월성 원자력 환경관리센터의 동굴처분 콘크리트 사일로를 모사한 2차원 유한요소해석에 적용하여 손상 고려 유무, 해석 기법 및 폐기물 하중 재하 조건에 따른 영향을 분석하였다. 연구를 통해 개발된 수리-역학-손상 모델은 향후 고준위 방사성폐기물 처분을 위한 심층처분장의 장기 거동 및 안정성 해석에 적용할 계획이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.59-67
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• 2005

본 논문은 모래다짐말뚝의 대체재로 제강슬래그를 다짐말뚝으로 사용하여 그에 따른 지반공학적 거동을 조사하기 위하여 원심모형 실험을 수행한 실험적 수치적 연구 결과이다. 제강슬래그의 상대밀도를 변화시킨 원심모형실험을 수행하여 그의 지지력 변화, 말뚝과 점토지반 사이의 응력분담비, 침하특성, 파괴메카니즘에 대하여 조사하였다. 원심모형실험결과, 슬래그다짐말뚝의 상대밀도가 증가할수록 지지력이 증가함을 확인하였으며 동일조건의 모래다짐말뚝 보다 약 $30\%$ 정도 항복하중강도가 크게 나타나 모래 대체 재료로서 효과가 있을 것으로 나타났다. 또한, 슬래그다짐말뚝의 상대밀도가 증가할수록 응력분담비는 증가하였으며 재하시험후 활동선 관찰결과 말뚝상부로 부터 $2D{\sim}2.5D$ 깊이에서 말뚝의 명료한 전단면이 발생하였다. 한편, 수정 Cam-clay 모델을 사용한 상용프로그램 CRISP을 이용하여 원심모형실험결과를 모사하였다. 하중-침하 곡선과 응력분담비의 특성에 대한 해석결과는 실험결과와 비교적 근접하였다.