• 터널과지하공간
• /
• 제20권5호
• /
• pp.352-359
• /
• 2010

병설터널에서 근접 굴착으로 인한 영향은 터널간 이격거리에 따라 달라진다. 본 논문에서는 수평절리암반에 형성된 병설터널의 이격거리에 따른 영향을 파악하기 위하여 콘크리트 블록으로 균일 수평 절리 모형 지반을 조성하고 이격거리를 변화시키면서 모형터널을 설치한 후에 대형 모형실험을 수행하였다. 병설터널의 이격거리(필라폭)는 터널 폭 D를 기준으로 0.29D, 0.59D, 0.88D, 1.18D로 변화시켰다. 실험중에 필라 응력, 터널변위, 지반 변위를 계측하였다. 측압계수는 1.0을 유지하였다. 실험결과, 터널 및 주변지반의 변위와 필라 응력은 필라 폭이 감소함에 따라 증가하였다. 각 계측항목에서 최대 변화폭이 발생하는 단계는 후행터널의 상반굴착 직후로 나타났다. 병설터널 굴착 시 가장 큰 영향을 받는 위치는 필라부와 맞닿아 있는 선행터널의 어깨부로 확인되었다. 이러한 결과는 병설터널의 안정성은 시공 시 천단변위보다 내공변위 관리를 통해 평가되어야 한다는 것을 보여준다. 또한, 병설터널의 영향권이 양호한 지반조건에 대한 경험이론의 근접시공 영향권(0.8D~2.0D)보다 근접한 0.59D~0.88D 범위에서 형성되었으며 이러한 영향범위 감소는 병설터널의 안정성에 수평절리의 영향이 있는 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권5호
• /
• pp.344-351
• /
• 2010

닫힌 균열을 따라 발생하는 전단거동을 Mode II 크랙의 시작과 진행으로 묘사할 수 있다. 파괴역학 이론에서는 순수 Mode II 재하에서 일반적으로 고유물성으로 인식되는 에너지 방출율(GII, Engergy Release Rate)이 한계점($G_{IIC}$)에 도달했을 때 전단거동이 시작된다고 예측한다. 지난 몇 년간 퍼듀대학의 암반공학그룹은 한계 에너지 방출률($G_{IIC}$)의 구속응력(normal stress)과 닫힌 균열의 거칠기에 대한 관계를 실험적으로 접근해왔다. 먼저 많은 실험들이 아크릴 재료를 대상으로 실행되었는데, 이는 광탄성(Photoelastic) 방법을 이용한 균열 끝(fracture tip)의 응력 집중 영역을 시각화하는 것을 가능케 해 주었다. 그 다음 실험 연구는 비교적 낮은 압축강도를 지닌 균질한 석고에 시행되었고, 최근에는 더 높은 압축강도를 지닌 재료를 대상으로 실험연구를 수행하였다. 그 예로 시멘트로 만든 시료 불록에 직접 전단 실험을 하였는데, 이전의 실험들과 마찬가지로 불연속면의 최대마찰각(Peak Friction Angle)이 잔류 마찰각(Residual Friction angle)과 비슷할 때만이 $G_{IIC}$가 재료의 고유물성으로 간주 될 수 있다는 점을 확인할 수 있었다. 그렇지 않은 경우에 한계 에너지 방출율($G_{IIC}$)은 구속응력과 함께 증가한다.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권6호
• /
• pp.475-490
• /
• 2010

