• Ocean Systems Engineering
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• 제9권3호
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• pp.219-240
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• 2019

This paper presents the comparison between SFT response with linear and nonlinear cables. The dynamic response analysis of submerged floating tunnel (SFT) is presented computationally with linear and nonlinear tension legs cables. The analysis is performed computationally for two wave directions one at 90 degrees (perpendicular) to tunnel and other at 45 degrees to the tunnel. The tension legs or cables are assumed as linear and non- linear and the analysis is also performed by assuming one tension leg or cable is failed. The Response Amplitude Operators (RAO's) are computed for first order waves, second order waves for both failure and non-failure case of cables. For first order waves- the SFT response is higher for sway and heave degree of freedom with nonlinear cables as compared with linear cables. For second order waves the SFT response in sway degree of freedom is bit higher response with linear cables as compared with nonlinear cables and the SFT in heave degree of freedom has higher response at low time periods with nonlinear cables as compared with linear cables. For irregular waves the power spectral densities (PSD's) has been computed for sway and heave degrees of freedom, at $45^0$ wave direction PSD's are higher with linear cables as compared with nonlinear cables and at $90^0$ wave direction the PSD's are higher with non-linear cables. The mooring force responses are also computed in y and z directions for linear and nonlinear cables.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권5호
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• pp.405-418
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• 2020

Deep excavation may have impact on the adjacent tunnels. It is obvious that the excavation will adversely affect and even damage the existing tunnels if the induced deformation exceeds the capacity of tunnel structures. It hence creates a high necessity to predict tunnel displacement induced by nearby excavation to ensure the safety of tunnel. In this paper, a simplified method to evaluate the heave of the underlying tunnel induced by adjacent excavation is presented and verified by field measurement results. In the proposed model, the tunnel is represented by a series of short beams connected by tensile springs, compressional springs and shear springs, so that the rotational effect and shearing effect of the joints between lining rings can be captured. The proposed method is compared with the previous modelling methods (e.g., Euler-Bernoulli beam, a series of short beams connected only by shear springs) based on a field measured longitudinal deformation of subway tunnels. Results of these case studies show a reasonable agreement between the predictions and observations.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.15-23
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• 2017

강원지역은 한국의 북동부에 위치하고 있으며 산지가 90%에 달해 한국에서 가장 추운 지역이다. 그에 따라 겨울철 터널 피해가 지속적으로 발생하고 있으나 아직 터널 라이닝 배면에서 발생하는 동상에 대한 연구는 매우 부족하다. 본 연구에서는 강원지역의 도로터널에서 발생하는 동상깊이 분석을 위한 수치적 연구를 수행하였다. 강원지역 도로터널 현황과 기후자료를 분석하고 이를 토대로 터널 표준 형상과 지반 특성을 가정하였으며, 기온 변화와 지반특성 변화에 따른 터널 배면지반의 최대 동상깊이를 산정하였다. 해석결과 모래보다 변성암 및 퇴적암의 동결민감성이 더 크며, 라이닝 배면의 초기 지중온도가 낮을수록 동상깊이가 깊어져 동결에 대한 피해도 커지는 것으로 나타났다. 또한 라이닝 두께 및 지반의 비열, 열전도율과 같은 특성도 동결깊이 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권8호
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• pp.13-20
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• 2023

지반이상대 구간을 지나는 터널은 시공 중 또는 시공 후 지반융기, 균열, 전단 파괴 등의 이상변위 발생이 많이 보고되고 있다. 이러한 이상변위가 지속되거나 큰 경우에는 최종적으로 터널 붕괴위험의 우려가 있으며, 다양한 보강공법을 사용하여 터널 붕괴위험을 저감시키고 있다. 본 연구에서 살펴본 터널은 막장이 완전 풍화상태가 주를 이루며 부분적으로 심한 풍화상태로 분포하는 구간에 시공되었다. 시공 중 터널 내공변위를 침범하여 강지보 및 숏크리트를 재시공하였으며, 기존 설치된 flat형 인버트의 제거없이 현 상태에서 라이닝 철근 보강공법을 적용하였다. 이러한 보강공법을 적용 후 실시한 계측 자료를 바탕으로 바닥의 융기 가능성 구간에 대하여 수치해석적인 방법으로 장기변위 예측을 통해 터널의 장기적인 안정성을 검토하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권2호
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• pp.115-124
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• 2023

