• Geomechanics and Engineering
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• 제17권4호
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• pp.333-342
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• 2019

Geological dynamic hazards during coal mining can be caused by the failure of a composite system consisting of roof rock and coal layers, subject to different loading rates due to different advancing velocities in the working face. In this paper, the uniaxial compression test simulations on the composite rock-coal layers were performed using $PFC^{2D}$ software and especially the effects of loading rate on the stress-strain behavior, strength characteristics and crack nucleation, propagation and coalescence in a composite layer were analyzed. In addition, considering the composite layer, the mechanisms for the advanced bore decompression in coal to prevent the geological dynamic hazards at a rapid advancing velocity of working face were explored. The uniaxial compressive strength and peak strain are found to increase with the increase of loading rate. After post-peak point, the stress-strain curve shows a steep stepped drop at a low loading rate, while the stress-strain curve exhibits a slowly progressive decrease at a high loading rate. The cracking mainly occurs within coal, and no apparent cracking is observed for rock. While at a high loading rate, the rock near the bedding plane is damaged by rapid crack propagation in coal. The cracking pattern is not a single shear zone, but exhibits as two simultaneously propagating shear zones in a "X" shape. Following this, the coal breaks into many pieces and the fragment size and number increase with loading rate. Whereas a low loading rate promotes the development of tensile crack, the failure pattern shows a V-shaped hybrid shear and tensile failure. The shear failure becomes dominant with an increasing loading rate. Meanwhile, with the increase of loading rate, the width of the main shear failure zone increases. Moreover, the advanced bore decompression changes the physical property and energy accumulation conditions of the composite layer, which increases the strain energy dissipation, and the occurrence possibility of geological dynamic hazards is reduced at a rapid advancing velocity of working face.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.109-120
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• 2007

대형 대단면 터널의 시공시 지반 변형을 억제시키고 지반의 강성을 증가시키며 차수 및 지수를 확보하기 위해 다양한 사전 보강공법들이 굴착전 막장 천단부 전방에 적용되고 있으나 물성치 결정 및 시공단계 해석에 있어서 여러 오류를 안고 있다. 본 연구에서는 탄성파를 이용하여 사전보강영역의 시간 의존적 강도 및 강성 특성을 분석하는 기법을 제시하였다. 실내실험을 통해 획득한 탄성파속도와 전단강도는 경화시간에 따라 증가하며, 전단강도와 전단강도정수는 탄성파 속도와 일정한 관계를 갖는 것으로 분석된다. 재령에 따른 탄성계수와 점착력을 터널의 시공단계에 따른 시뮬레이션에 적용하여 경시효과가 터널 변위 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과 $1{\sim}2$일 강도 및 강성을 적용한 결과가 경시효과를 고려한 경우와 갱구부에서 유사한 거동을 하며, 특히 초기 시공부분 및 갱구부에서 터널의 안정성에 큰 영향을 미치는 것으로 분석된다. 본 연구에서 제안된 기법을 통해 향후 사전보강영역의 경시효과를 고려한 터널 거동해석을 위해 실내실험과 수치해석을 병용하여 신뢰성 있는 터널 해석 및 설계를 수행하는 것이 바람직 할 것이다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1995년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.15.2-22
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• 1995

