• 터널과지하공간
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• 제27권3호
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• pp.132-145
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• 2017

과거 도로터널 환기에 있어서 충격 손실은 설계에 반영되지 않았지만, 터널 내 네트워크형 구조로 인해 분기 합류부가 존재하는 복층 도로터널에서는 충격 손실에 의한 압력 손실이 크게 발생할 것이다. 이에 본 연구에서는 네트워크형 구조를 가지는 복층 도로터널 최적 환기 설계를 위하여 분기 합류 지점에서 발생하는 충격 손실에 대한 3D 전산유체역학(CFD) 수치해석 연구를 수행한다. 이를 위해 복층 도로터널 표준단면을 적용한 실제 스케일 모델을 활용하여 전산 유체 역학을 수행하였고 다양한 각도와 차도폭에 대한 충격 손실 계수를 도출하여 기존의 설계 값과 비교 분석하였다. 연구 결과, 분기 구간에서는 30도의 분류 각도를 가진 모델의 충격 손실 계수가 높게 측정되었고, 합류 구간에서는 2차선으로 설계된 모델의 충격 손실 계수가 낮게 측정됨을 확인할 수 있었다. 따라서 분기 합류 각도와 차도폭이 충격 손실 산정에 있어서 중요한 설계 요소가 될 수 있으므로 환기기 용량 산정에 있어서 정확한 설계 인자를 제시할 것으로 판단된다. 본 연구는 3D 전산유체역학(CFD)를 활용하여 확폭 교차 유 무에 따른 분기 합류 지점에서의 충격 손실 계수를 도출하고, ASHRAE 설계 값과 결과를 비교 분석하였다. 확폭 구간이 반영되지 않은 모델은 ASHRAE 값에 비해 최대 3배의 충격 손실 값을 확인하였고, 확폭 구간이 반영된 모델은 최대 2배의 값을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제27권3호
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• pp.146-160
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• 2017

세계 각국에서는 지구온난화 완화를 위한 이산화탄소 지중저장에 대한 관심이 높다. 본 연구에서는 이산화탄소 지중저장에 따른 수리-역학적 복합거동 해석을 위해 TOUGH2 와 FLAC3D 를 결합하고 이를 노르웨이 슬라이프너 프로젝트에 적용하였다. 수리-역학 해석에서는 공극압에 의한 현지응력의 변화를 고려하였으며 주입공 상부의 덮개암의 투수계수 변화에 따른 수리-역학적 영향을 분석하였다. 일정 속도로 이산화탄소를 주입하는 경우, 주입정에에서의 압력 및 포화도 변화, 암반에서의 포화도 변화, 시간과 위치에 따른 암반에서의 최대주응력 및 최소주응력의 변화, 주입 후 수직변위 및 수평변위의 변화를 파악할 수 있었다. 최대주응력은 주입초기에 빠르게 상승한 후 서서히 낮아지다가 초기 응력보다 높은 값으로 수렴하는 경향을 보였으며 최소주응력은 초기에 빠르게 증가하다가 초기값으로 복귀하는 경향을 보였다. 주입이 진행됨에 따라 지표에서는 융기가 점진적으로 발생하며 주입 후 2년이 경과한 시점에서 최대 15 mm 의 수직변위가 발생하였다. 덮개암의 투수계수를 $3e-15m^2{\sim}3e-18m^2$ 까지 변화시키면서 해석을 실시한 결과, 주입초기에는 투수계수에 반비례하여 주입공 압력과 지표면 융기가 증가하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권1호
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• pp.39-62
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• 2020

