• Smart Structures and Systems
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• 제17권2호
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• pp.297-311
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• 2016

Based on the distributed fiber optic sensing (DFOS) technique, plastic optical fibers (POFs) are attractive candidates to measure deformations of geotechnical structures because they can withstand large strains before rupture. Understanding the mechanical interaction between an embedded POF and the surrounding soil or rock is a necessary step towards establishing an effective POF-based sensing system for geotechnical monitoring. This paper describes a first attempt to evaluate the feasibility of POF-based soil deformation monitoring considering the POF-soil interfacial properties. A series of pullout tests were performed under various confining pressures (CPs) on a jacketed polymethyl methacrylate (PMMA) POF embedded in soil specimens. The test results were interpreted using a fiber-soil interaction model, and were compared with previous test data of silica optical fibers (SOFs). The results showed that the range of CP in this study did not induce plastic deformation of the POF; therefore, the POF-soil and the SOF-soil interfaces had similar behavior. CP was found to play an important role in controlling the fiber-soil interfacial bond and the fiber measurement range. Moreover, an expression was formulated to determine whether a POF would undergo plastic deformation when measuring soil deformation. The plasticity of POF may influence the reliability of measurements, especially for monitored geo-structures whose deformation would alternately increase and decrease. Taken together, these results indicate that in terms of the interfacial parameters studied here the POF is feasible for monitoring soil deformation as long as the plastic deformation issue is carefully addressed.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2002년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.475-482
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• 2002

Optical fibre sensors have shown a potential to serve real time health monitoring of Slope and structure. They can be easily embedded or attached to the structures and are not affected by the electro-magnetic field. Furthermore, they have the flexibility of the sensor size and very highly sensitive. In this study, we conducted several laboratory on slope and field tests using a novel optical sensor based on Brillouin scattering and PVC pipe. One of the advantages of this technique is that the bare fibre itself acts as sensing element without any special fibre processing or preparation. Test results have shown that BOTDR can be a great solution for sensor systems of Slope.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권4호
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• pp.15-24
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• 2007

본 연구에서는 여러 지점의 온도를 동시에 측정할 수 있는 두 가지 온도 모니터링 기법을 소개하고 있다. 그 하나는 고유주소를 가지고 있는 온도센서로 구성된 온도센서 배열 케이블을 이용하는 기법이며, 다른 하나는 광섬유 센서를 이용하여 분포 온도를 측정하는 기법이다. 이 두 기법의 차이점은 다음과 같이 요약될 수 있다. 온도센서 배열 케이블은 온도센서가 위치하는 정확한 지점의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 측정의 정밀도 및 분해능은 그 온도 센서의 성능에 따라 결정된다. 한편, 광섬유 센서는 레이저 펄스가 광섬유를 따라 보내질 때 생성되는 Raman 역산란파를 분석함으로써 온도를 측정하기 때문에 분포 개념의 온도를 측정하게 된다. 그에 대한 온도 분해능은 측정거리, 측정시간 및 온도측정 거리분해능에 따라 결정된다. 본 논문은 두 가지 온도 모니터링 시스템의 장단점을 비교함으로써 기술적이고 경제적인 측면에서 그의 응용분야를 면밀히 검토하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 두 기법을 이용한 다양한 실험을 실시하였다. 그 결과를 검토해 보면 온도센서 배열 케이블은 300m 범위 내의 지하수 흐름, 지열 분포 및 그라우팅 효과 검증에 적합할 것으로 판단되며 광섬유 센서는 상대적으로 긴 거리에 걸친 분포 온도에 대한 정보가 필요한 파이프 파인 감시, 터널 화재 감시 및 전력선 모니터링과 같은 분야에서 효율적으로 활용될 것이 기대된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2006년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.1100-1109
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• 2006

