• 터널과지하공간
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• 제9권2호
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• pp.149-157
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• 1999

불연속 변형 해석법(Discontinuous Deformation Analysis Method)은 1988년에 Shi에 의해 개발되었으며, 암반-구조물 상호작용 모델링에 매우 효율적인 해석법이다. 이 해석법에서 암반은 유한하고 변형가능한 블록으로 간주되며, 암반의 대변형 및 이동이 가능하다. 그 후, DDA 방법에 대한 여러가지 보완사례가 발표되었으나, 균열이 발달한 암반의 지표 또는 지중 굴착 모델링에 긴요한 지하수-암반블록 상호작용 모델링은 불가능하다. 본 논문에서는 암반 블록 사이의 수리 력학적 커플링을 고려하기 위한 새로운 방법이 제시된다. 또한, 이 방법이 보완된 새로운 DDA해석법의 적용 예가 제시된다. 본 연구결과 암반 균열 사이를 흐르는 지하수는 터널의 안정성에 나쁜 영향을 미친다는 사실이 확인되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권6호
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• pp.683-696
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• 2023

The destruction and fracture of rock masses are crucial components in engineering and there is an increasing demand for the study of the influence of rock mass heterogeneity on the safety of engineering projects. The numerical manifold method (NMM) has a unified solution format for continuous and discontinuous problems. In most NMM studies, material homogeneity has been assumed and despite this simplification, fracture mechanics remain complex and simulations are inefficient because of the complicated topology updating operations that are needed after crack propagation. These operations become computationally expensive especially in the cases of heterogeneous materials. In this study, a heterogeneous model algorithm based on stochastic theory was developed and introduced into the NMM. A new fracture algorithm was developed to simulate the rupture zone. The algorithm was validated for the examples of the four-point shear beam and semi-circular bend. Results show that the algorithm can efficiently simulate the rupture zone of heterogeneous rock masses. Heterogeneity has a powerful effect on the macroscopic failure characteristics and uniaxial compressive strength of rock masses. The peak strength of homogeneous material (with heterogeneity or standard deviation of 0) is 2.4 times that of heterogeneous material (with heterogeneity of 11.0). Moreover, the local distribution of parameter values can affect the configuration of rupture zones in rock masses. The local distribution also influences the peak value on the stress-strain curve and the residual strength. The post-peak stress-strain curve envelope from 60 random calculations can be used as an estimate of the strength of engineering rock masses.

• 터널과지하공간
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• 제1권2호
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• pp.181-203
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• 1991

The effects of geologic structures such as rock joins and bedding planes on the thermal conductivity of a discontinuous rock mass are studied. The expressions for the equivalent thermal conductivities of jointed rock masses are derived and found to be anisotropic. The degree of anisotropy depends primarily on the thermal properties contrast between the joint phase and surrounding intact rock, the joint density expressed as volume fraction and the inclination angle of the joint. Within the context of 2-dimensional finite element heat transfer scheme, the isotherms around a circular hole are analyzed for both the isotropic and anisotropic rock masses in 3 different thermal boundary conditions. i.e. temperature, heat flux and convection boundary conditions. The temperature in the stratified anisotripic rock mass is greatly influenced by the thermal properties of the rock formation in contact with the heat source. Using the excavation-temperature coupled elastic plastic finite element method, analyzed is the thermo-mechanical stability of a circular opening subjected to 10$0^{\circ}C$ at a depth of 527m. It is found that the thermal stress concentration was enough to deteriorate the stability and form a plastic yield zone around the opening, in contrast to the safety factor greater than 2 resulted form the excavation-only analysis.

