• Geomechanics and Engineering
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• 제12권4호
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• pp.595-609
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• 2017

Due to high in-situ stress and brittleness of rock mass, the surrounding rock masses of underground caverns are prone to appear splitting failure. In this paper, a kind of loading-unloading variable elastic modulus model has been initially proposed and developed based on energy dissipation principle, and the stress state of elements has been determined by a splitting failure criterion. Then the underground caverns of Dagangshan hydropower station is analyzed using the above model. For comparing with the monitoring results, the entire process of rock splitting failure has been achieved through monitoring the splitting failure on side walls of large-scale caverns in Dagangshan via borehole TV, micro-meter and deformation resistivity instrument. It shows that the maximum depth of splitting area in the downstream sidewall of the main power house is approximately 14 m, which is close to the numerical results, about 12.5 m based on the energy dissipation model. As monitoring result, the calculation indicates that the key point displacement of caverns decreases firstly with the distance from main powerhouse downstream side wall rising, and then increases, because this area gets close to the side wall of main transformer house and another smaller splitting zone formed here. Therefore it is concluded that the energy dissipation model can preferably present deformation and fracture zones in engineering, and be very useful for similar projects.

• 터널과지하공간
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• 제23권4호
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• pp.319-325
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• 2013

본 연구의 목적은 지하공동 내에 고압 압축공기를 저장하는 경우 발생할 수 있는 리스크를 평가하는 것이다. 문헌 조사와 CAES의 특성에 대한 연구를 통해 CAES 지하 저장 공동 개발과 관련된 리스크 요인을 선정하였다. 대분류 리스크 요인으로 기획 설계단계, 시공단계, 운영 유지관리단계의 3개를 고려하였으며, 중분류 리스크 요인으로 8개를, 소분류 리스크 요인으로 총 24개의 리스크 인자들을 선정하였다. 전문가 설문을 통해 얻어진 자료를 분석하기 위하여 AHP 기법을 적용하였으며 리스크 상호 간 상대적 중요도를 평가하였다. 해석 결과 대분류에서는 운영 유지관리단계 리스크, 중분류에서는 품질 안전 관련 리스크, 소분류에서는 압축공기 저장용 내조시스템의 기밀성 확보 실패가 가장 큰 리스크로 평가되었다.

• Earthquakes and Structures
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• 제13권6호
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• pp.519-529
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• 2017

The surrounding rocks of underground openings are natural materials and their mechanical behavior under seismic load is different from traditional man-made materials. This paper proposes a framework to comprehensively model the mechanical behavior of surrounding rocks. Firstly, the effects of seismic load on the surrounding rocks are summarized. Three mechanical effects and the mechanism, including the strengthening effect, the degradation effect, and the relaxation effect, are detailed, respectively. Then, the framework for modelling the mechanical behavior of surrounding rocks are outlined. The strain-dependent characteristics of rocks under seismic load is considered to model the strengthening effect. The damage concept under cyclic load is introduced to model the degradation effect. The quantitative relationship between the damage coefficient and the relaxation zone is established to model the relaxation effect. The major effects caused by seismic load, in this way, are all considered in the proposed framework. Afterwards, an independently developed 3D dynamic FEM analysis code is adopted to include the algorithms and models of the framework. Finally, the proposed framework is illustrated with its application to an underground opening subjected to earthquake impact. The calculation results and post-earthquake survey conclusions are seen to agree well, indicating the effectiveness of the proposed framework. Based on the numerical calculation results, post-earthquake reinforcement measures are suggested.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 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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• 제26권6호
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• pp.455-465
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• 2016

광물자원 채굴을 위한 지하 채굴공동의 붕괴는 인간이 생활하고 있는 지역의 지반침하 피해를 유발할 수 있다. 지반침하를 방지하기 위하여 과거 광산지역에 대한 도면이나 사진 자료는 광해방지사업을 위하여 중요한 정보가 되고 있다. 광산지역의 조사, 광산 안정성 평가, 보강공사 등 일련의 과정은 통상적으로 과거 폐광산의 도면 및 사진정보에 근거하여 수행된다. 한국은 일제강점기 및 1960년대 광산 활황기에 수많은 광산이 무질서하게 개발되었다. 그러나 광산 관련 정보는 사용에 제한적인 상황이며, 시간이 지남에 따라 더 희소해질 것으로 본다. 한국광해관리공단은 현실적인 대안을 수립코자 한다. 본 연구에서는 과거 광산개발 굴진에 관련한 대한 기초정보를 통계적으로 검토하고, 진보된 폐광산 지하공동 측정기술에 대하여 연구하였다. 한국의 1,784개 폐광산에 대한 4473개 갱도(갱구) 조사자료를 수집하여 정리하였다. 분석결과, 한국의 소규모 갱도(갱구) 평균 수치는 높이 1.982 m이며, 폭 1.959 m로 분석되었다. 또한 형상계수(shape factor, S)의 평균값은 0.485로 분석되었다. 이러한 폐광산 수치 자료는 한국의 폐광산을 이해하고 연구하는 데 도움이 된다. 따라서, 광산 지하공동 측정기술의 발전은 미래의 광산 지반침하방지사업의 효율화에 기여할 것으로 본다.

