• Geomechanics and Engineering
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• 제24권6호
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• pp.519-529
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• 2021

In coal mining activities, the abutment stress of the coal has to undergo cyclic loading and unloading, affecting the strength and seepage characteristics of coal; additionally, it can cause dynamic disasters, posing a major challenge for the safety of coal mine production. To improve the understanding of the dynamic disaster mechanism of gas outburst and rock burst coupling, triaxial devices are applied to axial pressure cyclic loading-unloading tests under different axial stress peaks and different pore pressures. The existing empirical formula is use to perform a non-linear regression fitting on the relationship between stress and permeability, and the damage rate of permeability is introduced to analyze the change in permeability. The results show that the permeability curve obtained had "memory", and the peak stress was lower than the conventional loading path. The permeability curve and the volume strain curve show a clear symmetrical relationship, being the former in the form of a negative power function. Owing to the influence of irreversible deformation, the permeability difference and the damage of permeability mainly occur in the initial stage of loading-unloading, and both decrease as the number of cycles of loading-unloading increase. At the end of the first cycle and the second cycle, the permeability decreased in the range of 5.777 - 8.421 % and 4.311-8.713 %, respectively. The permeability decreases with an increase in the axial stress peak, and the damage rate shows the opposite trend. Under the same conditions, the permeability of methane is always lower than that of helium, and it shows a V-shape change trend with increasing methane pressures, and the permeability of the specimen was 3 MPa > 1 MPa > 2 MPa.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권4호
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• pp.469-476
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• 2023

반복하중이나 동적하중에 대한 지반의 소성모델은 지반구조물의 비선형 수치해석에 매우 중요하다. 단일 항복면 모델은 반복하중에 대해 선형적 거동을 보이는 반면, 개발된 탄성영역이 없는 J₂-경계면 소성모델은 동일한 물성치로 효과적으로 지반의 비선형성을 모사할 수 있다. 경계면 내부 항복면의 반경을 0으로 수렴시켜 탄성영역이 사라지도록 수식화하고, 소성경화 계수과 팽창률을 이용하여 소성변형 증분을 정의하였다. 개발된 모델의 응력-변형률 증분식을 제시하고, 쌍곡선 모델에 대한 소성경화 계수를 유도하였다. 삼축압축조건과 얕은기초의 반복하중에 대한 비교해석은 개발된 모델의 안정적인 수렴성, 이론식과의 일치성, 그리고 이력경로을 보여 주었다. 또한, 수정된 쌍곡선함수에 대한 소성경화 계수를 제시하여, 1차원 등가선형모델에 부합하는 모델변수 산정법을 제안하여 지반의 다차원 거동을 모델링할 수 있도록 하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권1호
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• pp.49-64
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• 2024

Rocks undergoing repeated loading and unloading over an extended period, such as due to earthquakes, human excavation, and blasting, may result in the gradual accumulation of stress and deformation within the rock mass, eventually reaching an unstable state. In this study, a CNN-CCM is proposed to address the mechanical behavior. The structure and hyperparameters of CNN-CCM include Conv2D layers × 5; Max pooling2D layers × 4; Dense layers × 4; learning rate=0.001; Epoch=50; Batch size=64; Dropout=0.5. Training and validation data for deep learning include 71 rock samples and 122,152 data points. The AI Rock Constitutive Model learned by CNN-CCM can predict strain values(ε₁) using Mass (M), Axial stress (σ₁), Density (ρ), Cyclic number (N), Confining pressure (σ₃), and Young's modulus (E). Five evaluation indicators R², MAPE, RMSE, MSE, and MAE yield respective values of 0.929, 16.44%, 0.954, 0.913, and 0.542, illustrating good predictive performance and generalization ability of model. Finally, interpreting the AI Rock Constitutive Model using the SHAP explaining method reveals that feature importance follows the order N > M > σ₁ > E > ρ > σ₃.Positive SHAP values indicate positive effects on predicting strain ε₁ for N, M, σ₁, and σ₃, while negative SHAP values have negative effects. For E, a positive value has a negative effect on predicting strain ε₁, consistent with the influence patterns of conventional physical rock constitutive equations. The present study offers a novel approach to the investigation of the mechanical constitutive model of rocks under cyclic loading and unloading conditions.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권10호
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• pp.47-56
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• 2007

