• Geomechanics and Engineering
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• 제22권6호
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• pp.553-564
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• 2020

In this study, a simple numerical approach for a circular tunnel opening in strain-softening surrounding rock is proposed considering out-of-plane stress and seepage force based on Biot's effective stress principle. The plastic region of strain-softening surrounding rock was divided into a finite number of concentric rings, of which the thickness was determined by the internal equilibrium equation. The increments of stress and strain for each ring, starting from the elastic-plastic interface, were obtained by successively incorporating the effect of out-of-plane stress and Biot's effective stress principle. The initial value of the outmost ring was determined using equilibrium and compatibility equations. Based on the Mohr-Coulomb (M-C) and generalized Hoek-Brown (H-B) failure criteria, the stress-increment approach for solving stress, displacement, and plastic radius was improved by considering the effects of Biot's effective stress principle and the nonlinear degradation of strength and deformation parameters in plastic zone incorporating out-of-plane stress. The correctness of the proposed approach is validated by numerical simulation.

• 대한기계학회논문집B
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• 제25권10호
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• pp.1427-1435
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• 2001

Air movement in wokplaces, whether resulting from a forced ventilation system or naturally occurring airflow, has a significant impact on occupational health. In a huge shipbuilding factory building, typical harmful factors such as fume or vaporized gas from welding and cutting of steel plates, and dusts from grinding give unpleasant feeling. From field data survey, the yearly dominant, wind directions for the shipbuilding factory building tested were northwest, northeast and southeast Among the three wind directions, the ventilation improvement was the worst for the northeastern wind. This study was focused on location of the opening vents in order to utilize the natural ventilation effectively. Instantaneous velocity fields inside the 1/1000 scale-down factory building model were measured using a 2-frame PIV system. The factory building model was embedded in an atmospheric boundary layer simulated in a wind tunnel. The modified vents improve the internal Ventilation flow with increasing the flow speed more than two times, compared with that of present vents.

• 전산구조공학
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• 제10권2호
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• pp.171-178
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• 1997

본 연구에서는 발파로 인한 폭발하중에 대한 지하공동구조체의 3차원 동적유한요소해석을 수행하였다. 해석과정은 1차원 근원해석과정과 3차원터널해석과정의 2단계로 나누어 수행하였다. 1차원 근원해석에서는 장약공과 그 주변의 자유장을 포함하는 해석으로서 3차원 터널해석을 위한 입력하중의 계산작업을 수행한다. 본 연구에서 수행한 해석방법의 기능은 3차원 동적해석프로그램 MPDAP-3D에 추가되었으며, 향후 발파공법에 의한 지하공동구조체의 건설시 구조체의 안전성을 평가하는데 활용가능할 것으로 예상된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.273-283
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• 2003

일반적으로 터널이 풍화암, 파쇄대 또는 토사 구간을 관통할 경우, 터널의 구조적 안정을 확보할 목적으로 그라우팅으로 지반을 보강한 후에 터널 굴착을 하게 된다. 터널 시공의 안정성과 경제성을 확보하려면 각 지반조건에 적합한 공법을 선택하여 그라우팅 설계와 시공이 진행되어야 하고, 신뢰성 있는 그라우팅의 시공을 위해서는 그라우팅 시공 후 그라우팅의 성능평가가 이루어져야 한다. 지금까지의 그라우팅의 평가는 한정된 개수의 코아에 대한 압축강도 시험으로 수행되었으나, 이러한 방법으로는 보강된 지반의 전반적인 그라우팅 성능 평가 및 보강 효과의 정량화에 다소 정확성이 결여될 소지가 있다. 본 연구에서는 코아 채취를 통한 일점식 평가를 탈피하고자 SASW 기법을 도입하여 그라우팅의 정량적 성능평가 방법을 모색하고자 하였다. SASW기법은 재료의 표면에서 비파괴적으로 탄성파를 발진하고 전파된 탄성파를 측정하여 재료의 내부강성구조를 평가하는 방법으로, 지반의 전단강성 구조 및 콘크리트 구조물의 비파괴 건전도 평가 등에 주로 활용되는 기법이다. 본 연구에서는 터널 1차 라이닝(shotcrete) 표면에서 SASW 실험을 수행하여 터널 원지반에 대한 우레탄 보강의 효과를 터널 원지반의 전단강성 증가와 원지반내의 내부 공동 또는 균열 확인 등의 측면에서 평가하고자 하였다. 그리고, 본 연구에서 제안한 방법의 신뢰성 및 현장적용성을 확인하기 위하여, 실제 경기도 OO철도 터널에서의 우레탄 그라우팅 성능평가에 본 연구에서 제안한 방법을 시험 적용하였다.

• 터널과지하공간
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• 제24권6호
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• pp.464-472
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• 2014

환기제어 시설을 설치하지 않고 모든 공간을 개방한 형태의 대단면 주방식 채굴 작업장에 설치하는 국부선풍기의 운전에 따른 기류유동형태는 재순환을 포함하고 있어 복잡하고 정량화가 어렵고 환기효율 또한 매우 낮은 편이다. 본 논문에서는 국부선풍기의 운전에 따라 하류편의 기류 운동에너지 증가 및 정압강하 현상인 벤츄리(venturi) 효과로 인접갱도로부터 기류가 유입되어 기류 유동방향으로 환기량이 증가하는 현상을 선풍기 종류 및 설치방법 별로 CFD분석하였다. 분석대상 선풍기는 축류선풍기 1종류 및 프로펠러 선풍기 2종류이며 축류선풍기 중심점 설치 위치를 1.0, 1.5, 2.0m로 변경함에 따른 벤츄리 효과의 차이를 분석하였다. 연구결과는 공기질 개선을 통한 작업환경 관리를 위한 국부 환기의 경제성 및 효율성을 제고하는데 기여할 것으로 기대된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권3호
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• pp.439-455
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• 2016