• 지질공학
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• 제7권2호
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• pp.91-99
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• 1997

불연속성암반을 수치해석하는 방법으로 여러 가지 모델들이 제안되었다. 따라서 실제 구조물 설계에 적용함에 있어서 많은 혼란이 야기될 수도 있어 이들 모델들의 비교.검토에 대한 연구가 필요하게 되었다. 암반을 모델링하는 방법은 암석과 불연속면을 개별로 취급하는 방법과 의사연속체(疑似連續 )로 취급하는 등가연속체(等價連續 ) 모델링 등 크게 두가지로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 후자의 등가연속체 모델 즉 (1) 크랙텐서모델, (2) 등가체적 결손 모델, (3) 손상모델, (4) 미소구조모델 (병렬모델 및 직렬모델), (5) 규질화모델 등을 서로 비교하였다. 이들 모델 대부분은 주로 대표요소용적상에서의 불연속면에 기인한 변형율 및 응력장을 다루고 있었다. 마지막으로 크랙을 포함하는 세벤트몰타르 공시체를 사용한 실내시험 결과와 비교하므로서 이들 모델의 특성을 명확히 하였다.의 특성을 명확히 하였다.

• 터널과지하공간
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• 제3권1호
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• pp.63-79
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• 1993

The design of tunnels in rock masses often demands more informations on geologic features and rock mass properties than acquired by usual field survey and laboratory testings. In practice, the situation that a perfect set of geological and mechanical input data is given to geomechanics design engineer is rare, while the engineers are asked to achieve a high level of reliability in their design products. This study presents an artificial neural network which is developed to resolve the difficulties encountered in conventional design techniques, particulary the problem of deteriorating the confidence of existing numerical techniques such as the finite element, boundary element and distinct element methods due to the incomplete adn vague input data. The neural network has inferring capabilities to identify the possible failure modes, support requirements and its timing for underground openings, from previous case histories. Use of the neural network has resulted in a better estimate of the correlation between systems of rock mass classifications such as the RMR and Q systems. A back propagation learning algorithm together with a multi-layer network structure is adopted to enhance the inferential accuracy and efficiency of the neural network. A series of experiments comparing the results of the neural network with the actual field observations are performed to demonstrate the abilities of the artificial neural network as a new tunnel design assistance system.

• 지질공학
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• 제15권3호
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• pp.257-268
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• 2005

일반적으로 현지 암반은 강도의 변화가 심 한 다양한 불연속면들을 포함하여 불균질하고 불연속성 을 나타낸다. 절리, 단층, 균열, 층리와 같은 불연속면들은 암반의 강도와 변형특성을 좌우하는 중요한 요인이다. 결과적으로, 지하공동의 안정성은 무결암의 역학적 특성뿐만 아니 라, 공동의 기하학적 형상과 관련하여 불연속면들의 공간적 분포와 역학적 특성에 크게 영 향을 받는다. 따라서 지하심부의 응력 조건에서의 공동설계를 위해서는 불연속 암반의 거동에 대한 정확한 이해가 필수적이다. 암반역 학 분야의 발전에 의하여 등방성 암반에서 의지 하공동 설계를 위한 기준이 제시되고 있으나, 불연속성 암반의 변형 거동은 불명확성 이 여전히 존재한다. 본 연구에서는 연속체절 리모델을 적용하여 불연속성 암반내의 지하공동 주변의 소성영역의 크기, 응력분포 및 변형거동에 대하여 매개변수의 변화에 따른 영향을 고찰하였다. Mohr-Coulomb 파괴 이론에 의한 탄소성 유한차분법을 적용하였으며, 비조합 유동법칙과 완전소성 물질거 동을 가정하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권2호
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• pp.119-128
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• 2008

원형수직구의 경우 지형적인 요인과 지반의 불균질성으로 인하여 등분포의 대칭하중이 작용하는 경우보다는 비대칭의 편하중이 작용하는 경우가 많을 것으로 예상된다. 지금까지 지반조건에 따른 원형수직구 벽체에 작용하는 편하중 산정을 위한 정량적인 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 불연속암반의 불균질성을 고려한 불연속체 해석을 통하여 이방성 거동에 따른 원형수직구 벽체에 작용하는 편하중 분포특성을 분석하였다. 또한, 깊이에 따른 암반등급 및 초기응력이 편하중에 미치는 영향을 분석하였다. 검토 결과 절리특성에 따라 양호한 경암반에서는 25%이하의 편하중이 발생하는 것으로 분석되었으며, 수직구 깊이에 따른 암반등급의 영향을 검토한 결과 경암의 편하중비는 25%이하, 연암에서는 $30%{\sim}40%$로 나타났다. 또한, 풍화가 진행된 파쇄연암의 편하중비는 $40{\sim}50%$로 나타났다. 깊이 100m의 경암반에 대하여 초기응력을 나타내는 측압계수(Ko)를 변수로 한 불연속체 해석을 수행하였다. 해석 결과 측압계수가 2.0보다 작은 경우의 편하중비는 약 25%의 값을 나타내나 측압계수가 2.0보다 큰 경우에는 편하중비가 점차 증가하는 경향을 나타냈다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제3권2호
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• pp.3-12
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• 2001