In this study, two different technologies which can measure temperature simultaneously at many points are introduced. One is to use a thermal sensor cable that is comprised of addressable thermal sensors connected in parallel within a single cable. The other is to use an optic fiber with Distributed Temperature Sensing (DTS) system. The difference between two technologies can be summarized as follows. A thermal sensor cable has a concept of 'point sensing' that can measure temperature at accurate position of a thermal sensor. So the accuracy and resolution of temperature measurement are up to the ability of the thermal sensor. Whereas optic fiber sensor has a concept of 'distributed sensing' because temperature is measured by ratio of Stokes and anti-Stokes component intensities of Raman backscatter that is generated when laser pulse travels along an optic fiber. It's resolution is determined by measuring distance, measuring time and spatial resolution. The purpose of this study is that application targets of two temperature measurement techniques are checked in technical and economical phases by examining the strength and weakness of them. Considering the functions and characteristics of two techniques, the thermal sensor cable will be suitable to apply to the assessment of groundwater flow, geothermal distribution and grouting efficiency within 300m distance. It is expected that the optic fiber sensor can be widely utilized at various fields (for example: pipe line inspection, tunnel fire detection, power line monitoring etc.) which need an information of temperature distribution over relatively long distance.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2006년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.86-95
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• 2006

Brillouin backscatter is a type of reflection that occurs when light is shone into an optical fibre. Brillouin reflections are very sensitive to changes in the fibre arising from external effects, such as temperature, strain and pressure. We report here several case studies on the measurement of strain using Brillouin reflections. A mechanical bending test of an I beam, deployed with both fiber optic sensors and conventional strain gauge rosettes, was performed with the aim of evaluating: (1) the capability and technical limit of the DTSS technology for strain profile sensing; (2) the reliability of strain measurement using fiber optic sensor. The average values of strains obtained from both DTSS and strain gauges (corresponding to the deflection of I beam) showed a linear relationship and an excellent one-to-one match. A practical application of DTSS technology as an early warning system for land sliding or subsidence was examined through a field test at a hillside. Extremely strong, lightweight, rugged, survivable tight-buffered cables, designed for optimal strain transfer to the fibre, were used and clamped on the subsurface at a depth of about 50cm. It was proved that DTSS measurements could detect the exact position and the progress of strain changes induced by land sliding and subsidence. We also carried out the first ever distributed dynamic strain measurement (10Hz) on the Korean Train eXpress(KTX) railway track in Daejeon, Korea. The aim was to analyse the integrity of a section of track that had recently been repaired. The Sensornet DTSS was used to monitor this 85m section of track while a KTX train passed over. In the repaired section the strain increases to levels of 90 microstrain, whereas in the section of regular track the strain is in the region of 30-50 microstrain. The results were excellent since they demonstrate that the DTSS is able to measure small, dynamic changes in strain in rails during normal operating conditions. The current 10km range of the DTSS creates a potential to monitor the integrity of large lengths of track, and especially higher risk sections such as bridges, repaired track and areas at risk of subsidence.

• 지질공학
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• 제17권1호
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• pp.41-47
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• 2007

강우에 의한 지질 매질 내에서의 침투수 거동 및 함수비 특성은 매질이 가지는 고유 유전율 반응 특성으로부터 파악 할 수 있다. 침투수에 의한 침윤선은 매질의 유효공극을 통해 중력방향으로 불투수층 상단부까지 침투가 진행되면서 최종적으로 사면 변위를 발생시킨다. 본 연구는 침윤선 거동 특성을 파악하기 위해 물의 비중과 동일하게 제작된 에탄올 혼합 추적자를 이용하여 연직침투시험을 수행하였다. 이를 위해 유전율 혼합모델과 추적자모델을 제안하였으며, 이들 모델을 적용하여 침윤선의 거동을 지배하는 매질의 유효공극률을 산정하였다. 유효공극률은 매질의 공극을 통해 추적자의 침투 특성을 나타내는 침윤선 및 체적함수비의 변화를 실시간 유전율 변화 양상으로부터 파악하였다. 유전율 측정법을 적용해 강우에 의해 발생되는 침투수 거동에 의한 침윤선 및 체적함수비 변화로부터 사면의 안정성 평가를 위한 실시간 모니터링 기법으로의 활용에 있어 유용할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.299-310
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• 2014

