• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권1호
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• pp.41-50
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• 2011

본 연구에서는 단독말뚝의 측면에서 시공되는 터널에 의한 말뚝의 거동에 대하여 3차원 수치해석을 통하여 분석하였다. 수치해석을 통하여 터널-말뚝-지반의 상호거동에 대한 심도 있는 분석을 실시하였다. 수치해석을 통해 말뚝의 침하, 말뚝과 주변지반 사이의 상대변위, 전단응력 및 말뚝의 축력변화를 고찰하였다. 특히 터널굴착에 의한 전단응력의 전이과정에 대한 심도 있는 분석을 실시하였다. 터널굴착에 의한 말뚝과 인근지반에서의 상대변위 변화로 인하여 말뚝에 작용하는 전단응력 및 축력의 분포가 변하게 되는 것으로 나타났다. 터널 중심부의 상부에서는 하향의 전단응력이 발생하는 반면(Z/L=0.0-0.7~0.8), 그 하부에서는 (Z/L=0.7~0.8-1.0) 상향의 전단응력이 발생하여 말뚝에 압축력이 발생된다, 이때 Z는 임의의 심도, L은 말뚝의 길이다. 터널굴착이 종료된 후 말뚝에는 최대 $0.475P_a$의 압축력이 발생하였다, 이때 $P_a$는 말뚝의 설계지지력이다. 수치해석을 통해서 도출된 터널굴착이 말뚝 거동에 미치는 영향에 대해 상세히 고찰하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권4호
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• pp.383-392
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• 2022

Although pipelines are composed of segmental tubes commonly connected by rubber gasket or push-in joints, current studies mainly simplified pipelines as continuous structures. Effects of joints on three-dimensional deformation mechanisms of existing pipelines due to tunnel excavation are not fully understood. By conducting three-dimensional numerical analyses, effects of pipeline burial depth, tunnel burial depth, volume loss, pipeline stiffness and joint stiffness on bending strain and joint rotation of existing pipelines are explored. By increasing pipeline burial depth or decreasing tunnel cover depth, tunneling-induced pipeline deformations are substantially increased. As tunnel volume loss varies from 0.5% to 3%, the maximum bending strains and joint rotation angles of discontinuous pipelines increase by 1.08 and 9.20 times, respectively. By increasing flexural stiffness of pipe segment, a dramatic increase in the maximum joint rotation angles is observed in discontinuous pipelines. Thus, the safety of existing discontinuous pipelines due to tunnel excavation is controlled by joint rotation rather than bending strain. By increasing joint stiffness ratio from 0.0 (i.e., completely flexible joints) to 1.0 (i.e., continuous pipelines), tunneling-induced maximum pipeline settlements decrease by 22.8%-34.7%. If a jointed pipeline is simplified as a continuous structure, tunneling-induced settlement is thus underestimated, but bending strain is grossly overestimated. Thus, joints should be directly simulated in the analysis of tunnel-soil-pipeline interaction.

• 한국터널공학회:학술대회논문집
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• 한국터널공학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.233-247
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• 2005

Most tunnel lining material which has been used in the domestic is a concrete. But many problems as the construction period, the cost, and the crack occurrence for the design, construction, and management were happened in the concrete lining. For this reason, many research institutes like the Korea Highway Corporation recognize the necessity of an alternate material development and grow on the interest for that. So in this study, the seismic behaviour characteristics for the application of the Corrugated Steel Plate Lining in cut-and-cover tunnel are evaluated as several conditions for the backfill height, the cutting slope, and the relative density of backfill soil are changed. The compressive stress which is calculated in the Corrugated Steel Plate Lining by the seismic load is decreased as the backfill height increases and the cut slope grows gentle. Also, the moment shows the tendency of decrease according to the increase of the backfill height. But in the case of the relative density of the backfill soil is small, the moment increases according to the increase of the backfill height and affects the dynamic behaviour characteristic. So it is considered that the relative density of the backfill soil is also the important point. As the result in analyzing the seismic response characteristics of the reinforcement spacing of the Corrugated Steel Plate, the variation in the compressive force is hardly happened, but the moment and the shear force increase on the reinforcement spacing being narrow.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권4호
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• pp.553-570
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• 2016

A series of three-dimensional (3D) parametric finite element analyses have been performed to study the influence of the relative locations of pile tips with regards to the tunnel position on the behaviour of single piles and pile groups to adjacent tunnelling in weathered soil. When the pile tips are inside the influence zone, which considers the relative pile tip location with respect to the tunnel position, tunnelling-induced pile head settlements are larger than those computed from the Greenfield condition. However, when the pile tips are outside the influence zone, a reverse trend is obtained. When the pile tips are inside the influence zone, the tunnelling-induced tensile pile forces mobilised, but when the pile tips are outside the influence zone, compressive pile forces are induced because of tunnelling, depending on the shear stress transfer mechanism at the pile-soil interface. For piles connected to a cap, tensile and compressive forces are mobilised at the top of the centre and side piles, respectively. It has been shown that the increases in the tunnelling-induced pile head settlements have resulted in reductions of the apparent factor of safety up to approximately 43% when the pile tips are inside the influence zone, therefore severely affecting the serviceability of the piles. The pile behaviour, when considering the location of the pile tips with regards to the tunnel, has been analysed in great detail by taking the tunnelling-induced pile head settlements, axial pile forces, apparent factor of safety of the piles and shear transfer mechanism into account.

