• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권4호
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• pp.231-240
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• 2017

최근 도심지에서 인적, 물적 피해를 초래하여 경제적 손실을 수반하는 지반함몰이 빈번히 발생하고 있다. 이는 노후화된 상하수관거의 파손으로 인한 토사유실, 다짐불량, 수평굴착, 수직굴착시 토류벽 차수미흡 등 인위적 요인에 의하여 대다수 발생한다. 지반함몰은 탐사를 통하여 사전 복구 및 보강을 통해 예방이 가능하지만 현존하는 공법으로는 긴급복구에 적용하기에 어려움이 있다. 본 연구에서는 비개착식 지반공동 긴급복구 기술 개발을 위해 지하수흐름에 의한 지중 내 공동을 모사하는 모형실험을 진행하였으며, 조성된 공동 주변을 자체제작한 이완영역탐지기를 이용하여 탐지하므로써 이완영역 범위를 추정하였다. 또, 모사지반내 형성된 공동에 석고를 주입함으로써 교란영역과 이완영역을 구분하였다. 지하수 흐름에 의한 지중 공동의 형상은 선행연구 되었던 상수관거 파손시 내부 압력에 의해 조밀한 상대밀도의 지반에서 조성된 파괴모드III와 유사하였으며, 이완영역탐지기를 이용하여 탐지된 공동은 상부에서 아칭형태로 형성됨을 확인 할 수 있었다. 또한, 지반에서 공동 중심 상부에서 이완영역과 교란영역의 길이비는 2:1로 형성되며, 외력에 대한 전단저항력의 감소의 차이인해 구분될 수 있음을 확인하였다. 즉, 사전보수 및 보강시 주입재로 사용되는 재료의 팽창성을 고려하여 2차 피해가 발생되지 않도록 주의해야함을 확인 할 수 있었으며, 추후 추가적인 실험을 통하여 다양한 지반변형 상태를 추가로 실시할 예정이다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.513-523
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• 2012

본 연구는 횡력저항시스템별로 프로토타입 모델을 선정하고 지진지역과 비정형성에 따른 내진성능 영향력을 검토하였다. 프로토타입 모델은 다이아그리드 시스템과 브레이스튜브 시스템 그리고 아웃리거 시스템을 선정하였다. 또한 각 횡력저항시스템별 평면 비틀림 각도를 $0^{\circ}$, $1^{\circ}$($1.5^{\circ}$), $2^{\circ}$($3^{\circ}$) 씩 변화하여 내진성능을 검토하였다. 지진지역은 강진지역(LA), 약진지역(Boston)을 선정하였다. 선형응답해석은 프로토타입 모델의 풍변위, 고유주기를 검토하였다. Non-Linear Response History(NLRH) 해석에서는 밑면전단력, 층간변위비를 검토하였다. 검토결과 다이아그리드 시스템과 브레이스튜브 시스템 그리고 아웃리거 시스템 모두 평면 비틀림 각도가 증가할수록 건물 전체의 강성이 줄어들었다. 또한 평면 비틀림 각도가 증가할수록 풍변위와 고유주기 결과가 증가하고 건물 전체의 강성이 줄어들어 밑면전단력이 감소하였다. 끝으로, NLRH 해석 결과 강진과 약진지역 모두 Tall Building Initiative(TBI)의 Maximum Considered Earthquake(MCE)수준의 층간변위비 제한값 0.045를 만족하여 허용범위내의 내진성능을 만족하고 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권1호
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• pp.21-29
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• 2012

액상화에 의한 지반 파괴는 지반 진동이 발생하는 도중은 물론이고 지반 진동이 종료된 이후에도 크게 발생할 가능성이 있다. 이러한 지반 변형 혹은 파괴 과정 중에는 지반 내에서 과잉간극수압의 재분배가 일어나고, 그 결과 시시각각 흙의 유효응력이 변화하게 된다. 따라서 지진 후 배수 과정에서는 전체 배수량의 변화뿐만 아니라 배수과정에서 흙의 유효응력 변화특성이 매우 중요하다고 생각된다. 본 연구의 주요한 목적은 다양한 비배수 전단이력을 모래에 가한 후 발생하는 체적압축특성, 즉 체적변형률과 평균유효응력의 관계를 밝히는 것이다. 본 연구에서는 모래의 상대밀도와 반복전단이력을 변화시켜가면서 반복전단 삼축압축시험을 실시하고 그 결과를 액상화 후의 재압축 특성에 초점을 맞추어 분석하였다. 시험 결과 모든 경우에서 평균유효응력이 0이 되는 영역에서 체적변형률의 발생이 급증하는 패턴을 보였으며 세립분을 포함하고 있는 풍화토가 보다 완만한 패턴을 보이고 있었다. 또한 반복재하에 의한 액상화 후의 압축특성은 누적 손실에너지와 최대전단변형률에 크게 의존하고 있으며 이러한 경향은 상대밀도나 재하이력 및 흙의 종류에 관계없이 동일한 경향으로 나타나고 있음을 알 수 있었다. 특히 세립분을 포함하는 모래에서는 누적 손실에너지와 최대체적변형률의 일정한 추세선을 확인할 수 있었으나, 표준사와 같은 입도가 균등한 흙에서는 팽창 특성에 의해 유효응력이 일시적으로 상승하면서 통일성 있는 관계로 파악하기 어려웠다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권11호
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• pp.144-150
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• 2019