L 석회석 광산에서 폐석 덤핑 투하 지점이 놓인 위치에 따라 폐석층 또는 암반층에 따라 구분하고 총11개의 폐석 적치장중 7개소를 대상으로 사면안정해석을 수행하였다. 폐석층에 대해서는 Bishop 법을 이용한 원호파괴 해석과 유한요소법을 적용하였으며, 암반층은 평사투영법에 의해 잠재적인 파괴 가능성을 분석하고 한계평형법 해석에 의해 안전율을 산정하였다. 또한 암반사면의 전체적인 거동을 파악하기 위해 유한요소법을 적용하였다. 이 때 유한요소법으로 사면의 안정성을 안전율로 표시하기 위하여 강도감소법을 이용하였다. 안정 해석결과 폐석층 사면은 D 지역에서, 그리고 암반층의 경우 F와 G 지역에서 사면의 안정성 확보가 곤란한 것으로 평가되었으며, 아울러 폐석 적치장의 해석결과를 토대로 안정성을 확보하기 위한 방안을 제시하였다. 즉, D 지역의 사면은 파괴 활동면을 벗어난 지역에서 덤핑 후 도져에 의해 Push하는 방안이 필요하며, F와 G지역은 단층대 발달이 없는 지역으로 덤핑-투하 지점을 이동하여 적치하는 방안을 추천하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권6호
• /
• pp.455-464
• /
• 2010

평면이방성 암석의 특성을 실험적으로 규명하기 위하여 이방성각도에 따른 일축압축강도 및 변형률, 탄성상수의 변화를 분석하였다. 실험에는 유상구조가 뚜렷한 유문암의 7개의 서로 다른 각도를 갖는 총 35개 시험편을 사용하였다. 본 연구의 제 1보에서는 시험자료의 각도에 따라 개별적인 분석을 주로 논의하였으며, 제 2보에서는 이들 자료를 종합적으로 검토할 것이다. 수평 및 수직시료에서는 가정식을 적용하지 않고 4개의 탄성상수를 얻을 수 있기 때문에 이들의 크기는 참값이라 결정할 수 있다. 변형률 측정에서 각도에 따라 자료의 분산 정도가 달라지는데, 작은 각도에서는 큰 각도보다 분산이 크게 나타났다. 겉보기 탄성계수의 변화는 각도에 따라 M자 또는 U자 형태로 측정되었다. 낮은 각도에서는 겉보기 탄성계수의 변화가 단조증가의 경향을 보이지 않으므로 Saint-Venant 식을 적용될 수 없으며, E1의 크기는 참값범위에 포함되는 값을 얻을 수 없다. 75도 각도의 시료는 변형률과 강도의 측정 편차가 가장 작게 나타났으며, 해석된 4개의 모든 탄성상수가 참값의 범위에 포함되었다. 따라서 만약 한 개의 시험편에서 평면이방성의 탄성상수를 얻고자하는 경우에, 이방성각도가 75도 근처의 시험편을 선정하는 것이 바람직하다.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권2호
• /
• pp.105-111
• /
• 2010

본 연구에서는 연약지반기초 및 암반사면 거동 계측 도구로서 스파이럴 볼트 변형률계의 적용 가능성을 살펴보고자 한다. 이 변형률계가 지중에 설치되었을 때, 지반에 대한 인발 저항성이 높아 지반 보강용으로 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 유연성의 특징을 가지고 있기 때문에 지반의 거동 상태를 파악하는데 유용하게 이용될 수 있다. 연약지반기초에 대한 스파이럴 볼트의 변형률 계측결과, 변형률 측정 초기에는 안정한 상태를 보이다가 400일이 경과한 시점에서는 스파이럴 볼트 변형률계의 윗부분과 중간부분에서 큰 변화가 관찰되었다. 이러한 변화는 동일한 시기에 강수량 증가와 함께 빈번하게 발생한 진도 1~2의 지진에 의한 영향으로 지반이 이완되어 야기한 것으로 분석된다. 암반사면에 대한 스파이럴 볼트의 변형률 계측결과, 측정시작일로부터 50일 동안에 안정한 상태를 보였으며 50~160일 기간에는 매설길이 4.2 m 지점(P6)의 변형률 게이지에서 가장 큰 변형률을 보였다. 그러나 P6 변형률 게이지를 제외한 나머지 게이지는 특이한 변화를 보이지 않았다. 스파이럴 볼트 변형률계의 측정결과를 종합적으로 살펴보면 측정대상인 연약지반기초와 암반사면은 안정적인 것으로 판단된다. 본 연구에서 소개하는 스파이럴 볼트 변형률계는 연약지반기초 및 암반사면 거동의 모니터링과 동시에 대상지반의 보강에 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권2호
• /
• pp.97-104
• /
• 2010