This paper presented solutions of displacement and stress for a circular opening which is reinforced with grouted rock bolt. It satisfies the Mohr-Coulomb (M-C) or generalized Hoek-Brown (H-B) failure criterion, and exhibits elastic-brittle-plastic or strain-softening behavior. The numerical stepwise produce for strain-softening rock mass reinforced with grouted rock bolt was developed with non-associative flow rules and two segments piecewise linear functions related to a principle strain-dependent plastic parameter, to model the transition from peak to residual strength. Three models of the interaction mechanism between grouted rock bolt and surrounding rock proposed by Fahimifar and Soroush (2005) were adopted. Based on the axial symmetrical plane strain assumption, the theoretical solution of the displacement and stress were proposed for a circular tunnel excavated in elastic-brittle-plastic and strain-softening rock mass compatible with M-C or generalized H-B failure criterion, which is reinforced with grouted rock bolt. It showed that Fahimifar and Soroush's (2005) solution is a special case of the proposed solution for n = 0.5. Further, the proposed method is validated through example comparison calculated by MATLAB programming. Meanwhile, some particular examples for M-C or generalized H-B failure criterion have been conducted, and parametric studies were carried out to highlight the influence of different parameters (e.g., the very good, average and very poor rock mass). The results showed that, stress field in plastic region of surrounding rock with considering the supporting effectiveness of the grouted rock bolt is more than that without considering the effectiveness of the grouted rock bolt, and the convergence and plastic radius are reduced.

• 터널과지하공간
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• 제27권1호
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• pp.1-11
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• 2017

국내 지하 석회석 광산은 대부분 대단면 갱도로 개발되고 있으며 갱내통기는 주요 선풍기에 의한 통기방식보다는 자연통기 및 국부통기에 의존하고 있다. 국부통기는 국부선풍기와 풍관을 이용한 급배기 통기방식을 적용하고 있으나 대단면 갱도 특성과 갱내 굴진 운반장비의 디젤화에 따라 소요통기량이 대폭 증대하여 통기의 효율 및 경제성 확보가 주요과제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 대단면 갱내 작업장 국부통기를 위한 선풍기 용량 최적화를 위하여 축류식 및 프로펠러 선풍기를 개발하여 갱내 승압력 및 통기효과를 비교 분석함을 목적으로 한다.

• 터널과지하공간
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• 제26권6호
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• pp.475-483
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• 2016

지하공동 굴착현장에서 관찰되는 절리분포 양상에 대한 자료를 기반으로 굴착과정에서 형성될 수 있는 사면체 블록의 형상, 규모 및 붕락 가능성을 절리 영속성을 고려하여 예측하는 수치해석 기법을 개발하였다. 절리 영속성 분석결과를 이용하여 절리면의 확장성에 따른 개착면에서의 표출정도 및 블록형성 가능성 해석을 수행하는 기능을 고안하여 기존에 개발된 결정론적 3차원 블록해석모델에 접목시켰다. 개선된 수치해석모델의 신뢰성을 고찰하기 위하여 실제 블록 붕락이 발생된 굴착현장에 대한 해석을 수행하였다. 조사된 절리분포 양상에 의거하여 대표 방향성을 설정하고 잠재적 블록 형성을 분석하여 붕락된 블록 형상에 부합된 해석 결과를 도출하였으며, 이에 근거하여 굴착과정에서의 붕락 진행 미캐니즘을 블록형상을 고려하여 고찰하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권1호
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• pp.30-37
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• 2019

해외의 일부 광업 선도국에서는 정량적인 설계지침을 제시하거나 별도의 광산 갱도 설계지침을 개발하여 배포함으로써 지하광산 운영 시 대규모 인적 물적 피해로 이어질 가능성이 높은 낙반 및 붕락 재해의 발생을 최소화하기 위해 노력하고 있다. 국내의 경우에는 광산안전기술기준 등 광산개발 관련 지침을 통해 근로자 사고 방지를 위한 안전수칙과 작업지침을 제공하고 있으나, 갱도설계에 대한 부분에서는 정성적이고 불명확한 시공 지침만을 제공하는 데에 그치고 있다. 최근 국내 환경규제 및 천부 자원 고갈로 인해 광산이 점차 심부화되고 있는 추세이며, 갱도의 안정성을 확보하기 위해 정량적인 설계 규격을 제공할 수 있는 전문적이고 체계적인 광산 갱도설계 지침에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 본 원고에서는 국내외 광산 갱도설계 실태와 연구동향 및 현행 설계지침에 대한 현황 조사를 통해 국내 갱도 설계지침 개발을 위한 사전연구를 수행하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권1호
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• pp.73-84
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• 2024

Owing to the high strength and abrasive characteristics of cobble-boulders, cutters are easily worn and damaged during shield tunneling, making construction inefficient. In the present work, the stress on the ripper and scraper on the cutterhead was analyzed by the PFC3D-FLAC3D coupling model of shield tunneling to get insight into the performance of the cutterhead for cutting underground cobble and boulders. The numerical calculation results revealed that the increase in trajectory radius leads to a rising stress on the cutters, and the stress on the front cutting surface is greater than that on the back of the cutters. Moreover, the correlation between cutter wear and stress is revealed based on field measurement data. The distribution of the cutter stress is consistent with the cutter wear and breakage characteristics in actual construction, in which more extensive cutter stress is exhibited, extreme cutter wear appears, and more cutter breakage occurs. Finally, the relationship between the cutterhead opening area's layout and cutter wear distribution was investigated, indicating that the cutter wear extent is the most severe in the region where the radial opening ratio dropped sharply.