• 한국지반공학회논문집
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• 제25권2호
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• pp.55-66
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• 2009

경상북도 포항시 동해면 석리지역의 국도변에 위치한 이암으로 구성된 사면에서 실제로 발생한 사면붕괴 사례를 중심으로 이암사면의 강우유형에 따른 침투해석을 시행하여 강우가 사면에 미치는 안정성 분석에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위하여 붕괴가 발생한 사면을 대상으로 정밀지표조사, 지구물리탐사 및 시추조사를 수행한 후 상세 지층상태를 분석하고, 붕괴 활동면이 위치하는 구간에 대하여 slaking/swelling시험을 통해 내구성이 저하되는 것을 파악하고, 현장투수시험을 통해 토층별 투수성을 파악하였다. 또한 한계평형해석 프로그램인 Talren 97을 이용하여 역해석에 의한 강도정수의 변화분석 및 Slope/W 프로그램을 이용하여 호우시 침투거동과 강우량에 따른 사면내 수압의 변화에 의한 불안정하게 되는 과정을 분석하였다. 실제 붕괴이력을 갖는 사면을 대상으로 지형적인 조건과 서로 상이한 강우조건을 적용하여 사면의 지질구조대 발달 및 사면표면의 상태에 따른 강우침투로 인한 지하수의 상승과 강우지속시간에 따른 침투해석을 통해 사면의 안정성을 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권7호
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• pp.57-67
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• 2023

우리나라에 분포하는 산지 태양광 발전시설에 의해 강우시 사면파괴가 발생하고 있다. 이때 불투수면인 태양광 패널을 따라 흐르는 강우로 인해 침투 작용이 일반적인 사면과 달라 간극수압 분포가 차이를 보이며 태양광 구조물의 하중에 의해 지반 거동에 차이가 있다. 따라서 본 연구에서는 강우시의 태양광 발전시설이 설치된 사면의 안정성 평가 방법을 개발하고, 최대 사면 변위 지점을 통해 취약지점을 분석하였다. 강우의 침투에 따른 안정성을 평가하고 거동을 예측하기 위해 침투해석과 유한차분법 수치해석을 연계하였다. 대상 현장에 대해서는 함수특성곡선 변수, Mohr-Coulomb 파괴 기준을 만족하는 강도 정수 및 지반 물성치, 사면의 각도와 기반암의 깊이 등의 지형적 인자를 가정하였으며 이들 중 안전율에 가장 큰 영향을 미치는 인자에 대해 검토하였다. 태양광 발전시설의 유무에 따라 침투 양상 및 안전율에 차이가 있으며 강우 침투에 따라 안전율이 감소하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 또한 최대 변위 지점은 사면의 상단부와 하단부 인접 지점에 집중적으로 분포하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권9호
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• pp.45-51
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• 2012

터널 내로 유입되는 지하수에 의해 시멘트 수화물인 수산화칼슘$(Ca(OH)_2)$이 토중의 미생물 반응, 유기물의 산화 등에 의해 발생되는 이산화탄소$(CO_2)$와 차량의 배기가스$(SO_3)$ 등과 반응하여 그 반응물이 터널 상부에 설치된 배수공 내에 침전됨으로 인하여 배수공 클로깅 현상이 발생하게 된다. 이러한 현상으로 인하여 터널 배수 시스템의 수리기능저하가 발생하게 되면 간극수압이 증가 하여 누수를 가속화 시키며, 라이닝의 열화를 초래하게 된다. 본 연구는 배수공 클로깅 현상을 방지하기 위하여 퀀텀스틱과 자화장치를 개발하였으며 서울 남산 ${\bigcirc}{\bigcirc}$ 터널과 지하철 ${\bigcirc}{\bigcirc}{\bigcirc}$ 공구에서의 현장실험을 통하여 위 기술의 현장 적용성을 규명하는데 그 목적이 있다. 배수공에 요소기술을 적용한 배수관을 삽입한 후 주기적으로 육안관측을 수행하였고 최종적으로 발생된 스케일의 SEM 및 XRD 분석을 수행하였다. 그 결과 요소기술을 적용하였을 경우 스케일 생성량이 현저히 줄었으며, 특히 퀀텀스틱이 자화장 치에 비하여 그 효과가 우수하였다. 따라서 기존의 노후터널 배수공에 퀀텀스틱 또는 자화장치를 배수공에 적용하였을 경우, 배수공 의 클로깅 현상을 어느 정도 저감시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권5호
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• pp.787-799
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• 2017