Evaluating stiffness of near-surface materials has been one of the critically important tasks in many civil engineering works. It is the main goal of geotechnical characterization. The so-called deflection-response method evaluates the stiffness by measuring stress-strain behavior of the materials caused by static or dynamic load. This method, however, evaluates the overall stiffness and the stiffness variation with depth cannot be obtained. Furthermore, evaluation of a large-area geotechnical site by this method can be time-consuming, expensive, and damaging to many surface points of the site. Wave-propagation method, on the other hand, measures seismic velocities at different depths and stiffness profile (stiffness change with depth) can be obtained from the measured velocity data. The stiffness profile is often expressed by shear-wave (S-wave) velocity change with depth because S-wave velocity is proportional to the shear modulus. that is a direct indicator of stiffiiess. The crosshole and downhole method measures the seismic velocity by placing sources and receivers (geophones) at different depths in a borehole. Requirement of borehole installation makes this method also time-consuming, expensive, and damaging to the sites. Spectral-Analysis-of-Surface-Waves (SASW) method places both source and receivers at the surface, and records horizontally-propagating surface waves. Based upon the theory of surfacewave dispersion, the seismic velocities at different depths are calculated by analyzing the recorded surface-wave data. This method can be nondestructive to the sites. However, because only two receivers are used, the method requires multiple measurements with different field setups and, therefore, the method often becomes time-consuming and labor-intensive. Furthermore. the inclusion of noise wavefields cannot be handled properly, and this may cause the results by this method inaccurate. When multi-channel recording method is employed during the measurement of surface-waves, there are several benefits. First, usually single measurement is enough because multiple number (twelve or more) of receivers are used. Second, noise inclusion can be detected by coherency checking on the multi-channel data and handled properly so that it does not decrease the accuracy of the result. Third, various kinds of multi-channel processing techniques can be applied to f1lter unwanted noise wavefields and also to analyze the surface-wavefields more accurately and efficiently. In this way, the accuracy of the result by the method can be significantly improved. Fourth, the entire system of source, receivers, and recording-processing device can be tied into one unit, and the unit can be pulled by a small vehicle, making the survey speed very fast. In all these senses, multi-channel recording of surface waves is best suited for a routine method for geotechnical characterization in most of civil engineering works.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권1C호
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• pp.45-51
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• 2010

지하철 터널 시공, 지하공간 시공, 대심도 굴착 등과 같이 도심지에서의 토목구조물 설계와 시공에 있어서 큰 어려움 중의 하나는 도심지 지반조사이다. 여러 가지 지장물, 전기 잡음, 교통 진동 등과 같은 자연적, 인위적 장애물로 인하여 어느 지반조사 기법이든지 그 결과의 신뢰성은 그리 높지 않은 상황이다. 본 연구에서는 이와 같이 현실적 요구가 높은 고품질 도심지 지반조사 기법의 개발을 목표로 하여 선행연구를 수행하였고, 일차적으로 HiRAS(Hybrid Integration of Resistivity and Surface Wave Velocities) 라고 하는 표면파-전기비저항 병합기법을 개발하였다. HiRAS 기법은 표면파 기법인 CapSASW 기법과 전기비저항 기법인 PDC-R 기법을 병합한 것으로서, 지반 매질의 강성 평가에 우수한 CapSASW 기법의 장점과, 전기잡음에 대한 내성과 지층변화 평가에 우수한 특성을 가진 PDC-R 기법의 장점을 동시에 활용하고자 한 것이다. 표면파 기법과 전기비저항 기법을 동시에 활용하는 역산해석의 측면에서는 표면파 기법의 탄성파 속도와 전기비저항 시험의 전기비저항 간의 부지고유관계를 이용하여 병합역산을 수행하는 전략을 채택하였다. 또한 HiRAS 기법 개발과정에서 부차적으로 지반매질의 포아송비 분포를 2차원으로 평가할 수 있는 성과도 도출하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.47-56
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• 2014

겨울철의 낮은 기온으로 인하여 지반 내부의 간극수는 동결과 융해를 반복한다. 지반에 이러한 동결-융해작용이 반복되면 흙의 입자구조 변형이 발생하며 이는 지중 기반시설에 손상을 가져올 수 있다. 본 연구는 흙의 동결-융해 과정에서의 탄성파 속도변화를 통하여 흙의 강성 변화 양상을 알아보기 위하여 수행되었다. 40 %, 60 %, 80 %의 3가지 모래-실트의 무게비를 가진 모래-실트 혼합토를 포화도 40 %, 상대밀도 70 %로 동일하게 조성하였다. 각 시료를 동결-융해를 위해 제작된 사각형 형태의 셀에 다짐법으로 조성하였다. 탄성파를 측정하기 위하여 한 쌍의 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 시료 양편에 설치하였으며, 시료의 온도 변화 양상을 관찰하기 위하여 탄성파 트랜스듀서와 같은 깊이의 중앙부에 열전대를 설치였다. 조성한 시료에 대하여 시료를 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 동결시킨 후 $-20^{\circ}C$를 18시간 동안 유지하였으며, 다시 실험실 상온($20^{\circ}C$)까지 온도를 서서히 올려 융해시켰다. 이 과정에서 온도, 전단파, 그리고 압축파를 측정하였다. 연구결과, 융해 이후의 탄성파 속도는 같은 온도의 동결 이전보다 감소하였다. 이때 전단파의 속도가 압축파의 속도보다 더 큰 비율로 감소하는 모습을 보였다. 실트의 함량이 40 %에서 80 %까지 증가함에 따라 탄성파의 속도는 증가하는 양상을 보였다. 본 연구를 통해 동결-융해가 불포화토의 입자구조를 느슨하게 만들며, 그 영향은 압축파에 비해 전단파 속도의 변화에서 잘 나타남을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제49권11호
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• pp.931-939
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• 2016

