• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.439-455
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• 2019

완충재는 심지층 고준위 방사성 폐기물 저장소의 주요 구성 요소이다. 벤토나이트는 높은 열전도율과 낮은 수리투과성의 특성으로 완충재의 핵심 구성 요소로 다수의 국가에서 채택되었다. 심층 처분은 지하수 유입을 일으키고 이는 완충재 및 뒷채움재의 팽윤압을 초래한다. 완충재에서 발생하는 고압의 팽윤압은 처분용기에 영향을 줄 수 있기에 정밀한 완충재의 팽윤압 예측은 안전한 처분 시스템 구축에 있어서 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 MX-80 벤토나이트의 수리역학적 거동에 대한 팽윤압 예측 모델을 세우고, 그 결과를 토대로 민감도 분석을 시행하였다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제11권2호
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• pp.203-209
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• 2015

열감지기는 화재시 발생되는 열을 감지하는 것으로 모든 소방대상물에 일반적으로 사용되는 자동화재탐지설비의 중요한 핵심 요소이다. 열감지기는 스포트(spot)형과 분포형으로 구분되며, 스포트형에는 차동식과 정온식이 있다. 이러한 열감지기는 실제 화재시 작동시간 및 작동온도 등 반응의 민감도에 따라 인명과 재산 손실에 큰 영향을 준다. 국내에서는 스프링클러 헤드제품에 응답시간지수를 도입하여 사용하고 있으나, 열감지기에 대해서는 현재 적용이 되어지지 않고 있으며, 반응의 민감도를 표시하는 응답시간지수의 도입이 필수적으로 본 연구에서는 국내 생산된 정온식 스포트형 열감지기와 다이아프램형 및 반도체 형식의 차동식 스포트형 열감지기에 대하여 풍동실험 및 화재실험을 통하여 응답시간지수, 작동시간, 작동온도 등에 대하여 연구하였다. 응답시간지수를 적용한 열감지기를 설치하여 신속한 경보로 인한 국민의 생명과 재산손실을 줄이는데 도움을 주고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제29권5호
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• pp.332-345
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• 2019

평사투영도에서 불연속면을 대표하는 유일한 점으로 정의되는 최대경사벡터를 해당 면의 경사와 경사방향에 의거하여 형성하였다. 평사투영해석에서 평면의 극점이 대원과 역방향에 제도되는 것에 비해 최대경사벡터는 대원의 최대 경사지점에 위치하여 불연속면의 미끄러짐 방향을 직접 투영도 상에서 지시한다. 투영도 상에서 불연속면의 거동방향을 직접적으로 지시하는 최대경사벡터를 활용하여 평면 및 전도파괴 양상을 직관적으로 확인하였다. 특히 평면 파괴의 경우 블록의 옆면을 형성하는 고 경사 절리의 존재를 확인하여 실제 미끄러짐 블록의 형성가능성을 산정하였다. 또한 사면 방향과 반대방향을 갖는 고경사절리들의 존재를 확인하여 3각형 단면을 갖는 미끄러짐 블록의 형성여부를 판별하고 안전율을 도출하였으며, 4각형 단면을 갖는 가장 취약한 블록의 안전율과 비교분석하였다. 쐐기파괴 경우에는 절리면 교차에 의해 형성되는 쐐기의 기저선 방향이 최대경사벡터 속성을 지니고 있어 쐐기파괴 영역을 평면 및 전도파괴 영역이 제도된 투영도 상에 함께 도시하여 분석을 수행하였다. 특히 쐐기 상부 면을 형성하는 절리를 추출할 수 있어 전체 쐐기형상을 추정하고 역학적 거동분석을 수행하는데 요구되는 쐐기의 기하학적 특성자료를 도출하는 토대를 확립하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.301-321
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• 2019

본 논문에서는 강관다단 그라우팅에 적용하는 속경성 실링재 개발에 관한 실험적 내용을 다루었다. 강관다단 그라우팅 공법에서 실링재는 본 주입재의 주입시 역류를 방지하기 위해 주입하며 주입 후 일정시간이 지난 다음 겔화 상태에서 본 주입재를 주입해야 한다. 그러나 주입된 실링재가 겔 상태가 되기 이전 유동성이 있을 경우 본 주입재와 함께 혼합됨은 물론, 주입재의 역류가 발생되어 원지반으로 주입이 곤란하며, 반대로 너무 시간이 지나 겔화단계를 넘어 고결되었을 경우 본 주입재가 지반내로 주입되지 못하는 경우가 발생된다. 실링재의 유동성이 없어져 겔화 상태로까지 걸리는 시간에 따라 강관다단 그라우팅의 공사시간이 결정되며, 이는 전체 터널의 공사기간과 밀접한 관련이 있어 중요한 요소 중에 하나이다. 따라서 본 연구에서는 실링재 본연의 역할과 기능을 할 수 있을 뿐 아니라 공사기간을 단축시킬 수 있도록 실링재의 겔화시간을 단축시킬 수 있는 칼슘알루미네이트 재료를 개발하였고, 실링재 겔화 여부를 판단하는 방법에 대해 제시하고, 아울러 실링재의 겔 상태에서 블리딩율에 대해서도 각 품질기준과 시험방법에 대해 제안하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권3호
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• pp.167-183
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• 2021