본 연구에서는 불포화토의 열-수리적 변화로 야기되는 역학적 거동 특성을 분석하고 장기 거동을 예측하기 위해 Barcelona Basic Model(BBM) 해석 모듈을 TOUGH2-MP/FLAC3D에서 구동할 수 있도록 개발하였다. 기본적으로는 TOUGH-FLAC에 BBM 해석 모듈을 개발하기 위해 사용된 선행연구의 방법과 마찬가지로 FLAC에서 제공하고 있는 Modified Cam Clay Model(MCCM)을 기반으로 User Defined Model(UDM)과 FLAC3D에서 제공하는 FISH function을 이용하였다. 본 연구에서 개발한 BBM 해석 모듈에서는 평균유효응력뿐만 아니라 흡입력의 변화에 따른 소성변형률을 모두 고려하였으며, 평균유효응력 및 흡입력 증가에 따른 항복면의 변화를 모두 반영할 수 있도록 하였다. 개발된 BBM 해석 모듈을 FLAC3D 매뉴얼에 기술되어 있는 MCCM 예제, BBM을 처음 제안한 선행연구에 언급되어 있는 예제들, 그리고 스웨덴 SKB 보고서에 언급되어 있는 실험실 시험 결과를 이용하여 검증하였다. 뿐만 아니라, 효과적인 BBM의 파라미터 도출을 목적으로 개발된 Quick tools의 검증을 위해 수행된 일련의 모델링 시험들을 동일하게 수행하고 선행연구에서 보고된 Quick tools와 Code_Bright의 결과와 비교함으로써 개발된 BBM 해석 모듈을 검증하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권2호
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• pp.164-179
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• 2020

지반구조물에 대한 한계상태설계법의 적용에 있어서 단위중량, 포아송비, 변형계수, 점착력 및 내부마찰각 등은 설계의 정확성 및 신뢰도 향상에 매우 큰 영향을 미치는 지반특성값이다. 특히 풍화토 및 풍화암 등 풍화대에 지반구조물이 위치하게 될 경우 이들 지반특성값 중에서도 점착력과 내부마찰각이 구조물과 지반의 하중 및 저항계수를 판정하는데 매우 높은 연관성이 있으며 따라서 공내전단시험과 같은 현장시험으로부터 구해지는 이들 지반정수의 정확한 산정은 지반구조물의 최적설계를 좌우하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 국내 38개 시공사례 분석을 통해 이들 지반정수들의 설계적용 사례를 검토, 현장시험의 중요성을 확인하였으며 이를 토대로 ASTM에서 규정하는 모든 표준절차를 반영하는 새로운 풍화대 강도특성 측정장치를 개발하였다. 또한 본 장비의 현장적용을 통해 시험장비 및 시험자의 주관적 오류에 의한 오차발생 가능성을 최소화한 장비의 개선성능을 확인하였으며, 이를 토대로 한계상태설계법의 적용 시 핵심 지반특성값의 정량적 산정을 위한 기틀을 마련하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권1호
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• pp.29-38
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• 2020

본 연구에서는 최근 10여 년 간 북한 광업 및 암반공학 분야의 발전 동향 및 최신 연구현황을 파악하기 위해, 2008-2017년 기간 출판된 북한 내 광업 관련 주요 학술지인 '채굴공학', '지질 및 지리과학', '기술혁신'을 대상으로 광업 및 암반공학 분야 연구논문의 투고 현황 및 연구 방법론을 분석하였다. 먼저 각 학술지에 수록된 연구논문의 서지정보 및 초록 자료를 정리하여 기초자료 데이터베이스를 작성하였다. 그리고 작성한 기초자료 데이터베이스를 활용하여 연구 분야별 학술지 투고 경향을 분석하였으며, 그 방법론 및 성과가 뛰어나다고 판단되는 연구논문에 대한 추가조사를 수행하여 북한 광업 및 암반공학 분야의 동향을 분석하였다. 연구동향 분석 결과, 최근 북한의 과학기술정책 변동 및 광업환경의 악화에 따른 정량화·자동화 경향성을 확인할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 북한 광물자원 개발 전략 수립 및 경제성 평가를 위해 활용 가능할 것으로 판단되며, 향후 남북 기술협력 및 북한 현지 조사를 통해 보완될 수 있을 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제15권2호
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• pp.157-167
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• 2005