국보 285호인 반구대 암각화는 EL.53~57 m에 위치해 있으며, 하류에 설치된 사연댐의 만수위 EL.60 m로 인해 매년 5~6개월 동안 침수와 노출이 반복되어 훼손이 심화되고 있다. 본 연구에서는 물과의 접촉을 차단시켜 암각화를 보존하는 방안으로서, 암각화 전면에서 약 80 m 떨어진 곳에 약 440 m의 차수형 제방을 설치하고 기존 하폭에 준하는 수로를 개설하는 생태제방안을 제안하였다. 이 안의 타당성을 검토하기 위해 저수지와 하천의 흐름특성을 고려할 수 있는 수리모형을 1:50축척으로 제작하여, 수로변경에 따른 신설 제방구간과 상 하류 대곡천의 수리학적 변화를 분석하였다. 연구결과, 사연댐 여수로를 EL. 60 m와 EL. 54 m로 고려한 생태제방 1안과 2안 모두 신설되는 수로에서 유속과 수심변화 등이 크지 않았으며, 허용유속과 소류력 기준으로 판단하면 흙과 돌 등 자연재료로 생태제방 조성이 가능할 것으로 판단된다. 수면경사가 크게 되는 2안이 1안보다 수로 내에서의 유속이 더 빠른 것으로 나타났고, 특히 2안은 유입부 좌안에서 와류가 발생하므로 이에 대한 대책이 필요한 것으로 보인다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제8권1호
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• pp.26-33
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• 2005

최근 들어 토목관련 천부층 조사에 다중 모드 표면파 위상 속도의 역산이 많은 관심을 받고 있다. 감도 분석, 그리고 합성탄성파자료와 현장자료의 역산 결과는 이 방법이 기본 모드만을 이용하는 것에 비해 매우 효과적임을 보여주고 있다. 이중 모드 레일리 파의 위상속도들에서 층의 두께와 전단파 속도에서의 조그만 변화는 고차 모드의 감도들을 (a) 다른 주파수 대역들에 모이게 하고 (b) 심도가 깊어질수록 기본 모드보다도 더 크게 한다. 이 관찰을 통해 다중 모드 위상 속도 역산을 이용하면 기본 모드 자료들만의 역산에 비해 변수값들을 더 잘 구분해 낼 수 있고 깊은 구조, 특히 속도 역전이 일어난 구조에 대해 보다 나은 영상을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 20 m 깊이에 저속도층이 존재하는 모델에서 이론적인 위상 속도들의 역산은 1차 모드만 첨가될 때 단지 연암층만을 영상화할 수 있다. 이 사실은 측정 가능한 가장 낮은 주파수가 단지 6 Hz 일 때 특히 중요하다. 현장시험들이 시추공과 PS 검층을 이용하여 조사된 지역들에서 행해졌다. 첫 번째 지역에서는 일본에서 심부 지질조사에 주로 이용되는 microtremor 배열 탐사가 35 m 깊이까지 토양층을 탐사하기 위해 사용되었다. 두 번째 지역에서는 12 m 깊이까지 조사하기 위해 sledgehammer 음원과 선형 다중 채널 수진기 전개를 이용하여 자료가 얻어졌다. 분산곡선 분석을 위해서 주파수-파수 파워 스펙트럼법이 사용되었고 각각의 시험에서 2차 모드의 속도까지 구해졌다. 다중 모드 역산 결과는 PS 검층기록과 잘 일치한다. 하지만 단지 기본 모드만을 이용하여 얻어진 결과는 매립지 아래의 천부 연암층까지의 깊이를 매우 작게 평가하였다.