저수지 제체 내 수로 구조물과 흙 접촉면의 장기적인 누수가 제체 파괴의 주원인 중의 하나 임에도 불구하고 이에 대한 연구는 미미한 실정이다. 배수통관과 같은 구조물이 부분 파손되어 누수가 발생하는 경우 외형적으로 관측하기 곤란하고 파이핑 등에 의한 제체 손상 우려가 있어 이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 저수지 제체를 관통하는 배수 통관이 부등침하 등으로 인해 통관 일부가 파손되어 누수가 발생하는 경우 저수지의 제체 형태를 코어형 단면과 균일형 단면으로 구분하여 수위변화에 따른 2차원 침투해석을 수행하였다. 연구결과 저수지 등의 제체를 관통하는 배수 통관으로의 누수가 발생 할 경우 통관 하부보다는 상부가 파손되어 누수가 되는 경우가 파이핑 발생 가능성이 크며, 특히 제체 하류측에서 누수가 발생하는 경우 제체 중심 코어부의 존재는 제체 안정 유지에 도움을 주고 있다고 판단된다. 또한 저수지 제체 내부 간극수압의 급격한 감소가 관측되면 파이핑 발생 우려에 대한 심도 있는 고려가 필요할 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.47-56
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• 2013

포화토의 개념과 원리로는 실제 지반에서 발생하는 현상과 거동이 제대로 해석되지 않는 많은 공학적 문제들이 있다. 불포화토는 부간극수압의 영향으로 겉보기점착력을 보임과 동시에 물의 흐름에 있어서 간극 속에 공기의 함입으로 투수성이 저하하는 등 포화토와는 다른 거동특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서 흙 속의 수분 함량에 따른 공학적 특성을 규명하는 것은 지반강도의 산정, 구조물의 안정성 등을 판단하는데 있어서 중요한 자료를 제공하므로 많은 연구와 노력이 필요하다. 특히, 하천복원 프로젝트인 "4대강 살리기"중 한 곳인 낙동강유역에는 모래 지반이 넓은 지역에 걸쳐 분포하고 있으며, 중소규모의 댐, 홍수조절지, 하천변 저류지 및 저수지 재개발 등 많은 토목구조물이 건설되고 있다. 본 연구에서는 낙동강유역 내 불포화상태에 있는 지반구조물의 설계 시공 및 안정성 검토에 기초적 자료를 제공하고자 낙동강 중하류 실트질 모래를 대상으로 불포화 삼축압축시험을 실시하였다. 시험 결과 최대축차응력은 구속압과 흡인력이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 점착력은 흡인력의 증가에 따라 비선형적으로 증가하였으나, 내부마찰각은 크게 변하지 않는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.47-56
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• 2014

겨울철의 낮은 기온으로 인하여 지반 내부의 간극수는 동결과 융해를 반복한다. 지반에 이러한 동결-융해작용이 반복되면 흙의 입자구조 변형이 발생하며 이는 지중 기반시설에 손상을 가져올 수 있다. 본 연구는 흙의 동결-융해 과정에서의 탄성파 속도변화를 통하여 흙의 강성 변화 양상을 알아보기 위하여 수행되었다. 40 %, 60 %, 80 %의 3가지 모래-실트의 무게비를 가진 모래-실트 혼합토를 포화도 40 %, 상대밀도 70 %로 동일하게 조성하였다. 각 시료를 동결-융해를 위해 제작된 사각형 형태의 셀에 다짐법으로 조성하였다. 탄성파를 측정하기 위하여 한 쌍의 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 시료 양편에 설치하였으며, 시료의 온도 변화 양상을 관찰하기 위하여 탄성파 트랜스듀서와 같은 깊이의 중앙부에 열전대를 설치였다. 조성한 시료에 대하여 시료를 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 동결시킨 후 $-20^{\circ}C$를 18시간 동안 유지하였으며, 다시 실험실 상온($20^{\circ}C$)까지 온도를 서서히 올려 융해시켰다. 이 과정에서 온도, 전단파, 그리고 압축파를 측정하였다. 연구결과, 융해 이후의 탄성파 속도는 같은 온도의 동결 이전보다 감소하였다. 이때 전단파의 속도가 압축파의 속도보다 더 큰 비율로 감소하는 모습을 보였다. 실트의 함량이 40 %에서 80 %까지 증가함에 따라 탄성파의 속도는 증가하는 양상을 보였다. 본 연구를 통해 동결-융해가 불포화토의 입자구조를 느슨하게 만들며, 그 영향은 압축파에 비해 전단파 속도의 변화에서 잘 나타남을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.583-603
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• 2023