By conducting three-dimensional simulation with consideration of small-strain characteristics of soil stiffness, the effects of excavation geometry and tunnel cover to diameter ratio on deformation mechanisms of an existing tunnel located either at a side of basement or directly underneath the basement were systematically studied. Field measurements were used to verify the numerical model and model parameters. For basement excavated at a side of an existing tunnel, the maximum settlement and horizontal displacement of the tunnel are always observed at the tunnel springline closer to basement and tunnel crown, respectively, regardless of basement geometry. By increasing basement length and width by five times, the maximum movements of tunnel located at the side of basement and directly underneath the basement increase by 450% and 186%, respectively. Obviously, tunnel movements are more sensitive to basement length rather than basement width. For basement excavated at a side of an existing tunnel, tunnel movements at basement centerline become stable when basement length reaches 10 H_e (i.e., final excavation depth). Moreover, tunnel heaves due to overlying basement excavation become stable when the normalized basement length (L/H_e) is larger than 8.0. As tunnel cover to diameter ratio varies from 2.5 to 3.0, the maximum heave and tensile strain of tunnel due to overlying basement excavation decrease by up to 41.0% and 44.5%, respectively. If basement length is less than 8 H_e, the assumption of plane strain condition of basement-tunnel interaction grossly overestimates tunnel movements, and ignores tensile strain of tunnel along its longitudinal direction. Thus, three-dimensional numerical analyses are required to obtain a reasonable estimation of tunnel responses due to adjacent and overlying basement excavations in clay.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.183-195
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• 2018

최근 공동구 및 지하터널의 수요증가와 함께 수직구 굴착에 대한 연구의 필요성이 증가하고 있다. 공동구 연구단은 국토교통부 연구개발사업의 일환으로 '수직구 외주면 선행 굴착공법 및 장비'를 개발하였으며 현재 성능 검증 중에 있다. '수직구 외주면 선행 굴착공법'은 수직구 굴착 시 굴착면의 외주면을 먼저 굴착하고 굴착기 벽체를 관입시켜 연약지반의 히빙에 대한 지반의 안정성을 확보하는 공법이다. 이 연구에서는 원심모형실험을 통해 히빙을 모사하고 관내토의 유무에 따른 지반면의 히빙과 지반침하, 그리고 주변지반의 거동을 비교, 분석하였다. 분석 결과 관내토가 지반침하와 히빙의 발생을 충분히 억제하는 효과를 나타내는 것으로 파악되었으며, 수직구 외주면 선행 굴착공법이 히빙에 대한 지반의 안정성을 충분히 확보함을 확인할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.253-270
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• 2013

본 연구에서는 파쇄대의 공간적 분포 특성이 터널의 거동에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 발파굴착 공법이 적용되는 터널을 대상으로 다양한 파쇄대 조건을 도출하고 이에 대한 2차원 및 3차원 해석을 수행하여 파쇄대의 주향 및 경사, 터널과의 이격거리, 토피고, 측압계수 등에 대한 매개변수 연구를 실시하였다. 해석결과를 토대로 매개변수 조건에 대한 터널 변위 및 지보재 부재력의 변화경향을 고찰하였으며 그 결과 파쇄대의 경사각 및 주향에 따라 터널의 변위 및 지보재 부재력에서 큰 차이를 보였으며 전반적으로 터널의 심도가 깊어질수록 그리고 초기측압계수가 클수록 파쇄대의 공간적 분포 특성에 따른 터널 거동의 차이가 더 심화되는 것으로 나타나 대심도 터널의 경우가 저심도 터널에 비해 파쇄대의 영향이 가중될 수 있는 것으로 검토되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.1887-1895
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• 2013

이 연구에서는 2차원 조파수조에서 수리모형실험을 실시하여 수중터널 모형의 수리학적, 구조적 성능을 고찰하였다. 수심 및 부력 대 자중비를 다양하게 변화시킨 조건에서 파고 및 주기가 서로 다른 규칙파를 조파하여 실험을 수행하였다. 실험 자료의 분석을 통해서 연직방향 및 횡방향 동요가 파고 및 주기에 따라 선형적으로 증가함을 확인하였다. 반면에, 회전 운동의 크기는 파고 및 주기가 설계파 정도로 커지지 않으면 별로 크게 나타나지 않았다. 마찬가지로, 계류장력 및 수중터널에 작용하는 파력도 파고 및 주기에 따라 선형적으로 증가하였다. 수심 및 부력 대 자중비의 변화와 관련해서는, 구조적 거동 및 수중터널에 작용하는 파력의 크기 모두 수심 증가 및 부력 대 자중비 감소에 따라서 전체적으로 감소하는 경향이 나타났다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제7권1호
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• pp.1-19
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• 2017

This paper presents the numerical simulation results for the dynamic responses of two types of submerged floating tunnels (SFT) under wave and/or seismic excitations. Time domain simulations are conducted by the commercial program OrcaFlex (OF) and in-house CHARM3D program (CP). The dynamic performances of a short/rigid/free-end SFT section with vertical and inclined mooring lines are evaluated. The SFT numerical models were validated against Oh et al.'s (2013) model test results under regular wave conditions. Then the numerical models were further applied to the cases of irregular waves or seismic motions. The main results presented are SFT surge/heave motions and mooring tensions. The general trends and magnitudes obtained by the two different software packages reasonably agree to each other along with experimental results. When seabed seismic motions are applied to the SFT system, the dynamic responses of SFTs are small but dynamic mooring tension can significantly be amplified. In particular, horizontal earthquakes greatly increase the dynamic tension of the inclined mooring system, while vertical earthquakes cause similar effect on vertical mooring system.