• Structural Engineering and Mechanics
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• 제78권5호
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• pp.637-649
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• 2021

Great efforts have been conducted to investigate the seismic performances of the arch and rectangular underground structures, however, the differences between seismic responses of these two types of underground structures, especially the vault radian influencing the seismic responses of arch structures are not clarified. This paper presents a detailed numerical investigation on the seismic responses of arch underground structures with different vault radians, and aims to illustrate the rule that vault radian affects the seismic responses of underground structures. Five arch underground structures are built for nonlinear soil-structure interaction analysis. The internal forces of the structural components of the underground structures only under gravity are discussed detailedly, and an optimum vault radian for perfect load-carrying functionality of arch underground structures is suggested. Then the structures are analyzed under seven scaled ground motions, amounting to a total of 35 dynamic calculations. The numerical results show that the vault radian can have beneficial effects on the seismic response of the arch structure, compared to the rectangular underground structures, causing the central columns to suffer smaller axial force and horizontal deformation. The conclusions provide some directive suggestions for the seismic design of the arch underground structures.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제20권1호
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• pp.69-83
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• 2005

In many cases, underground structures are built using conventional above-grade structural systems to carry gravity load. This paper proposes the use of underground arches, termed "buried arches", to support gravity loads, wherein the horizontal thrust of the arch is equilibrated by soil pressure. Because the horizontal soil pressure increases with depth, the depth of the arch may be reduced as the depth below grade increases. Critical to the success of such an approach is a proper accounting of creep and shrinkage for arches made of reinforced concrete. This paper addresses the influence of equilibrium, creep, and shrinkage as they affect the design of the arch from a theoretical perspective. Several examples illustrate the use of buried arches for the design of underground parking structures.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권10호
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• pp.24-30
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• 2018

지하공간의 수요가 증가되면서 지중구조물의 기능을 저하시키는 상재하중 및 토피증가에 대한 구조물의 안정성 문제를 해결하기 위해 많은 연구자들이 고압축성 물질을 이용한 하중저감방법 연구를 진행해왔다. 본 논문은 하수관거에 작용하는 하중을 EPS Geofoam을 활용하여 경감시키는 하중저감공법을 아치구조물에 적용하고 그 효과를 증가시키기 위한 최적의 Soft Zone 적용방법에 대해 기술하고 있다. 지반구조 상호작용을 고려한 ABAQUS 유한요소해석을 통해 아치구조물의 거동 특성을 파악하고 4가지 EPS Geofoam 형식을 해석적으로 분석하여 최적의 적용형상을 확인하였다. 해석 결과를 토대로 선정된 최적 단면 형상에 대해 아치구조물의 라이즈비, 지간길이 변화를 해석변수로 고려하여 발생하는 토압감소율을 비교하여 적용성을 분석하였다. 수치해석에서 선정한 최적 Soft Zone를 적용한 아치구조물에 발생하는 토압이 평균 78% 감소되는 것을 확인하였다. 본 연구 결과에서 EPS Geofoam의 토압 경량화 효과와 이에 대한 지중아치구조물의 적용성 평가는 지중구조물 설계 시 경제적이고 합리적인 방법을 제공해 줄 것이며, 향후 심층 지하공간에 대한 활용성 증가에 도움이 될 것이다.

• Steel and Composite Structures
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• 제51권5호
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• pp.575-586
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• 2024

Steel arch supports are used in mines and underground structures to provide stability. Most of the supports are made up of overlapping arches. They can behave either yieldingly or unyieldingly. If the normal force at any point of overlapping equals the slip resistance, the slide occurs. This paper presents a solution procedure for determining the load-carrying capacity of steel arch supports in the yielding implementation. This solution considers the effects of several significant elements, including differing materials and the number of clamps in yielding friction joints. The direct stiffness method is applied. The solution contains geometric, physical, and structural nonlinearity. The results obtained from numerical modeling using the provided procedure are compared to laboratory tests conducted at GIG Katowice in 2012. They show a good correlation with previously collected data from equivalent laboratory conditions.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.255-264
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• 2023

근래 들어 도심지 지하공간 개발에 대한 수요가 증가함에 따라 도심지 터널계획이 활발히 진행되고 있다. 도심지 구간에는 주민 생활환경을 고려하여 지하정거장이 계획되며, 기존 구조물의 안정성 및 환경훼손 저감 등을 위해 2-Arch터널 정거장을 적용하고 있다. 그러나 도심지 구간은 심한 풍화작용에 따라 불량지반의 심도가 깊게 발달되어 터널 안정성 확보를 고려한 신중한 계획이 요구된다. 이뿐만 아니라 도심지의 복합적인 지반상태를 고려하여 본선터널에 TBM 기계굴착 공법을 적용하는 경우, 기존 NATM형 2-Arch터널과는 시공연계성을 확보할 수 없게 된다. 본 연구에서는 쉴드TBM과 2-Arch터널을 조합한 형태인 TBM선굴진 2-Arch터널을 국내 최초로 적용한 설계사례를 중점으로 기술하고자 하였다. 중앙터널 굴착후 좌우터널 시공을 고려하여 쉴드TBM 세그먼트 설치 및 해체를 위해 고려한 설계사항을 설명하고, 수치해석을 활용한 안정성 검토를 통해 TBM선굴진 2-Arch터널의 설치효과를 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.315-325
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• 2009