최근 기계식 터널 굴착기술의 발전과 수압을 받는 해저철도 터널의 특성 상 쉴드TBM 공법이 해저철도 터널 설계 및 시공에 널리 적용되고 있다. 해저철도 터널은 일반적인 지중응력상태에서 거동하지 않고 외부 수압이 상시재하되는 상태이며 지진 시 지진파의 증폭에 의한 영향을 받게 된다. 특히 연약지반, 연약토사-암반 복합지반, 단층파쇄대 등 다양한 지반조건 하에서 작용하는 지진하중은 터널 변위 및 지보재 응력의 급격한 변화를 초래하여 터널 안전성에 큰 영향을 미친다. 또한 지진하중의 주기특성, 지진파형, 최대가속도 등의 재하조건에 따라 지반 및 터널의 동적 응답이 달라지며 이는 지반조건과 결합하여 더욱 복잡한 지반-터널 구조물계의 거동을 보여주게 된다. 본 연구에서는 해저철도 터널의 동적거동 평가를 위하여 수압을 고려하여 지반-터널 구조물계 전체를 유한차분해석 기법으로 모델링 하고 상호 지진 시 구조물 응답을 분석하였다. 해저철도 터널의 지진 시 동적 거동에 영향을 미치는 주요 인자는 지반조건과 지진파이므로 가상 지반조건에 따라 총 6가지의 해석 Case를 설정하였다. 가상 지반조건은 해석 대상영역의 지반이 모두 토사(풍화토)인 경우(Case-1), 모두 암반(경암)인 경우(Case-2), 터널 진행방향(종방향)으로 토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-3), 암반 내 폭이 상대적으로 좁은 파쇄대(w = 2.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-4), 터널 진행방향(종방향)으로 연약토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-5), 암반 내 폭이 상대적으로 넓은 파쇄대(w = 10.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-6)으로 구분하여 각각 모델링을 수행하였다. 해석 결과 지진에 의한 수평변위는 지반물성 증가에 따라 커지는 경향을 나타내었으나 주변 지반의 구속효과와 강성 세그먼트로 결합된 쉴드터널 구조물의 특성으로 인하여 다소 억제되는 경향도 함께 관찰되었다. 세그먼트의 부재력은 변위 발생 경향과는 달리 지반 강성이 약할수록 현저히 증가하는 경향을 나타내었으며 오히려 변위 억제 효과에 따른 부재력 증가가 뚜렷하게 관찰되는 특성을 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제53권5호
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• pp.529-542
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• 2020