• 공업화학
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• 제25권4호
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• pp.401-408
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• 2014

분리막 생물반응기에서 산기량 제어는 반응기 내 유체흐름과 특히 막표면 근방에서의 전단응력을 변화시켜 막오염 감소 및 에너지 절약을 구현하는 중요 독립변수 중 하나이다. 본 연구에서는 원통형 생물 반응기 중심에 침지형 평막을 장착하고 하부에서 공기가 공급되는 3차원적 시스템에 대하여 "COMSOL"프로그램을 사용하여 수치해석하였다. 용액의 점도, 온도는 일정하다고 가정했으며 투과액 부피와 산기량의 비인 $SAD_p$를 변수로 사용하였다. 유속센서, 동영상 이미지분석으로 측정한 유속과 수치해석 결과는 11% 이내에서 일치함을 확인하였다. 반응기 내 유체의 흐름은 산기관과 막모듈 구간에서 급격하게 증가하였으나 막모듈을 지나면서 감소하였으며 반응조 벽에서 중심축 방향으로 갈수록 유속이 증가하는 경향을 보였다. 막 표면에서 계산된 전단응력은 하단 중앙부가 가장 크게 나타났으며 산기량이 증가할수록 전단응력이 증가하였다. 특히 산기량을 0.15에서 0.25 L/min로 증가할 경우 크게 증가함을 확인할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.71-83
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• 2007

사질토의 액상화에 대한 저항강도는 포화도를 나타내는 B값(간극수압계수)에 크게 의존한다. P파 속도($V_p$)는 현장에서 비교적 쉽게 측정이 이루어지고 B값에 따라 값이 크게 변하기 때문에 지하수위 아래에 위치한 지반의 포화도를 예측하고자 할 때 효율적으로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 포화가 가능하도록 개선된 Stokoe식 비틂전단(Torsional Shear, TS) 시험 시스템에 벤더엘리먼트(BE)와 가속도계를 부착하여 동일한 시험시편에 대하여 S파와 P파 속도를 측정할 수 있도록 하였고, 또한 비배수 비틂전단 시험에서 유발되는 과잉간극수압을 동시에 측정할 수 있도록 하였다. 일본의 토요라 모래를 사용하였고, 3가지 상대밀도(40%, 50%, 75%)에서 B값을 달리하여 비틂전단 시험을 수행하였다. 시험결과를 바탕으로 B값에 따른 S파 속도와 P파 속도를 기존의 이론식과 비교 분석하였고, 반복하중에 의한 과잉간극수압의 증가 및 이를 이용하여 획득한 반복한계 전단변형률의 B값에 대한 영향을 평가하였다. 또한 추후 현장에서 B값이 고려된 간극수압 및 반복한계 전단변형률의 직접적인 예측을 위해, 시험이 수행된 각 B값을 대응하는 P파 속도로 변환하여 분석하였다.

• 한국해양학회지
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• 제26권4호
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• pp.332-339
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• 1991

고정밀 탄성파자료, 퇴적물시료, 조류를 분석하여 한국서해안 대조차 지역인 남해 포만에서의 퇴적 양상을 조사하였다. 만에서의 현생퇴적층의 두께는 약 20 m 에 달하 며 불규칙적인 음향기반암을 덮고 있다. 퇴적물은 주로 사질 실트나 실트로 구성되어 있으며, 평균입도는 4-5.5 phi의 범위이고 해안선을 향하면서 세립화하는 경향을 보인 다. 이러한 분포양상은 만에서의 조류의 운동방향과 잘 일치한다. 해저면에서의 조류 의 전단속도는 창조시 0.5-3.3 cm/sec 낙조시 0.7-2.5 cm/sec 의 범위를 보이며, 이러 한 전단속도들의 평균값은 만내에 분포하는 실트입자를 재동하거나 운반할 수 있는 임 계전단속도 값을 능가한다. 이러한 자료들은 조류가 만내에 분포하는 퇴적물 입자들의 이동과 퇴적에 중요한 역할을 하며, 해저면의 표층지형은 주로 조석퇴적작용에 의하여 결정되었음을 시사해 준다.