본 논문은 절리암반 터널의 안정성 해석을 위한 2차원 개별요소모델링방법에 대한 개선방안을 제안하였다. 먼저, 절리군과 터널의 상대방위를 고려하여 터널단면상에서 불연속거동이 가능한 절리군을 구별하는 기준을 제시하였다. 이 기준에 따라 불연속거동이 가능한 절리군은 개별요소(암석블록)의 변이 되도록 하고 그 외 절리군은 암석블록의 탄성특성을 보정하는 방법을 제시하였다. 또한, 주어진 절리의 기하학적 특성에 대해서 절리의 방위편차와 유한길이를 고려한 복잡한 모델과 절리의 평균방위와 무한길이를 고려한 단순한 모델의 특성을 분석하였다. 그 결과, 후자의 모델이 일관성 있는 터널의 국부적 파괴양상과 명료한 암반의 불연속거동을 보여줌으로써 터널설계목적에 적절함을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제8권3호
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• pp.184-193
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• 1998

방사성 폐기물의 안전한 처분을 위해서는 암반의 역학적, 열적, 유체 거동 뿐 아니라 암반과 물 사이의 물리 화학적 상호작용을 이해할 필요가 있다. 또한 지질구조, 지하현지응력, 습곡, 열수작용, 마그마의 관입, 판구조 등과 같은 많은 조건을 모델링하고 예측하기 위해서는 암석의 역학적, 수리적 특성을 알아야 한다. 이 연구는 심부 암반에 폐기물 처분과 관련된 암석역학적인 사항들에 대해 연구들에 기초하고 있다. 이 논문은 변하는 온도 상태에서 암반의 역학적 수리적 거동, 암반의 열-수리-역학적 상호작용 해석과 불연속 암석의 거동 특성 등을 포함한다. 역학적 특성은 Interaken 암석역학 시험 시스템으로 측정되었으며, 수리적 특성에는 순간 증압 투수계수 측정 시스템이 사용되었다. 모든 결과에서 암석 특성은 온도 변화에 민감함을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.161-176
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• 1999

본 논문에서는 기존의 불연속 변형 해석(DDA) 방법에 대한 세가지 방향의 새로운 개선 방법들이 제시되었다. 이 개선 방법들은 암반 균열에서 암석 블록과 지하수 흐름의 수리-역학적 커플링, 연속적인 하중 재하 또는 제하, 그리고 록볼트, 숏크리트와 콘크리트 라이닝에 의한 보강으로 구성되었다. Shi (1988)와 Lin (1995)에 의한 기존 DDA 프로.그램은 이 방법들에 의하여 추가로 개선되었으며, 이 새로운 DDA프로그램에 대한 몇 가지 적용예들이 제시되었다. 또한, 경부고속철도 공사의 일부인 운주 터널의 지하굴착에 대한 시뮬레이션을 통하여 절리를 통한 지하수의 흐름, 굴착순서, 그리고 록볼트와 숏크리트에 의한 보강이 터널안정에 미치는 영향을 연구하였다. 그 결과 절리를 통한 지하수의 흐름과 부적절한 굴착순서는 터널의 안정성에 악영향을 미치나, 한편 록볼트와 숏크리트에 의한 보강은 터널을 안정화 시킨다는 사실을 밝혀냈었다. 그 결과 세가지 개선방법이 추가된 DDA프로그램은 지하구조물 설계에 있어서 유용한 해석방법으로 사용될 수 있다는 사실을 보여주었다.