고준위방사성폐기물 처분장의 장기 안전성 확보를 위해서는 공학적방벽 및 천연방벽 내에서 발생하는 복잡한 열-수리-역학-화학적(THMC) 복합거동 해석에 대한 이해가 필수적이다. 특히 고준위방사성폐기물에서 발생하는 열로 인해 암반 및 완충재 내의 지하수에서 압력 증가 및 상변화가 발생하게 되며, 지하수의 유입으로 인해 공학적방벽 내 포화도가 변화하게 된다. 또한 포화도의 변화는 완충재 내에서의 열전달 및 다상 유동 특성에 영향을 미치게 된다. 따라서 복합거동 특성의 복잡성으로 인해 수치해석은 처분시스템에서의 THMC 복합거동 평가와 예측 및 안전성 평가에 있어 강점을 지니고 있으며, DECOVALEX 국제공동연구는 THMC 복합거동에 대한 이해도 증진 및 해석기법 검증을 목적으로 1992년부터 시작되었다. 국내에서는 2008년부터 한국원자력연구원이 지속적으로 참여하여 연구를 수행하고 있으며, 본 기술보고에서는 현재 진행 중인 DECOVALEX-2023의 주요 연구내용을 국내 암반 및 지반공학자들에게 소개하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권6호
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• pp.573-590
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• 2020

본 논문에서는 국제공동연구인 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 연구 현황과 현재까지 수행된 benchmark 해석 결과를 소개하였다. Task G의 명칭은 'Safety ImplicAtions of Fluid Flow, Shear, Thermal and Reaction Processes within Crystalline Rock Fracture NETworks(SAFENET)'로, 결정질 암반 내 균열의 생성과 성장 메커니즘 및 균열에서 발생하는 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. Task G의 첫 번째 연구 테마는 결정질 암석 내 단일 균열의 역학적 거동에 대한 해석해(analytical solution)를 바탕으로 각 연구팀의 수치모델링기법을 개발 및 검증하는 Benchmark 해석이다. 본 연구에서는 3차원 입자기반 개별요소모델을 이용하여 단일 균열을 포함한 암석의 역학적 거동 특성을 모델링하고자 하였다. 이 모델에서는 상호독립적으로 거동하는 개별입자의 집합체를 통해 암석의 구조적 특징을 모사하고, 입자와 입자간 접촉에서 발생하는 역학적 거동을 개별요소해석모델인 3DEC을 통해 계산하게 된다. 해석 결과, 도메인의 경계응력으로 인해 균열에 유도되는 수직응력과 전단응력 수준은 변위 구속과 응력 재배치로 인해 이론적인 수치보다 낮게 나타났다. 그러나 수치모델에서 계산된 수직변위와 전단변위는 실제 균열의 유도 응력을 통해 추정된 해석해와 비교할 때 상당히 유사한 결과를 보였으며 균열의 응력-변위 관계를 합리적으로 재현할 수 있음을 확인하였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 터널과지하공간
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• 제32권2호
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• pp.160-172
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• 2022

현재 국내 화약류 간이저장소에 대한 설계 규정은 화약류 저장량이 적다는 이유로 구조기준은 구조물의 벽체 종류 및 두께에 대한 기준만이 제시되어 있다. 이러한 이유로 간이저장소 내부 폭발 시 2차 피해에 대한 우려가 있어 현재의 기준에 대한 재검증이 필요하다. 본 연구에서는 간이저장소 내부에서 TNT 15 kg 폭발을 가정하여 강건설계 실험설계법 및 수치해석을 실시하였다. 수치해석 결과를 토대로 동일 시간 조건에 발생하는 구조물의 변위를 분석하였으며 이를 통해 기여도 평가를 실시하였다. 기여도 평가 결과 콘크리트 두께가 가장 기여도가 높은 것으로 파악되었으며, 콘크리트 강도 및 철근 배열의 경우 콘크리트 두께에 비하여 낮은 수준의 기여도를 보였다. 철근 직경의 경우 구조물 변위에 대한 기여도가 현저히 낮은 것으로 파악되었다. 또한 현재 적용되고 있는 간이저장소에 대한 구조기준은 방폭성능이 부족하여 새로운 설계기준을 제시할 필요가 있었으며 이를 위해 추후 해석 및 실제 실험에 적용할 설계 인자를 선정하였다. 콘크리트 두께의 경우 발생 변위의 양상을 고려하여 15 cm, 콘크리트 강도는 입구 배출 압력을 고려하여 일반 콘크리트, 철근 배열은 발생 변위의 평균이 가장 작은 인자, 철근 직경의 경우 발생 변위의 차이가 낮아 경제성을 고려하여 가장 작은 수준의 인자를 설계변수로서 선정하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.520-533
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• 2021