암반 내 작용하는 초기응력은 굴착되는 공동의 안정성이나 파괴 거동을 평가하는데 요구되는 주요 매개변수들 중의 하나이며 그 중요성은 암반 구조물의 시공 심도가 깊어지고 단면 규모가 커질수록 증가하게 된다. 이 논문에서는 경기육괴의 동북부에 위치한 춘천-양구 산악지역의 초기응력 분포 특성을 파악하기 위한 연구를 수행하였다. 현장 초기응력 측정은 연구지역내 9개 개별 시추공을 대상으로 심도 220m\~290m 구간의 49개소에서 시행되었다. 모든 수압파쇄 균열 조사는 초음파 주사검층을 이용하여 수행하였다. 연구 결과 조사지역 내에서 분포 암종의 차이에 따라 서로 상이한 분포 특성을 나타내는 초기응력장이 관찰되었고 특히 심도 200 m 이상의 관입 화강암체내에는 3.0에 가까운 측압계수를 가지는 높은 수준의 과잉 수평응력장이 형성되어 있는 것으로 분석되었다. 그리고 조사지역내에서 초기응력 조건에 의한 취성파괴 가능성을 평가한 결과 화강암 분포 지역내 심도 100 m이상인 영역에서는 굴착된 암반 구조물 주변에서 취성파괴의 가능성이 있는 것으로 분석되었다.

• 터널과지하공간
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• 제15권2호
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• pp.111-118
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• 2005

연구지역은 옥천변성대에 속하며 단층파쇄대가 터널굴착방향과 평행하게 존재하여 막장면의 자립성 저하 및 이에 따르는 터널 주변지반의 이완 등으로 터널 내에 과도한 변위가 발생하였다. 이에 따라 단층파쇄대의 영향범위를 파악하고 특성을 분석하기 위하여 TSP(Tunnel Seismic Prediction)탐사를 수행하였다. 또한 막장면 조사와 시추조사를 병행 실시하여 거동원인을 분석하고 전방 파쇄대의 예측을 통하여 터널 굴착 및 지보에 영향을 주는 지질구조대나 용수대의 위치와 규모를 확인하였다. 조사결과를 토대로 터널형상 및 그에 따른 지층상태를 3차원으로 모델링 하였다. 모델링된 개체 내에 포함된 여러 변수(함유량, 물성치, 암반등급 등 모든 정량적인 수치)는 지구통계학적 기법을 통해 분석하였다. 모델링 결과를 분석하면 단층파쇄대에 의한 풍화대의 분포가 터널우측을 중심으로 발달하면서 좌측으로 그 범위가 감소하고 있다. 단층파쇄대는 주향 $N0\~5^{\circ}E$, 경사 NW의 방향성을 가지며, 여러 개의 지질이상대를 포함한 대규모의 파쇄대로 이루어진 것으로 확인되었다. 터널내 과대 변위는 해당구간에 밀집된 불연속면의 상호교차 및 단층대에 의한 터널 좌우측 암반강도 불균형으로 편하중이 발생한 것으로 판단되며 그라우팅 등의 터널보강공법이 필요한 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제15권3호
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• pp.223-227
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• 2005

국내의 일부 지역에서만 발견되는 유리질화산암중 삼호지역에 분포하고 있는 암석을 대상으로 암석의 물리적$cdot$역학적 특성에 대하여 살펴보았다. 본 연구를 수행하기 위하여 암석의 기본 물리적 성질 시험인 비중, 함수비, 흡수율, 공극률, 초음파 속도, 그리고 역학적 성질 시험인 일축 및 삼축 압축, 압열인장 강도, 점하중 강도 등 실내 시험 방법을 이용하였다. 유리질화산암에서 나타나는 비중의 크기는 2.28이였으며, 함수비와 흡수율은 $1.67\%$와 $1.72\%$로써 비슷한 값을 보였다 공극률은 3.87\%$로 낮게 나타난 반면, 초음파 속도는 P파가 5330m/s, S파가 2980 m/s로써 비교적 높은 값을 보였다. 유리질화산암의 압열인장 강도는 7.2MPa 점하중 강도는 2.6MPa로 나타났다. 점하중 강도로부터 추정한 일축압축 강도는 62.4MPa로 실제 일축압축 시험으로부터 구한 66.0MPa과 매우 잘 일치하였다. 일축압축 시험에서 구한 탄성계수 영률은 E=43.2 GPa이였으며, 포아송비는 v=0.28로 나타났다. 또한, Mohr-Coulomb 파괴포락선으로부터 구한 유리질화산암의 점착력은 c=20.1MPa 내부 마찰각은 $\Phi=28.6^{\circ}$로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제8권4호
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• pp.307-320
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• 1998