• 한국측량학회:학술대회논문집
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• 한국측량학회 2010년 춘계학술발표회 논문집
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• pp.267-270
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• 2010

In filtering of urban lidar data, low outliers or opening underground areas may cause errors that some ground points are labelled as non-ground objects. To solve such a problem, this paper proposes an automated method which consists of RANSAC algorithm, one-dimensional labeling, and morphology filter. All processes are conducted along the lidar scan line profile for efficient computation. Lidar data over Dajeon, Korea is used and the final results are evaluated visually. It is shown that the proposed method is quite promising in urban dem generation.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 세계 도시지반공학 심포지엄
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• pp.591-604
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• 2009

This paper presents some important issues in modeling rock behaviour around an underground opening at depth which characterized as stress-induced fractural failure of rock. Unlike other conventional modeling approaches, stress-induced rock failure is highly complex process due to its own heterogeneous and discrete natures. Because of this complexity, many researchers has been struggled to mimic such processes as close as possible to reality with various approaches in both analytical, and numerical approaches for past few decades. Such approaches which are based on continuum mechanics, analytical fracture mechanics, and DEM(Discrete Element Method) were explored in this paper, and fundamental shortcomings for each approaches were illustrated here. In addition, DEM approach using $PFC^{2D}$(Particle Flow Code) was also implemented and illuminated in this paper and discuss the improvement and considerations for the future research.

• Computers and Concrete
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• 제1권1호
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• pp.15-30
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• 2004

In this study, a design process for reinforced concrete structures using the nonlinear FEM analysis is developed. Instead of using the nonlinear analysis to evaluate the required performance after design process, the nonlinear analysis is applied before designing the reinforcement arrangement inside the RC structures. An automatic reinforcement generator for computer aided reinforcement agreement is developed for this purpose. Based on a nonlinear FEM program for analyzing the reinforced concrete structure, a smart fictitious material model of steel, is proposed which can self-adjust the reinforcement to the required amount at the cracking location according to the load increment. Using this tool, the reinforcement ratio required at design load level can be decided automatically. In this paper, an example of RC beam with opening is used to verify the proposed process. Finally, a trial design process for a real size underground RC LNG tank is introduced.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.217-228
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• 1999

본 논문에서는 절리암반에서 발생하는 지하수 유동과 굴착된 지하공동으로의 지하수 유입량을 해석하는 대표체적법, 비대표체적법 및 절리망 해석법을 소개하고 절리의 수와 공동의 직경을 변화시키면서 각 해석법의 특징과 결과를 비교하였다. 선처리 과정으로서 다수의 절리가 서로 교차하는 절리암반의 등가 수리전도계수를 산정하는 이론과 계산 과정(일명, 순차적 해석)이 소개되었다. 유한요소망과 절리도 및 순차적 해석을 이용하여 445개 요소 각각의 등가 수리전도계수를 계산하였으며 절리암반의 비균질 수리전도성과 대표물성 결정에 관해 논의하였다. 대표체적법에서는 대표물성을 통해 절리암반의 균질화가 이루어졌으며 따라서 절리밀도, 공동의 직경 및 수리전도대비의 증가에 따른 지하수 유입량의 증가도 규칙적이며 일관성 있는 경향을 보였다. 비대표체적법에서는 암반의 비균질성이 요소 단위로 해석에 반영됨으로써 유입량의 변화 양상은 불규칙하였으나 특성 치수가 증가함에 따라 대표체적법의 결과에 접근하는 경향을 보였다. 절리망 해석은 절리밀도, 공동크기 및 절리망과 공동의 교차 여부 등에 가장 민감하게 반응하였으나 해석결과의 신뢰도가 개별 절리에 관한 자료에 너무 의존하게 되는 단점이 있다. 제한된 범위에서 수집될 수밖에 없는 현장 절리자료의 불확실성을 감안할 때 대표체적법과 비대표체적법이 실질적으로 더 합리적인 해석방법으로 인식되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.17-30
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• 2009

지하에 공동을 건설하는 터널 공사의 경우 초기 응력의 집중 및 발파와 같은 시공단계에서의 과도한 에너지의 적용으로 인하여 주변 암반에 손상을 발생시킨다. 이러한 손상의 발생은 터널에 작용하는 하중 및 터널 주변 암반의 흐름조건에 상당한 영향을 끼친다. 이러한 이유로 터널 주변에 발생하는 손상구간에 대하여 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 유사암석으로 제작된 공동이 존재하는 절리모델의 이축압축실험을 통하여 공동주변의 손상발생을 연구하였다. 절리면은 수평면과 $30^{\circ}$, $45^{\circ}$, $60^{\circ}$의 조건으로 형성되었으며, 초조강시멘트 재료를 이용하여 유사절리모델을 제작하였다. 이축압축 실험결과 공동주변에서는 절리면에 수직한 방향으로 인장균열의 발생이 관측되었으며, 균열의 진행으로 인하여 암반블록이 형성되었으며, 진행하는 인장균열이 다른 절리면에 도달하여 암반블록이 완전히 형성된 경우 탈락하는 과정을 보였다. 이러한 인장균열의 진전은 절리면의 각도에 따라 상이한데 절리면의 각도가 클수록 안정적이며 진행성의 균열 진전 양상이 관측되었다. 이러한 인장균열의 발달은 절리면으로 구성된 암편을 보로 가정 할 경우 공동의 곡률로 인한 기하학적 형상의 불규칙성으로 인하여 모멘트가 작용하는 것으로 판단된다. 이상의 실험결과를 입자요소해석 방법을 기반으로 하는 PFC 2D를 이용하여 모사하였다. 해석결과 실험에서 관측한 바와 같이 절리면 각도가 작을수록 손상대의 폭은 넓어지며 인장균열의 진행에 의한 암반블록의 형성이 관측되었다. 또한 상호작용이 발생하는 균열을 조사한 결과 수치해석에서도 절리면의 각도가 작은 조건에서 진행성의 파괴가 나타났다.