질산으로 표면 처리한 대나무 활성탄을 소량 첨가한 구형의 폴리술폰 담체(직경 3 - 5 mm)를 제조한 후, 세슘(Cesium: Cs) 오염수를 대상으로 다양한 실내 실험을 수행하여 담체의 세슘 흡착 특성과 Cs 제거효율을 규명하였다. 배치실험 결과, 질산처리한 대나무 활성탄 5%를 첨가하여 제조한 폴리술폰 담체(P-5NBC)는 수 시간 내에 흡착평형에 도달하였고, 1시간 흡착시간 동안 57.8%의 Cs 제거효율을 나타내었다. 흡착시간이 24시간인 경우에는 오염수의 온도와 pH가 비교적 넓은 범위에서도 P-5NBC의 Cs 제거효율이 69%이상을 유지하여, 다양한 수환경 조건에서 Cs 제거를 위해 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 토양과 지하수에 서식하는 대표 미생물종인 Pseudomonas fluorescens와 Bacillus drentensis를 배양하여 P-5NBC 표면에 도포한 경우, 미생물을 도포하지 않은 기존 P-5NBC보다 Cs 제거효율은 각각 19%와 18% 증가하였다. P-5NBC의 평균 Cs 탈착율은 16% 이하를 나타내어, Cs가 폴리술폰 담체에 포함된 질산처리한 대나무 활성탄에 안정적으로 결합하고 있었다. 두 종류의 미생물로 도포한 P-5NBC로 충진하여 연속 칼럼실험을 수행한 결과, 100 공극체적량을 처리하는 동안 Cs 제거효율은 80%이상을 유지하였으며, 이러한 결과는 14.7 g의 P-5NBC 만으로(담체 내 순수 대나무 활성탄량: 0.75 g) 7.2 L의 오염수 (오염수 초기 Cs 농도: 1 mg/L; 처리수 Cs 농도: < 0.2 mg/L)를 성공적으로 처리하였음을 의미한다. 1시간 동안 반응시킨 Cs 흡착 배치실험 결과를 대표적인 Langmuir 흡착등온선에 도시한 결과, P-5NBC의 최대 Cs 흡착농도(q_m: mg/g)값은 60.9 mg/g으로, 기존 선행 연구들에서 사용한 다른 흡착제들보다 높았다. 본 연구를 통하여 소량의 P-5NBC 구형 담체를 이용하여 다양한 수환경에서 Cs를 성공적으로 제거할 수 있을 것으로 기대한다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제7권3호
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• pp.103-115
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• 2000

갈색 침전물의 생성은 우리나라 지하수의 개발 및 공급에 있어 흔히 발생하는 문제 중의 하나인데, 이에 따라 색도, 맛, 탁도 및 용존 철 함량 등의 항목에 있어 먹는 물 수질 기준을 초과하게 되고, 물 공급 시스템에 스케일링의 문제를 야기하게 된다. 경기도 파주 지역 지하수의 경우에도 양수 후 몇 시간 내에 갈색 침전물이 형성되어 수질을 악화시키고 있다. 본 연구에서는 지하수의 탁도를 유발하는 원인과 지화학적 반응 경로를 이해하고자, 평형열역학 및 반응속도론적 접근을 통하여 갈색 침전물의 형성과정을 파악하였다. 본 연구결과는 침전물의 형성을 최소화하기 위한 적정 양수 기법은 물론 수질 향상을 위한 최적 수처리 기법을 설계하는데 있어 중요한 자료로 활용될 것이다. 파주 지역의 암반 지하수는 물/암석(편마암)반응에 의해 Ca-$HCO_3$형의 수질 특성을 보인다. SEM-EDS 및 XRD 분석 결과, 갈색 침전물은 비정질의 함철 산화물 또는 수산화물로 해석된다. 다양한 공극 크기(6, 4, 1, 0.45, 0.2 $\mu\textrm{m}$)를 갖는 여과지를 이용한 다단계 여과 결과, 이들 침전물은 크기에 있어 대부분 1 내지 0.45$\mu\textrm{m}$의 입도를 갖는 콜로이드 형태이지만, 질량 분포로 볼 때는 1 내지 6$\mu\textrm{m}$범위가 우세함(총 질량의 약 81%)을 알 수 있다. 다량의 용존 철(II)은 지하수 유동 중에 철 함량이 높은(최대 3wt.%) 단층 파쇄암 내의 녹니석(clinochore)의 용해로부터 기원하는 것으로 판단된다. PHREEQC 프로그램을 이용한 포화지수 계산 및 pH-Eh 관계도에 대한 검토 결과, 침전물은 함철 수산화물임이 확인되며, 환원 조건에 있던 심부 지하수가 양수에 의해 산소에 노출되면서 화학성 변화(특히, 산화)에 의하여 침전함을 알 수 있다. 양수 이후의 시간 경과와 더불어 양수된 지하수의 pH, DO, 알칼리도는 점차 감소하며. 탁도는 증가하다가 일정 시간 경과 후 감소하는 경향을 보인다. 양수 이후의 경과 시간에 따른 용존 철(II)의 농도 감소율(즉, 반응 속도)은 Fe(II)=10.l exp(-0.0009t)로 표현된다. 따라서 갈색 침전물의 생성 반응은 양수 및 양수 후 저장 과정 중에 산소의 유입에 따른 산화 반응에 기인하며, 그 반응은 시간, 산소분압 및 pH에 의존함을 알 수 있다. 탁도를 제거하여 음용 가능한 수질을 확보하기 위해서는, 충분한 시간 동안 충분한 크기를 갖는 탱크 내에서의 다단계 저장 및 폭기를 거친 이후에 응집된 침전물에 대한 여과가 제안된다. 이때, 비용 절감 차원에서 상이한 입도 조건에서의 다단계 여과가 효과적일 것으로 생각된다. 한편, 개발 관정 내에서의 스케일링을 최소화하기 위해서는 심부 지하수로 산소가 풍부한 천층 지하수가 유입되는 과정을 최소화할 필요가 있다. 이를 위해서는 적정 채수량 범위 내에서의 지속적인 양수가 효과적일 것이다. 아울러, 산소가 풍부한 천층 지하수의 채수를 위한 별도의 관정 설치도 고려할 수 있을 것이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.145-159
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• 2004