• 터널과지하공간
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• 제21권5호
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• pp.341-348
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• 2011

터널설계를 위해 상세지반조사를 실시한 결과 터널 주요통과구간에 지질이상대로서 암종경계부 및 단층대 구간이 예측되었다. 특히 지질이상대에서 황철석이 분포하는 것을 확인하였으며 대심도 구간 시추조사과정에서 단층파쇄대(F3)에서 피압에 의한 지하수 용출현상이 나타났다. 이에 따라 지질이상대 구간에서의 보강대책을 수립하기 위해 황철석 함유구간에 대한 시설물 보강대책을 검토하였으며, 피압수 다량 구간에서는 침투류 해석 및 차수대책 등 별도의 지보패턴을 계획하였다. 또한 한반도 인근 대지진이 주로 단층대에서 발생하고 있기 때문에 단층대 통과구간에 대해 지반-구조물 상호작호(SSI) 내진해석과 구조물 보강대책을 수립하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.355-373
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• 2017

도심지에서의 터널굴착은 상부구조물과의 상호거동에 대한 이해가 필수적이다. 도심지에 사용중인 대부분의 구조물은 말뚝기초로 상부의 하중을 지지하고 있어, 터널 굴착 시 반드시 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 실내모형시험을 통해 기존의 군말뚝 기초 하부 터널굴착에 따른 축력 분포와 지반의 거동을 분석하였다. 말뚝 기초는 2, 3 열 말뚝으로 가정되었으며, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리는 터널직경에 대한 일반화를 위해 터널 직경(D) 대비 0.5D, 1.0D 그리고 1.5D로 고려되었다. 지반은 약 30%의 상대밀도(Dr)를 가지는 느슨한 사질토로 형성되었으며, 말뚝의 축력 분포를 측정하기 위해 말뚝에 변형률게이지(strain gauge)를 부착하였다. 또한, 이격거리에 따른 군말뚝의 침하와 인접지반의 침하를 변위센서(linear variable differential transformer; LVDT)와 다이얼게이지(dial gauge)를 통해 측정였으며, 터널굴착에 따른 지중의 변형을 근거리사진계측기법(close range photogrammetric technique)을 통해 측정하였다. 수치 해석을 통해 실내모형시험 및 근거리사진계측 결과와 비교 분석하였다. 본 연구에서는 체적손실율(volume loss; $V_L$) 개념을 이용하여 터널굴착을 모사하였으며, 1.5%로 적용되었다. 연구결과, 이격거리가 멀어질수록 말뚝의 축력감소는 작게 나타났으며, 침하량은 모두 유사한 경향을 나타내었다. 특히, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가할 때 축력과 침하량의 가장 큰 감소율이 가장 큰 것으로 나타났다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.243-254
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• 2021

이 논문에서는 박스형 전력구의 지진응답해석에 사용되는 응답변위법(Response Displacement Method, RDM)의 보수성을 평가하였다. 이를 위하여 25가지 전력구 단면과 각 전력구에 대한 2개의 지반조건을 고려한 총 50개 예제를 선정하였다. 응답변위법에 의한 해석은 다음과 같은 세 가지 방법을 적용하였다: (1) 단일코사인방법, (2) 이중코사인방법, (3) 부지응답해석법. 그리고 이들 응답변위법의 보수성을 평가하기 위하여 지반-구조물 상호작용을 고려한 동적해석법으로 구한 응답과 비교하였다. 비교결과, 설계지진력을 결정하는 방법 중에서 부지응답해석법이 가장 변동폭이 작았으며, 이중코사인방법이 가장 보수적인 결과를 보였다. 마지막으로 이중코사인방법을 적용할 때, 응답변위법에 의한 부재력이 동적해석에 의한 값보다 클 확률이 80% 이상이 되기 위한 지반강성 보정계수 C값으로 기능수행수준에서 0.9, 붕괴방지수준에서 0.7을 추천하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권5C호
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• pp.199-210
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• 2012