국가적으로 국토의 효율적 활용과 친환경성 등으로 인해 터널과 같은 지하공간 건설이 필요하다. 친환경적 요소의 중요성을 감안할 때, 산악지에 형성되는 도로건설에 대해 2-아치 및 대단면 터널로 계획되나 경제성, 시공성, 공사기간, 유지관리 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 2차로의 국도터널을 기준으로 현장조건과 지반조건을 고려하여 터널별 이격거리와 토피고를 변화시켜 경험식과 수치해석적으로 필라부의 안전성을 평가하였으며, 해석 프로그램으로 유한요소법을 적용한 Plaxis 2D를 활용하여 터널의 최소 필라폭 선정과 전체적인 터널의 거동특성을 분석하였다. 분석결과, Tie-Bolt에 의한 필라보강은 연직하중을 분산시켜 안전적인 근접병렬터널 계획이 가능하며, 터널 필라의 거동은 현장계측 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 지반조건에 따라 터널 필라폭을 축소시킨다면 이전의 터널에 비해 효율적인 터널 활용이 가능하다.

• 한국산림과학회지
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• 제108권2호
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• pp.233-240
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• 2019

이 연구는 포항시 세 개 땅밀림지를 대상으로 지반조사를 통하여 땅밀림지의 지하 특성과 지하수와의 관계를 분석함으로써 땅밀림 발생 방지를 위한 기초자료를 제공하기 위하여 실시하였다. 경상북도 포항지역에서 발생된 땅밀림지 세개 지역에서 지표조사, 전기비저항탐사, 굴절법 탄성파탐사, 시추공 내 영상촬영 및 시추조사를 실시하였다. 불연속면의 주 방향은 세 지역 모두 사면방향과 동일하게 나타나 땅밀림이나 붕괴 등이 발생하였을 경우 쉽게 사면방향으로 무너질 소지가 큰 것으로 분석되었다. 세 지역 모두 파쇄대는 지하수가 분포하는 지역에 포함되었으며, 인장균열 방향으로 지하수 흐름이 진행되는 것으로 분석되었다. 인장균열 평균 각도와 지하수 흐름방향의 평균 각도 간의 관계를 T-test 검정한 결과 1% 수준에서 유의한 결과(p=0.8019)를 나타내었다. 이와 같은 결과로 판단할 때 땅밀림 발생 시 지하수의 위치 및 흐름 등을 모니터링 함으로써 추후 땅밀림의 진행 상황을 예측할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권7호
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• pp.41-53
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• 2012

강우에 수반된 급경사지의 붕괴는 지반에 수분이 침투하여 평형상태에서 중력방향으로 지반이 이동하는 현상으로 지형과 지질 등에 의한 내적 요소와 강우, 지진 등에 의한 외적요인에 따라 붕괴의 정도가 달라진다. 암종에 따른 수분의 침투특성을 파악하기 위해 백악기말 고철질화강암이 분포하는 부산 금정산 지역과 퇴적암이 분포하는 지역 중 단양지역(사암), 진주지역(셰일), 포항지역(이암-미고결퇴적암) 등 4개 지역을 시범지역으로 선정하여 전기비저항 모니터링탐사를 실시하였다. 탐사기간은 우기가 시작되는 6월부터 하절기를 지나 건기에 해당하는 11월까지 수행하였다. 모니터링 결과 금정 지역과 진주 지역은 표준 강우량 산정 시 우기 동안의 선행강우량의 영향은 6월에서 10월까지의 전체 강우를 대상으로 산정할 필요성이 있고 반감기의 산정 시 이에 대한 고려가 필요할 것으로 판단된다. 또한 저비저항 이상대의 수직적인 분포는 수분의 침투가 지표에서 하부 지반으로 균일하게 발생하는 것이 아니라 풍화대의 균열이나 토층의 이완된 간극을 따라 발생하고 있다. 포항지역 미고결퇴적암은 수분의 침투 형태가 화강암 및 쇄설퇴적암과는 상이하며, 강우 이후 하부지반으로 침투되는 속도가 빠르고 하부의 암반대수층으로 함양되는 기간이 짧아 현재 사용되는 표준강우량 산정 시 적용하는 선행강우량의 영향기간과 유사한 시간을 보인다. 지반의 함수 정도에 의해 단양의 쇄설성 퇴적암 분포지의 하부 지반에서 관찰되는 저비저항 이상대의 유지 기간은 포항지역과 유사하며, 집중호우 시측방으로 수분이 확산되는 정도는 진주의 쇄설성 퇴적암과 같은 형태를 보인다. 이상의 분석결과에서 단양 지역은 선행 강우량이 미치는 기간이 3주 정도로 추정된다.