본 연구에서는 지진시 지반의 안정성 평가시, 진동시험에 기초하여 액상화 발생가능성 여부를 판정하는 상세평가법을 개발하였다. 개발된 평가법에서는 기존의 평가법이 지진을 단순히 정현하중화하는 등가전단응력개념에 기초한점과는 달리, 지진의 최대가속도, 유효지속시간, 지진형태, 그리고 지진규모 등 다양한 지진영향인자가 고려될 수 있도록 실지진기록 입력의 지반응답해석을 포함하도록 하였다. 지반의 고유한 저항특성을 응력-변형률 시험 결과로부터 액상화 전환시점까지의 누적 소성 전단변형률로 하였으며 이와 연계하여 지진의 액상화 발생특성을 지반응답해석을 통해 획득 가능한 전단변형률 시간이력곡선에 기초하도록 하였다. 이때, 액상화를 유발시키는 실지진기록의 특성분석을 위해 실지진하중 재하의 진동삼축시험을 수행하였다. 시험결과, 충격형 지진인 경우, 지진기록의 최대하중이 재하된 직후, 과잉간극수압이 급진적으로 발전하며 액상화가 발생하는 것으로 나타났으며 진동형 지진의 경우에는 최대하중이 재하된 경우, 눈에 띄는 과잉간극수압의 변화가 관찰되었으며 이후, 일정수준 이상의 큰 하중재하시 액상화가 발생하였다. 이로부터 액상화 발생에 가장 큰 영향인자는 최대하중인 것을 알 수 있었으며 진동형 지진형태의 경우, 일정수준 이상의 후속하중에 대한 고려가 필요함을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 본 평가법에서는 우선적으로 충격형 지진에 한하여 사용할 것을 제안하며 이때, 최대 전단변형률까지의 시간이력곡선으로부터 소성 전단변형률을 누적계산하여 이를 해당입력지진의 액상화 발생특성치로 정하였다. 기존의 등가응력개념에 기초한 상세평가법과의 비교를 통한 타당성 분석결과, 본 평가법은 기존의 상세평가법보다 유효응력경로 및 응력-변형률 상관곡선 등 실제적인 지반거동변화에 관한 진동시험결과에 기초하여 지반의 고유특성을 결정하고 지반응답해석을 통해 증폭현상을 포함한 지반 내 지진거동변화와 지진시간이력이 보유하고 있는 지진특성을 충분히 반영하고 있으므로 신뢰성 높은 액상화 상세평가가 가능할 것으로 판단된다.