가속 크리프 거동을 보이는 재료의 파괴를 설명하기 위하여 재료 파괴식($\ddot{\Omega}=A{(\dot{\Omega})}^\alpha$, $\Omega$는 변위와 같은 측정가능한 양을 나타낸다)이 사용된다. 상수 A와 $\alpha$는 주어진 측정 자료를 곡선적합하여 얻는다. 본 연구에서는 재료 파괴식을 이용하여 터널의 파괴시간을 예측하였고, 재료 파괴식을 적용하기 위하여 4가지 곡선적합기법이 사용되었다. 4가지 곡선적합기법 중 로그속도-로그가속도기법, 로그시간-로그속도기법, 역속도법은 선형최소자승법을 이용하고 비선형최소자승기법은 Levenberg-Marquardt 알고리즘을 이용한다. 로그속도-로그가속도기법은 재료 파괴식을 대수형태로 만들어 해석을 하기 때문에 터널의 파괴시간 예측에 재료 파괴식을 적용하는 것이 타당한지에 대한 근거를 제시한다. 로그속도-로그가속도기법에 따른 자료의 상관계수가 0.84로 비교적 높게 나타났기 때문에 재료 파괴식을 터널의 파괴시간 예측에 적용하는 것이 타당하다고 판단된다. 실제 파괴시간과 4가지 곡선적합기법으로부터 얻은 예측 파괴시간을 비교한 결과 로그시간-로그속도기법이 가장 우수한 결과를 보여주는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권6호
• /
• pp.399-407
• /
• 2010

최근 발생한 19개의 중규모 지진으로부터 관측된 지반진동 파형을 이용하여 수평 응답스펙트럼을 분석하고 결과를 국내 원자력 관련 구조물의 내진설계 기준과 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준과 각각 비교하였다. 연구에 이용된 지반진동은 수평성분 130 개이며 고유진동수별 지반응답을 구하고 최대 지반 가속도 값을 이용하여 정규화 분석을 수행하였다. 연구결과에 의하면 진앙거리 의존성이 대단히 큼을 보여주었다. 또한 국내 원자력시설물의 내진기준으로 이용되고 있는 Reg. Guide 1.60과 비교한 결과 특히 약 5 Hz 이상의 높은 고유진동수 영역에서 Reg. Guide 1.60 보다 높은 값을 보여 주었다. 또한 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준인 표준 설계응답스펙트럼을 3개 지반조건에 적용한 결과를 분석 자료와 동시에 비교한 결과 약 0.3초 이하의 단주기 영역의 전체 대역(SD 지반조건)에서 수평 성분 자료처리 결과가 기준을 크게 초과하는 현상을 보여 주었다. 물론 이러한 현상은 국내 지각의 고유진동수별 감쇠 및 부지 직하부의 감쇠 특성 등과 복합적으로 관련되어 발생한 현상으로 판단된다. 향후 국내 지진활동 실정에 적합한 내진설계 기준 마련을 위해 관측자료의 질적향상 및 양적인 축적 등을 통하여 특히 수평 성분의 약 5 Hz 이상의 고주파수 대역에서 수평응답스펙트럼 기준의 보수성을 심각하게 고려할 필요가 있다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권3호
• /
• pp.169-179
• /
• 2013