아치형 개착식 터널은 종래의 박스형 개착식 터널과 비교하여 외력에 따른 축력으로 지지하는 형식이므로 보다 얇은 부재로 시공이 가능하고, 구조물 특성상 적절한 변형에 의하여 지반반력을 기대할 수 있어 역학적으로 우수한 구조물로서 최근 프리캐스트화되어 그 시공실적이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 프리캐스트 아치형 개착식 터널은 굴착식 터널 및 박스형 개착식 터널 등과 시공방법과 형상이 상이하여 구조물 주변 지반응력 거동이 다르며, 이는 터널구조물 단면설계시에 반영 되어야만 하는 중요한 사항이다. 따라서 본 연구에서는 프리캐스트 아치형 개착식 터널의 시공과정을 고려하여 유한요소해석을 실시하여, 지반과 구조물간 상호작용을 고려한 아치형 개착식 터널의 역학적 거동에 대하여 검토하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.93-113
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• 2019

최근 개착식 터널공법으로 널리 사용되고 있는 프리캐스트 라이닝 아치 구조물에 대하여 현장 계측과 수치해석 결과를 비교하여 3힌지 프리캐스트 아치 구조물의 거동을 분석하였다. 현장 계측결과, 천단부에서 가장 큰 연직변위가 측정되었으며 초기에는 상방향으로 변위가 발생하다가 뒤채움 흙이 천단부보다 높아지면서 하방향으로 변위가 발생하였다. 천단부는 최종적으로 원 위치로부터 상방향 19 mm에서 변위가 수렴하였다. 측벽부 최대 수평변위 지점에서의 수평변위는 아치상단까지 뒤채움시 터널 내측으로 발생하여 두 지점간의 수평거리가 줄어들다가, 상부 성토가 진행될수록 수평변위는 감소하여 원래 위치로 이동하였다. 프리캐스트 아치구조물에 대한 변위 분석결과, 지반-구조물의 상호작용을 잘 관찰할 수 있었으며 따라서 기존의 강성구조물과 비교하여 경제적인 설계가 가능할 것으로 기대된다. Duncan 모델을 사용한 유한요소 해석결과를 현장 변위 계측값과 변위 형상 등과 비교하면 유사한 결과를 나타내었다. 수치해석 결과에 의한 측벽부의 수평토압계수는 터널 좌측부는 0.4, 우측부는 0.7에서 수렴하여, 편토압이 발생하는 현장상황 및 현장 변위 계측 결과와도 일치하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.75-89
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• 2014

최근 세계 여러 나라에서는 지하공간의 활용이 증가하고 있다. 특히, 저심도 굴착의 경우 대부분 개착식 굴착공법을 적용하는데, 극심한 교통 체증 및 인접구조물의 불안정 등의 문제가 발생될 수도 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해서 저토피 토사구간에서 충분한 안정성을 확보하고 공사기간을 최소화하며 터널을 굴착할 수 있는 M-CAM공법(Modified Cellular Arch Method)이 제안되었다. 본 연구에서는 M-CAM공법 적용 시 주열식 수직연속벽체(Continuous Pile Wall, CPW)의 규격 및 지반조건이 터널 거동에 미치는 영향을 파악하기 위해 민감도분석을 수행하였다. 우선 터널의 안정성에 영향을 주는 매개변수로는 수직연속벽체의 근입깊이, 직경, 측압계수 그리고 지반상태를 선정하였다. 한편 수치해석을 위해서, 유한차분법에 기초를 둔 FLAC 2D가 이용되었다. 본 연구결과 수직연속벽체의 규격 중 근입깊이가 터널 안정성에 가장 큰 영향을 주는 것을 확인되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제25권3호
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• pp.179-194
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• 2021

In this paper, to study the stability of surrounding rock during roadway excavation in different rock mass structures, the physical model test for roadway excavation process in three types of intact rock mass, layered rock mass and massive rock mass were carried out by using the self-developed two-dimensional simulation testing system of complex underground engineering. Firstly, based on the engineering background of a deep mine in eastern China, the similar materials of the most appropriate ratio in line with the similarity theory were tested, compared and determined. Then, the physical models of four different schemes with 1000 mm (height) × 1000 mm (length) × 250 mm (width) were constructed. Finally, the roadway excavation was carried out after applying boundary conditions to the physical model by the simulation testing system. The results indicate that the supporting effect of rockbolts has a great influence on the shallow surrounding rock, and the rock mass structure can affect the overall stability of the surrounding rock. Furthermore, the failure mechanism and bearing capacity of surrounding rock were further discussed from the comparison of stress evolution characteristics, distribution of stress arch, and failure modes in different schemes.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.177-190
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• 2017

본 연구에서는 운영 중인 교량하부에 근접 시공되는 지하철 터널의 형식에 대한 비교분석 내용을 다루었다. 이를 위해 먼저 실제현장에 대해 상사비를 적용하여 각각의 터널 형식에 대한 터널 구조물 및 교량에 대해 축소 모형을 제작하고 시공과정을 모사하는 실험을 수행하였다. 실험결과는 사진 이미지 분석법인 PIV 기법과 LVDT에 의한 지반 거동 및 터널구조물의 변형률 등을 이용한 분석을 통해 각각의 터널 구조물 시공이 교량 말뚝 및 터널 주변 지반의 거동에 미치는 영향을 고찰하였다. 실험결과 파이프 추진 공법이 2-Arch 터널 시공법에 비해 주변지반에 미치는 영향 및 교량의 침하에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 것으로 검토되었다. 아울러 PIV 기법은 터널시공 모사 실험과 같이 시공과정이 주변지반의 거동에 절대적인 영향을 미치는 조건에 대한 실험결과 분석에 매우 유용하게 적용될 수 있는 것으로 검토되었다.