갱내채광개발의 안정성 문제로 굴착단면을 축소하였을 때 발생한 경제적 손실을 최소화하기 위해 발파효율을 증가시킬 필요가 있으며, 이를 위해 새로운 발파 설계를 제안하였다. 본 연구에서는 현장의 생산발파, 생산발파에 확대공을 2열 추가한 1차 제안발파 그리고 확대공에 1열만 추가하여 비대칭을 이루는 2차 제안발파의 발파효율을 비교하였다. 발파효율 평가지표로는 굴진율과 파쇄입도로 선정하였다. 굴진율의 경우 일반대비 1차 제안발파는 6.07%, 2차 제안발파는 4.65% 향상하였고, 파쇄입도의 경우 P80 기준으로 일반발파 대비 1차 제안발파는 약 58%, 2차 제안발파는 약 47% 파쇄입도가 감소하였다. 평가지표에 따라 1차 제안발파가 2차 제안발파보다 좋은 발파효율을 보이지만, 평가지표의 결과의 차이가 미비하여 1차 제안발파에 추가적으로 소요된 작업시간과 비용을 고려하였을 때 2차 제안발파인 비대칭 V-cut이 현장에 더 적합한 발파설계라 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.263-278
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• 2022

본 논문에서는 가소성 특성을 지니는 TBM 뒤채움재의 개발과 성능을 연구하기 위하여 실험한 내용을 다루고 있다. 쉴드 TBM 굴진 시 배면을 충전하는 방법으로 현재 LW 뒤채움재를 사용해오고 있는데, LW 뒤채움재는 강도 저하로 인한 침하발생, 지하수에 의한 재료분리, 가소성 저하와 같은 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 개발한 무기질계 가소성 뒤채움재의 성능을 분석하기 위해 실내시험과 모형실험을 수행하였다. 실내시험 결과, 무기질계 가소성 뒤채움재는 LW 뒤채움재 대비 재령 1시간의 일축압축강도가 12배 이상 높게 나타났고 블리딩률은 8.3배 이상 낮게 측정되었으며 플로우 값은 27배 이상 높게 나타났다. 이러한 결과로 미루어볼 때 무기질계 가소성 뒤채움재가 강도 저하, 재료분리, 주입성면에서 LW보다 성능이 우수한 것으로 판단된다. 또한 충전 성능을 분석하기 위해 모형 주입장치 시험기를 제작하였고, 수중에서 재료분리 발생여부를 육안으로 확인하였으며, LW 뒤채움재보다 ITB의 충전율이 20% 이상 높게 나타났다. 이는 무기질계 가소성 뒤채움재가 지하수에 의한 재료분리를 방지하며, 터널의 공동 발생을 억제시킬 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.451-463
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• 2022

수직갱도에서 붕괴사고가 일어났을 때, 붕괴현장의 위험도를 신속하게 평가하는 것은 매우 중요하다. 사고현장에서 추가적인 붕괴 위험 때문에 인력을 투입한 직접적인 조사는 불가능하다. 수백 미터 심도를 갖는 수직갱도에서는 무선 신호의 한계와 와류 때문에 고속 라이다 센서를 장착한 드론을 이용한 조사가 불가능하다. 기존 연구에서는 견인방식을 이용한 단일채널 Lidar 센서를 3차원 형상화 장비가 구현되어 적용되었다. 관성(IMU)센서 데이터를 바탕으로 탐사시 발생하는 회전 운동과 진자운동에 대한 보정이 이루어졌고, 인접 측정데이터 간의 유사성 검토를 통해 정밀 보정을 수행하였으나 탐사 깊이가 깊어질수록 오차가 누적되는 현상이 발견되었다(Kim et al.(2020)). 본 논문에서는 다중채널 Lidar 센서를 적용하여 견인장치에 의해 상승이동하면서 연속적인 단면데이터가 수집되었다. 다중채널 Lidar의 방사 특성 때문에 발생하는 데이터 중첩성을 이용하여 동일 심도의 측정데이터 간의 유사성을 통해 회전운동을 정밀 보정하기 위한 기법이 적용되었다. 180 m 심도의 수직갱도에서 구현된 탐사장비를 이용하여 0~165 m 구간이 조사하여 수직갱도의 형상이 3차원 그래픽으로 재구성되었다.