치밀 또는 셰일가스층과 같은 비전통 저류층에서 물성을 구할 때 기존의 전통 가스정 시험법을 적용하면 올바른 결과값을 얻을 수 없다. 일반적으로 셰일가스 저류층에서는 지층의 저투과성으로 인해 유동 속도가 느려 방사형 유동 구간이 나타나기까지의 시간이 매우 오래 걸리며 수압파쇄 후에는 방사형 유동 구간이 전혀 나타나지 않을 수도 있다. 이로 인해 시험 비용이 많이 들 뿐만 아니라 결과값의 정확도 또한 매우 낮다. 이러한 이유로 셰일가스 저류층 물성 분석법으로 DFIT(diagnostic fracture injection test)이 새롭게 주목받고 있다. 수압파쇄 전에 수행되는 DFIT은 셰일가스의 중요성이 커져감에 따라 저류층의 물성을 얻기 위한 가장 실용적인 방법 중의 하나로 알려져 있다. DFIT 데이터를 분석하는 방법에는 여러 가지가 있으며 한 가지 방법으로는 데이터를 잘못 분석할 수 있기 때문에 다양한 방법을 통해서 종합적으로 물성을 분석하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이러한 다양한 DFIT 분석법들에 대해 설명하고 이를 통해 3개 저류층의 DFIT 데이터에서 여러 가지 분석법들이 어떻게 적용되는지 비교, 분석하여 정확한 저류층 물성을 얻고자 하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권3호
• /
• pp.241-259
• /
• 2013

충전층을 이용한 열에너지저장 시스템은 자갈이나 콘크리트와 같은 열저장매질과 공기나 오일과 같은 열전달유체를 이용하여 현열에너지를 저장하는 방식으로서, 저장매질의 경제성과 화학적 안정성, 시스템 구축의 용이성 등 많은 장점이 갖는다. 본 연구에서는 충전층을 이용한 열에너지저장 기술에 대하여 개략적으로 소개하고, 이러한 열에너지저장소의 에너지 수지와 성능 효율을 분석하기 위한 수치 모델을 제시하였다. 유한차분법을 이용하여 저장소 내 1차원 비정상 열전달 해석을 수행하였으며, 반복적인 주입과 토출에 따른 충전층의 온도분포와 외부로의 손실 에너지를 계산하였다. 해석모델은 AA-CAES(advanced adiabatic compressed air energy storage)와 연계된 고온의 열에너지저장시스템으로 저장소가 지하암반 내에 위치하는 경우와 지상에 위치하는 경우를 모사하고, 성능효율 및 열손실률을 비교 분석하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제18권2호
• /
• pp.98-106
• /
• 2008

암질이 불량한 암반에 터널이 굴착되는 경우 터널의 주변 암반은 그라우팅, 록볼트 설치 등의 보강법을 활용하여 일정 깊이까지 보강이 이루어진다. 터널보강의 효과를 수치해석적으로 계산하기 위해서는 보강재를 직접 요소로 표현하거나 보강영역의 등가물성을 활용하는 방법이 적용될 수 있다. 이 연구에서는 후자의 목적에 이용될 수 있는 원형터널의 탄소성 해석을 위한 간단한 수치해석 기법을 개발하였다. 정수압조건의 초기응력이 작용하는 Mohr-Coulomb 암반에 굴착된 원형터널이 고리형태로 일정 깊이까지 보강된다면 보강대는 원 암반과 물성의 차이를 보인다고 가정할 수 있다. 보강대와 보강대를 제외한 가상의 터널에 대해 각각 Lee & Pietruszczak (2007)가 제안한 탄소성 해석법을 적용하고 적합조건을 만족하도록 두 영역의 해석결과를 연결시키는 방법으로 보강대 효과를 계산할 수 있는 탄소성 수치해석법을 개발하였다. 상업코드인 FLAC을 활용한 해석결과와 비교를 통하여 개발된 방법의 정확성을 검증하였다. 해석결과 보강대의 변형계수와 강도정수의 변화를 고려한 응력 및 변위 분포는 균질한 암반을 가정한 해석결과와 큰 차이를 보여주었다.