본 연구는 고 장력 강판 SGAFC 780소재를 이용하여 저항 점 용접을 실시 하였으며, 조건에 따른 너깃 지름 측정, 유한 요소 해석 비교를 하였다. 너깃 지름 측정 결과 용접 전류 7kVA의 용접시간 18cycle 이상의 용접조건에서는 용접 최소 직경인 4.3mm 이상을 만족하는 것으로 나타났다. 9kVA과 10kVA이상에서 최소 너깃 직경인 4.3mm 이상으로 만족 하였으나, 높은 전류와 시간으로 인해 날림 현상이 발생하였고, 그로 인한 깊은 압흔이 잔류하였다. 용접성 평가 결과 최소 너깃 지름에서는 만족하지만 날림 현상이 발생하여 용접 불량으로 평가되는 구간이 존재함을 확인하였다. 하지만 날림 현상이 일어났음에도 충분한 하중 부담 능력을 가지는 영역도 확인했다. 유한 요소 해석 비교 결과 적정용접 구간에서의 유한 요소 해석과 실험 결과에서의 너깃 지름을 비교 했을 시 4.2% 미만의 오차율을 확인 했으며, 유한 요소 해석의 신뢰성을 확인 할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.23-46
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• 2020

본 연구에서는 터널 근접 시공으로 인한 기 존재 단독말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위하여 터널로부터 말뚝선단의 이격거리와 막장압의 변화를 고려한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 터널 막장압을 고려하여 말뚝의 거동을 분석하였으며, 터널굴착으로 유발되는 지반침하, 말뚝두부침하, 말뚝축력 및 말뚝-지반 사이의 경계면에서 발생하는 전단응력을 고찰하였다. 말뚝이 터널 크라운(crown) 바로 상부에 위치하고 말뚝선단까지의 수직 이격거리가 0.25D (여기서, D는 터널직경)인 경우 초기 응력의 50%에 해당하는 막장압을 적용할 경우 25%의 막장압을 적용한 것과 비교한 결과 말뚝두부의 침하가 약 38% 감소하였다. 또한, 막장압의 크기가 작을수록 지반침하, 말뚝의 축력 및 말뚝-지반 사이에서 발생하는 전단응력이 증가하며, 말뚝이 터널굴착 영향권 밖에 존재할 경우 말뚝에는 압축력 형태의 축력이 발생하였다. 따라서 막장압의 크기 및 터널-말뚝선단의 상대위치는 지반 침하와 말뚝 침하에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행된 연구결과의 경우 기존에 보고된 연구결과를 바탕으로 비교분석을 실시하였으며, 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 심도 있게 분석하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권7호
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• pp.15-25
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• 2016

본 연구에서는 압밀을 고려한 고등 3차원 유한요소해석을 통하여 압밀이 진행 중인 지반에 근입된 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 연구하였다. 수치해석에서는 단독말뚝 및 말뚝 중심간의 간격이 2.5D인 $4{\times}4$ 및 $6{\times}6$ 군말뚝을 고려하였다. 여기서 D는 말뚝의 직경을 의미한다. 부마찰에 의한 말뚝의 침하 및 부마찰력은 압밀초기 단계에서 비교적 빠르게 발생하는 것으로 분석되었다. 그러나 압밀도가 50~75%를 초과하는 경우 말뚝의 침하 및 부마찰력의 증가량은 상대적으로 크지 않은 것으로 분석되었다. 성토층에서의 부마찰은 신속하게 발현되며 이후의 압밀 단계에서는 일정하게 유지된다. 말뚝에 작용하는 부마찰은 상대변위 및 유효지중응력에 좌우되는 것으로 분석되었다. 압밀 초기단계에서는 상대변위가 큰 영향을 미치는데 비해, 압밀 후반기에서는 유효지중응력이 큰 영향을 주는 것으로 분석되었다. 말뚝-인접지반에서의 전단응력 전이로 인해 말뚝과 인접한 흙의 유효수직응력이 감소하며 이러한 현상은 군말뚝에서 특히 현저하다. 부마찰이 영향을 미치는 영역의 범위는 흙의 유효수직응력의 분포를 고려할 경우 말뚝으로부터 수평으로 20D 정도 되는 것으로 분석되었다. 이에 비해 말뚝에 작용하는 유효수평응력은 far field 조건의 응력과 거의 유사한 것으로 분석되었다.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권5호
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• pp.529-545
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• 2012