터널 라이닝은 터널의 최종 지보수단이며, 지반응력과 터널 지보재 사이의 상호작 용의 결과가 총체적으로 드러나는 면이다. 최근 콘크리트 라이닝에 발생하는 많은 균열로 인해 터널의 유지, 관리 측면에서 큰 어려움이 따르고 있어 이에 대한 해석이 요구되고 있 다. 본 연구에서는 실험과 수치해석을 통해 터널 라이닝의 역학적 거동 특성을 규명하였다. 특히 숏크리트오 콘크리트 라이닝을 모두 포함하는 복층 라이닝에대해 실험과 수치해석을 실시하여 두 라이닝 사이의 상호작용을 규명하였다. 실험은 터널 라이닝 모형 시험체에 대 해 하중, 측압, 라이닝 두께, 복층 라이닝, 복층 라이닝의 배면공동, 지반 모델 타설 등에 다양한 조건에 대해 실시하였다. 측압의 영향으로 라이닝 전반에 걸쳐 압축력이 분포하여 내하력을 증가시켰다. 라이닝의 두께가 50% 증가함에 Efkk 균열하중은 2배 정도 증가하였 다. 복층 라이닝의 배면공동으로 이해 라이닝의 내하력은 콘크리트 라이닝 두께 감소량고 k 같은 수준으로 감소하였다. 라이닝의 측벽부에 지반 모델을 타설한 경우 라이닝라이닝 어깨 부분의 밀림을 억제하여 균열하중 및 파괴하중이 크게 증가하였다. 수치해석에서는 인터페 이스 요소를 도입하여 복층 라이닝을 해석할 수 있는 수치해석 프로그램을 개발하여 실험 결과와 비교 해석을 실시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제16권3호
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• pp.251-258
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• 2006

본 연구에서는 공내재하시험으로 측정된 변형계수를 이용하여 RMR을 이용한 변형계수 추정 방법에 대한 국내 암반에서의 적용성을 평가하고, 암반의 변형계수에 영향을 미치는 여러 변수들과 변형계수와의 상관성 분석을 실시하였다. RMR을 이용하여 변형계수 예측을 위해 제안된 기존의 제안식은 변형계수를 과대 예측하고 있었으며, 암종별로도 추정값과 측정값이 상관성의 차이가 컸다. 암반 특성치로서 일축압축강도, RQD, 절리 상태, 절리 간격, 지하수 상태, 측정 심도를 주요 변수로 하여 암반의 변형계수에 미치는 영향에 대한 개개의 상관성 분석을 수행한 결과, RQD가 가장 높은 상관성을 보여 예비설계 단계에서 RQD만으로도 암반의 상태 및 변형계수를 추정할 수 있을 것으로 판단되었고 절리 간격과 절리 상태 의 경우 또한 암반 변형계수와의 상관성이 비교적 높은 것으로 예상되었으며, 일축압축강도는 변형계수와 밀접한 관계가 있음에도 불구하고 RMR값에 미치는 영향이 적기 때문에 상관성이 낮았다. 따라서 상관성을 높이기 위해서는 일축압축강도의 배점에 신경을 써야하고 일축압축강도 측정시 주의가 필요하다고 판단된다. 또한 지하수의 경우 점수 배점으로 평가되므로 시추자료로 변형계수를 평가하는데 한계가 있을 것으로 사료되어 평가에서 제외시키는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 앞으로 변형계수 및 암반 특성에 관한 자료 확보 및 연구를 통해 암반의 풍화도, 암반의 간극률, 절리 특성 등에 관한 보다 복합적인 결과 도출을 위하여 다변량 중회귀분석 등과 같은 다양한 접근을 통한 연구가 필요할 것으로 판단된다.