본 연구에서는 3차원 탄-소성 유한차분해석을 통해 기존재하는 단독말뚝, $3{\times}3$및 $5{\times}5$ 군말뚝의 바로 아래 풍화암 지반에서 실시된 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 규명하기 위하여 지반/말뚝의 침하 및 전단응력전이(shear stress transfer) 메커니즘을 심도있게 분석하였다. 터널굴착으로 유발된 지반의 침하와 말뚝-지반 사이 경계면에서의 상대변위 발생으로 인해 말뚝에 작용하는 전단응력 및 축력의 분포가 매우 크게 변화하였다. 계산된 결과에 의하면 터널굴착으로 인해 말뚝의 두부로부터 말뚝길이의 약 80%에 해당되는 위치까지는 상향의 전단응력이 발생하였고, 그 하부에서는 하향의 전단응력이 발생하였다. 이로 인해 말뚝의 축력이 터널의 굴착에 따라 지속적으로 감소하고, 순수한 터널의 시공으로 인하여 말뚝에는 인장력이 발생하였는데 이로 인해 말뚝에는 최대 $0.36P_a$의 인장력이 발생하였다, 여기서 $P_a$는 터널굴착이전에 말뚝두부에 작용하는 설계하중이다. 말뚝의 거동은 경계면에서의 전단강도 발현 정도에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 군말뚝의 경우 일반적으로 말뚝의 숫자가 증가할수록 터널의 시공에 의해 말뚝의 침하가 증가하는 것으로 나타났으며, 이와는 반대로 말뚝의 축력변화는 군효과(shielding effect)로 인해 단독말뚝의 경우에 비해 작은 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝침하의 증가로 인한 겉보기지지력(apparent pile capacity) 감소는 단독말뚝에 비해 군말뚝에서 두드러지는 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.861-874
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• 2019

최근 발생한 포항과 경주 지진 이후 공동구와 같은 소단면 터널 구조물에 대한 내진 성능 평가에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 연구에서는 유한 차분법 기반의 FLAC3D를 사용하여 지진 하중에 대한 수직구와 수평 터널 구조물에 대한 3차원 동적 해석을 수행하였다. 특히 지반과 구조물 사이 경계면 특성을 고려한 지반-구조물 상호 해석 시 중요 인자인 경계면 강성 계수의 영향을 분석하기 위한 매개변수 해석을 수행하였다. 매개변수 해석을 통해 경계면 강성 계수는 지하 구조물의 전체 동적 거동에는 큰 영향을 미치지 않지만 접속부의 국부적인 변위 거동에는 큰 영향을 미치는 것을 확인 할 수 있었다. 경계면 강성계수의 크기는 접속부에서의 변위와 반비례하는 경향을 보였으며, 수직 응력 및 전단 응력에 대해서는 비례하는 경향을 확인하였다. 연구 결과 수치 해석에서 주로 사용되고 있는 경계면 강성 계수에 대한 경험적 식의 한계를 제시할 수 있었으며, 새로운 경계면 강성 계수 모델 개발의 필요성을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.81-98
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• 1999

도심지 터널 건설에 있어서 중요한 고려 사항중 하나가 지상 건물에 대한 터널 굴착의 영향을 평가하는 문제이다. 일반적으로 터널 굴착에 의한 지표침하로 인접구조물이 영향을 받기도 하지만 기존 인접구조물이 터널 굴착에 따른 지표침하에 영향을 미치기도 한다. 이러한 터널 굴착에 의한 기존 인접구조물의 침하억제 효과와 구조물 손상 평가인자의 감소효과를 규명하기 위해서 3차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. 또한, 본 연구에서는 터널 굴착에 기인한 지반침하가 인접구조물에 미치는 영향과 인접구조물이 지표침하에 미치는 영향을 규명하기 위해서 총 162개의 2차원 탄소성 유한요소 모델을 설정하고, 매개변수 변환연구를 수행하였다. 본 연구에서는 구조물의 폭과 구조물의 축강성 및 휨강성, 구조물의 위치, 터널 심도 등을 고려하였다. 그리고, 구조물과 지반침하의 상호작용을 표현하기 위해서 구조물의 손상평가 인자인 뒤틈각(angular distortion), 처짐비(deflection ratio), 건물의 최대침하량, 부등침하량 및 수평변형률 등의 변화를 관찰하였다. 한편, 지반의 강성과 구조물의 축, 휨강성을 대표할 수 있는 상대 강성비를 도입함으로써 터널 설계자가 활용할 수 있는 도표를 제시하였고, 구조물을 고려하지 않은 상태에서의 greenfield 지표침하 트라프를 수정할 수 있는 보정계수(modification factor) 개념을 도입하였다. 본 연구에서는 구조물과 지표침하와의 상호 간섭효과에 의한 지표침하의 억제와 인접구조물 손상평가 인자들의 감소효과를 고려할 수 있도록 하기 위해서 설계 단계에서 보정계수를 활용한 인접구조물의 합리적인 손상평가방법을 제안하였다.