본 연구에서는 자갈혼합률을 다르게 준비한 자갈-모래 혼합시료가 등방압밀 및 $K_0$-이방압밀 상태에서 나타나는 액상화거동에 대해서 연구하였다. 이를 위하여 자갈혼합률이 다른 자갈-모래 혼합토 공시체를 100kPa의 연직응력으로서 상대밀도가 40% 되도록 등방압밀 및 $K_0$-이방압밀 시킨 후 반복삼축시험을 수행하였다. 또한 자갈혼합률이 0%, 10%, 20%, 30%인 공시체에 100 kPa의 연직응력으로서 간극비가 0.7이 되도록 등방압밀 후 반복시험도 실시하였다. 시험결과 동일한 상대밀도(Dr=40%)를 가지는 자갈-모래 혼합토 공시체의 간극비는 자갈혼합률이 증가할수록 감소하다가 약 70%를 저점으로해서 다시 증가한다. 그러나 이 경계혼합률 이하에서는 자갈입자 사이를 채우고 있는 모래의 간극비는 자갈혼합률이 증가할수록 증가한다. 상대밀도가 일정한 (Dr=40%)등방압밀 공시체에 있어서 자갈혼합률이 비교적 낮은 경우(GC=0%, 20%, 40%)에는 반복하중에 의해서 일어나는 간극수압과 축변형률 거동이 비교적 높은 간극비로 인해서 느슨한 모래의 거동을 나타내나, 자갈혼합률이 높은 경우(GC=70%)에는 간극수압과 축변형률 거동이 조밀한 모래의 거동과 비슷한 경향을 보인다. 또한 간극비가 일정한(e=0.7) 등방압밀 공시체에 있어서 자갈혼합률이 높을수록 축변형률과 간극수압 거동은 느슨한 모래의 거동을 보이며 자갈혼합률이 낮을수록 축변형률 거동은 조밀한 모래의 거동을 나타낸다. 등방압밀 공시체의 액상화강도는 경계혼합률(GC=70%)이하의 범위에서는 상대밀도가 일정한 경우에는 자갈혼합률이 증가할수록 증가하며 간극비가 일정한 경우는 자갈혼합률이 증가할수록 감소한다. 따라서 자갈-모래 혼합토의 액상화강도는 예상과는 달리 자갈 입자 사이를 채우고 있는 모래의 상대밀도 보다는 혼합토의 전체적인 상대밀도 및 간극비에 의해서 결정된다는 사실이 확인되었다. $K_0$-이방압밀 공시체의 간극수압과 축변형률 거동은 반복응력이 어느 정도의 응력반전을 포함하고 있는데도 불구하고 응력반전이 없는 경우의 사질토의 거동을 나타낸다. 즉 응력반전량이 반복응력 진폭의 약 10%인데도 불구하고 반복변형률은 비슷하나 영구변형률이 크게 증가하며 또한 간극수압비는 1.0에 미달하여 초기액상화가 일어나지 않는다. 그리고 액상화강도는 자갈촌합률이 증가할수록 0%에서 40%까지의 범위에서는 증가하나 그 이상에서는 감소하는 경향을 보인다. 결론적으로 자갈-모래 혼합토의 반복거동은 자갈혼합량, 간극비, 상대밀도 그리고 압밀상태와 같은 요인에 의해 결정된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.37-42
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• 2002

인공신경망은 복잡한 상호관계를 가지는 문제의 해결을 위한 효과적인 컴퓨터 테크닉으로써 많은 분야에 활발히 활용되고 있다. 본 논문에서는 지반의 액상화 가능성을 판별하기 위하여 인공신경망 이론을 사용하였으며, 이를 위하여 반복삼축압축시험 결과와 토성자료, 지반조사자료 등을 학습인자로 사용하였다. 학습과 검증에 서해안지역의 43개의 반복삼축압축시험 데이터가 사용되었다. 여기서 인공신경망의 학습은 예측된 CSR과 실측한 CSR 사이의 오차가 적어지도록 신경망의 가중치를 수정하는 것으로 이루어진다. 전체 신경망에 대한 평균제곱의 오차가 허용치 이내로 감소할 때까지 학습은 반복되어 진행되며 일반적으로 15,000 이상의 학습이 요구되는 것으로 나타났다. 다양한 노드수를 가지는 신경망에 대한 학습을 수행한 결과, 1번째 은닉층의 수가 20개이고 2번째 은닉층의 수가 10개인 신경망이 72~98%에 해당되는 정밀도를 가지고 해당 전단변형률과 반복횟수에서의 CSR값을 예측할 수 있었다. 여기서 NOC(Number of Cycle)와$D_10$, ($N_1$)$_60$ 등의 입력변수가 지반의 액상화 거동에 주요한 영향인자로 나타났다. 연구결과 인공신경망을 이용한 지반의 액상화 거동의 예측이 비교적 정확하게 산정됨을 알 수 있었으며, CSR과 ($N_1$)$_60$, NOC와의 관계가 기존의 연구 결과에 부합하여 나타남을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.15-21
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• 2013