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 견고한 점토에 기시공되어 있는 단독말뚝의 하부에서 실시된 open face 터널굴착에 의한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 규명하기 위하여 지반, 말뚝의 침하 및 전단응력전이 메커니즘을 심도 있게 분석하였다. 터널굴착으로 인해 Greenfield 조건의 지표면의 침하를 크게 초과하는 말뚝침하가 발생하였으며, 말뚝과 인접지반 사이 경계면에서의 전단응력전이현상으로 인해 말뚝에 작용하는 축력의 분포가 매우 크게 변화하였다. 말뚝침하의 증가로 인하여 말뚝의 겉보기지지력(apparent pile capacity)이 약 30% 감소하는 것으로 분석되었다. 터널굴착에 따른 지중응력 및 변형에 의해 말뚝의 마찰력이 증가하는 현상이 발생하고 이에 따라 말뚝의 축력이 터널의 굴착에 따라 지속적으로 감소하였다. 순수하게 터널굴착에 의하여 단독말뚝에는 설계하중의 최대 21%에 상응하는 인장력이 유발되는 것으로 분석되었다. 말뚝은 터널의 시공이 말뚝의 중심에서 종방향으로 ${\pm}1$-2D (D: 터널직경)에서 실시될 때 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 말뚝선단 인근에서는 (-)의 과잉간극수압이 발생하였으며, 말뚝상부 부근에서는 (+)의 과잉간극수압이 발현하였다. 터널굴착에 의한 말뚝의 사용성은 축력변화에 비해서는 말뚝의 침하에 의해 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다.

• 암석학회지
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• 제24권2호
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• pp.125-139
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• 2015

거정 장석반정을 다량 함유하는 청산화강암이 연성전단변형을 받아 압쇄암화되는 동안에 일어난 미구조 변화를 파악하기 위해 변형된 청산화강암의 암석구조와 미구조 연구를 수행하였다. K-장석에서 특징적인 미구조는 미세킹크, 미세단열, 밀메카이트, 플레임 퍼어사이트, 코아 외부에 아입자 발달이 없는 코아-맨틀구조 등으로 인지된다. 미세킹크는 미세 단열되거나 미단열된 K-장석들에서 모두 관찰되고, 미세킹크의 축 방향은 미세단열에 의해 경계져 있는 양쪽 K-장석으로 연장된다. 밀메카이트와 플레임 퍼어사이트는 미세 단열된 K-장석들의 입계에 고 변형량의 집중으로 발달한다. 사장석에는 미세단열, 변형쌍정, 킹크대 등이 우세하게 관찰된다. 거정 사장석 반정의 입도 세립화는 역시 미세단열작용에 의해 진행되었다. 그러나 미세 단열된 K-장석과 달리 미세 단열된 사장석에는 코아-맨틀구조가 관찰되지 않는다. 화성기원의 누대구조를 중첩하는 변형쌍정은 변형정도가 낮은 저 변형암에서 종종 관찰된다. 고 변형암에서 변형쌍정의 엽층들은 일반적으로 공액성 킹크대의 둔각 이등분선 방향으로 발달하고, 미세단열 내지 미세단층 되어 무질서한 배열을 보인다. 따라서 이와 같은 특징적인 미구조로부터 청산화강암의 압쇄암화작용 동안에 미구조는 다음과 같이 발달하였음을 제시한다: 거정 K-장석 반정에 미세킹크의 출현과 사장석에 킹크대와 변형쌍정의 출현, 미세단열작용에 의한 거정 장석반정들의 입도 세립화, 미세 단열된 K-장석에 밀메카이트와 플레임 퍼어사이트 그리고 입계이동 재결정작용에 의한 K-장석 조각들의 입도 세립화와 함께 코아-맨틀구조의 출현.

• 터널과지하공간
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• 제29권3호
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• pp.197-213
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• 2019

본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석기법을 이용하여 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층 내 물 주입시험을 수치적으로 모델링하고, 단층의 재활성과 수리역학적 거동 특성을 살펴보았다. TOUGH2 해석에서는 단층을 Darcy의 법칙과 삼승법칙(Cubic law)을 따르는 연속체 요소로 모델링하였으며, FLAC3D 해석에서는 미끄러짐과 개폐가 허용되는 불연속 인터페이스 요소를 통해 모사하였다. 현장에서 획득한 단층의 균열개방압력(fracture opening pressure), 주입율, 모니터링 압력, 변위 곡선 등을 바탕으로, 단층의 탄성적 변형과 파괴에 의한 수직팽창 특성을 반영할 수 있는 수리간극모델과 수리역학 커플링 관계를 해석모델에 반영하였다. 한편, 현지응력 조건, 단층의 강도 및 변형 특성에 따른 파라미터 해석을 실시하여 각 입력변수가 해석 결과에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 현장시험 결과를 가장 잘 재현할 수 있는 파라미터 조합을 선정하였다. 해석 결과, 균열개방압력에서 단층의 주입율과 모니터링 압력이 크게 증가하는 현상을 합리적으로 재현할 수 있었다. 하지만, 동일한 입력 변수 조건에서 단층의 전단변위와 파괴영역의 범위는 현장시험 결과에 비해 과대평가되는 결과를 보였다. 이는 해석모델에서는 고압의 주입조건에서 단층의 지속적인 전단파괴가 유도되는 반면, 현장에서는 수리간극의 변화가 전단 미끄러짐보다는 인장력에 의한 단층면의 개방(tensile opening)에 크게 의존하는 것으로 추정되기 때문이다.