일반적으로 도로 포장체 영구변형의 해석은, 먼저 포장체를 층이 진 탄성체로 가정하고 회복탄성계수를 통해 포장체의 회복변형률을 계산하고, 이로부터 다시 실내시험을 통해 얻어진 방정식을 이용하여 영구변형률을 산정하게 된다. 회복탄성계수를 통하여 포장체 내의 응력을 산정할 경우, 포장 내 노상토 상부의 응력은 반복하중으로 인한 노상토의 영구변형 증가를 고려하지 않은 회복탄성계수로부터 결정되므로, 영구변형이 지반 및 포장체에 미치는 영향은 응력 산정 시에 고려되지 않는다. 또한, 토목섬유 등으로 보강된 포장체 등의 거동은 해석에 한계가 있다. 본 논문에서는 기존에 회복탄성계수를 사용하여 포장체의 탄성거동을 계산하는 방식과 달리 하중반복회수의 함수인 할선탄성계수를 사용하여 영구변형을 측정할 수 있도록 새로운 모델을 제안하고, 본 모델 적용과 모델계수 산정의 예를 보인다. 제안된 할선탄성계수를 통한 해석은 비포장 도로 상의 교통으로 인한 영구변형의 예측이나 아스팔트 포장 전 노상토나 기층상부에 가해지는 공사차량으로 인한 영구변형의 산정에 적용가능 할 것으로 판단한다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권1호
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• pp.77-94
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• 2016

Cyclic triaxial and resonant column tests were conducted to understand the beneficial effects of various grouted sands on liquefaction resistance and dynamic properties. The test procedures were performed on a variety of grouted sands, such as silicate-grouted sand, silicate-cement grouted sand and cement-grouted sand. For each type of grout, sand specimen was mixed with a 3.5% and 5% grout by volume. The specimens were tested at a curing age of 3, 7, 28 and 91 days, and the results of the cyclic stress ratio, the maximum shear modulus and the damping ratio were obtained during the testing program. The influence of important parameters, including the type of grout, grout content, shear strain, confining pressure, and curing age, were investigated. Results indicated that sodium silicate grout does not improve the liquefaction resistance and shear modulus; however, silicate-cement and cement grout remarkably increased the liquefaction resistance and shear modulus. Shear modulus decreased and damping ratio increased with an increase in the amplitude of shear strain. The effect of confining pressure on clean sand and sodium silicate grouted sand was found to be insignificant. Furthermore, a nonlinear regression analysis was used to prove the agreement of the shear modulus-shear strain relation presented by the hyperbolic law for different grouted sands, and the coefficients of determination, $R^2$, were nearly greater than 0.984.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.1528-1537
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• 2005

The purpose of this study is investigated the method for estimation of the liquefaction on the reclaimed land, located in Incheon and assessed the ability of liquefaction under the condition of criteria, which is the magnitude '6.5' of seismic on the basis of the domestic seismic characteristics. Performed not only field test but the experiment as well to study how the fine content would affect into the dreging and reclaimed land and also estimated the safety factor through the empirical method and anticipated detail method based on the results. Within the reclaimed land, there are many sized soils which are almost extended from well-graded silty sand(SM) to poor-graded fine grained sand, and which have the condition, so called, the liquefaction which is easily to bring into under the circumstances within the ground. However, partly, now that the soil is mixed with silt and silty clay which include the content of fine grained dust quite a bit, the difficulties and inconveniences has been expected while trying to find the ratio of cyclic resistance, but finally Seed and Idriss method showed the most way when we estimate the safety factor on the liquefaction.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제3권3호
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• pp.7-20
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• 1987

교번 삼축 압축시험, 교번 전단응력 시험, 액상화 시험 및 진동 테이블 시험 등을 하기 위하여 제작되는 공시체로서 잘 다져진 모래를 사용하게 되며 진동에 의해 다져진 모래의 공시체가 균일한 밀도를 갖는다는 가정하에 상기한 실험을 하여 왔다. 지금까지 이러한 가정에 대한 연구가 충분히 되어 있지 않았으며 신뢰도 높은 실험을 하기 위하여는 공시체내에 모래의 밀도가 균일한 공시체를 제작하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 진동에 의해서 모래 공시체를 제작할 경우 공시체내에 밀도의 변화가 발생하는지 여부와 각 진동인자가 밀도변화에 미치는 영향을 조사하였다. 이 연구 결과 진동 전에 균일한 밀도 를 갖는 공시체가 진동 후엔 공시체의 높이에 따라 상당한 밀도의 변화가 발생하였음을 보였으며 이러한 현상은 과재 하중, 입도 및 진동가속도의 크기에 따라 상당한 영향을 받는 것으로 밝혀졌다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권7호
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• pp.13-20
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• 2005

본 연구에서는 입도분포가 액상화 저항강도 및 동적물성치에 미치는 영향을 실험적으로 검증하였다. 우리나라 준설매립토의 입도분포 조사를 통해 준설매립토의 보편적인 평균입경 4가지와 균등계수 3가지를 선정하였고 평균입경과 균등계수를 각각 달리한 총 12종류의 대표적 준설매립토의 입도분포를 선정, 시료를 제작하였다. 제작된 시료를 이용하여 진동삼축시험을 수행하여 평균입경과 균등계수가 액상화 저항강도에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 공진주시험을 수행하여 입도분포가 동적물성치에 미치는 영향도 분석하였다.