• Computers and Concrete
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• 제21권4호
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• pp.399-406
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• 2018

The present study focuses on the performance of basalt fiber reinforced concrete (BFRC) lining in tunnel situated in sandstone rock when subjected to internal blast loading. The blast analysis of the lined tunnel is carried out using the three-dimensional (3-D) nonlinear finite element (FE) method. The stress-strain response of the sandstone rock is simulated using a crushable plasticity model which can simulate the brittle behavior of rock and that of BFRC lining is analyzed using a damaged plasticity model for concrete capturing damage response. The strain rate dependent material properties of BFRC are collected from the literature and that of rock are taken from the authors' previous work using split Hopkinson pressure bar (SHPB). The constitutive model performance is validated through the FE simulation of SHPB test and the comparison of simulation results with the experimental data. Further, blast loading in the tunnel is simulated for 10 kg and 50 kg Trinitrotoluene (TNT) charge weights using the equivalent pressure-time curves obtained through hydrocode simulations. The analysis results are studied for the stress and displacement response of rock and tunnel lining. Blast performance of BFRC lining is compared with that of plain concrete (PC) and steel fiber reinforced concrete (SFRC) lining materials. It is observed that the BFRC lining exhibits almost 65% lesser displacement as compared to PC and 30% lesser displacement as compared to SFRC tunnel linings.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.95-104
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• 2006

콘크리트 도로 상판 또는 터널 라이닝의 배면 공동은 구조물의 함몰 또는 붕괴로까지 이어질 가능성이 있다. 이 공동을 비파괴로 검출하기 위한 방법 중의 하나가 저주파수대 레이더(GPR)의 사용이다. 그러나 이와 같은 토목구조물에는 분해능이 좋지 않은 저주파수대의 레이더를 사용할 수밖에 없기 때문에 작은 공동의 크기나 두께까지 탐사하는 일은 현재 기술로는 거의 불가능하다. 본 연구는 이와 같은 문제와 한계를 극복하기 위해 다양한 공동의 크기와 두께, 깊이를 대상으로 많은 량의 실측 실험을 통해, 저주파 레이더 측정치와 공동 간의 상관관계를 분석함으로 해서 공동의 깊이, 크기와 두께까지를 추정하기 위한 새로운 해석방법을 제안하고 그 적용성을 검토하였다. 또한 본 검토에서는 공동만을 그 크기(횡폭)에 맞게 화상처리에 의해 나타낼 수 있는 역치를 산정하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안된 방법에 의해 실험실 수준에서는 정도 좋게 공동의 깊이와 크기, 두께를 추정하는 것이 가능하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.77-84
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• 2007

유입량과 라이닝에 작용하는 간극수압은 터널 설계시 고려해야 할 중요한 요소 중 하나이다. 간극수압의 발생은 누수를 가속화시키며 라이닝 열화를 초래한다. 본 논문에서는 모형실험을 통하여 배수시스템 기능저하로 인한 간극수압의 발생과 그 영향을 조사하였다. 배수시스템 기능저하거동은 배수재의 투수계수제어법과 유량 조절법으로 모사화 하여 터널 라이닝의 잔류수압발생 메카니즘을 확인하였다. 또한, 유량제어법이 배수시스템 기능저하현상을 모사하기에 보다 더 효과적인 방법임을 알 수 있었다. 모형실험을 수치해석으로 재현한 결과, 배수시스템 기능저하로 인한 영향을 Coupled 수치 모델링을 통해 이론적으로 예측 가능함을 확인할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 1998년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.413-420
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• 1998

In this study, an expert system is developed to evaluate a safety of tunnel structures. Using a dynamic finite element analysis module, this expert system predicts dynamic responses of a concrete lining surface which a transient force is applied on and estimates the condition between the concrete lining and surrounding ground. The evaluation parameter values of the module are multi-reflected wave frequency and amplitude of the dynamic responses. The multi-reflected wave frequency represents the depth of concrete lining, and the other parameter, the amplitude of the frequency, is utilized for detecting the internal flaws. A comparison of the dynamic responses between numerical and experimental model test verifies an effectiveness of this system. By this expert system, the safety of tunnel structures and the detection of internal flaws of concrete linings are estimated quantitatively.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.349-357
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• 2022

Abnormal climate events are occurring frequently around the world. In particular, cold waves and heavy snow lead to damage and deterioration of facilities, which can cause loss of life or property damage, such as shortening the lifespan of facilities. Therefore, it is very important to prepare an appropriate maintenance system and to establish a strategy to cope with abnormal weather conditions. In this study, laboratory freezing experiments were performed to analyze the freeze-thaw characteristics affecting the tunnel concrete lining, and heat flow analysis was carried out based on the test results. Based on these experimental and theoretical analysis results, quantitative freeze-thaw evaluation criteria for tunnel concrete linings were proposed.

• KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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• 제14권9호
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• pp.3797-3822
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• 2020

The inspection of cracks on the surface of tunnel linings is a common method of evaluate the condition of the tunnel. In particular, determining the thickness and shape of a crack is important because it indicates the external forces applied to the tunnel and the current condition of the concrete structure. Recently, several automatic crack detection methods have been proposed to identify cracks using captured tunnel lining images. These methods apply an image-segmentation mechanism with well-annotated datasets. However, generating the ground truths requires many resources, and the small proportion of cracks in the images cause a class-imbalance problem. A weakly annotated dataset is generated to reduce resource consumption and avoid the class-imbalance problem. However, the use of the dataset results in a large number of false positives and requires post-processing for accurate crack detection. To overcome these issues, we propose a crack detection method using a ternary classifier. The proposed method significantly reduces the false positive rate, and the performance (as measured by the F1 score) is improved by 0.33 compared to previous methods. These results demonstrate the effectiveness of the proposed method.

• Smart Structures and Systems
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• 제21권5호
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• pp.583-590
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• 2018

Nowadays, many tunnels have been commissioned for several decades, which require effective inspection methods to assess their health conditions. The ambient vibration test has been widely adopted for the damage identification of concrete structures. In this study, the vibration characters of tunnel lining shells built with forepoling method was analyzed based on the analytical solutions of the Donnell-Mushtari shell theory. The broken rock, foreploing, rock-concrete contacts between rock mass and concrete lining, was represented by elastic boundaries with normal and shear stiffness. The stiffness of weak contacts has significant effects on the natural frequency of tunnel lining. Numerical simulations were also carried out to compare with the results of the analytical methods, showing that even though the low nature frequency is difficult to distinguish, the presented approach is convenient, effective and accurate to estimate the natural frequency of tunnel linings. Influences of the void, the lining thickness and the concrete type on natural frequencies were evaluated.

• 터널과지하공간
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• 제8권4호
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• pp.307-320
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• 1998

터널 라이닝은 터널의 최종 지보수단이며, 지반응력과 터널 지보재 사이의 상호작 용의 결과가 총체적으로 드러나는 면이다. 최근 콘크리트 라이닝에 발생하는 많은 균열로 인해 터널의 유지, 관리 측면에서 큰 어려움이 따르고 있어 이에 대한 해석이 요구되고 있 다. 본 연구에서는 실험과 수치해석을 통해 터널 라이닝의 역학적 거동 특성을 규명하였다. 특히 숏크리트오 콘크리트 라이닝을 모두 포함하는 복층 라이닝에대해 실험과 수치해석을 실시하여 두 라이닝 사이의 상호작용을 규명하였다. 실험은 터널 라이닝 모형 시험체에 대 해 하중, 측압, 라이닝 두께, 복층 라이닝, 복층 라이닝의 배면공동, 지반 모델 타설 등에 다양한 조건에 대해 실시하였다. 측압의 영향으로 라이닝 전반에 걸쳐 압축력이 분포하여 내하력을 증가시켰다. 라이닝의 두께가 50% 증가함에 Efkk 균열하중은 2배 정도 증가하였 다. 복층 라이닝의 배면공동으로 이해 라이닝의 내하력은 콘크리트 라이닝 두께 감소량고 k 같은 수준으로 감소하였다. 라이닝의 측벽부에 지반 모델을 타설한 경우 라이닝라이닝 어깨 부분의 밀림을 억제하여 균열하중 및 파괴하중이 크게 증가하였다. 수치해석에서는 인터페 이스 요소를 도입하여 복층 라이닝을 해석할 수 있는 수치해석 프로그램을 개발하여 실험 결과와 비교 해석을 실시하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2005년도 추계 학술발표회 제17권2호
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• pp.229-232
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• 2005

More than effectively judging the existence of voids behind concrete tunnel linings or under concrete pavements, this research aims to develop the analysis algorithm of radar capable of estimation of the shape of specific voids. To detect or estimate void shapes in non-reinforced concrete, the simulation analysis model of transmission and reflection wave of electromagnetic radar is used. This radar simulation model is carried out with various void shapes. As the results, a proposed method in this study has a possibility of detecting or estimating void shapes with good accuracy.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.423-446
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• 2023

쉴드 TBM 터널 라이닝은 세그먼트와 링으로 분절되어 있다. 2-링 빔-스프링 모델은 세그먼트 라이닝의 링과 세그먼트의 연결부 경계조건을 통해 불연속성을 고려하며 단면 설계 시 주로 활용하는 모델링 방법이다. 그러나 3차원 해석이 필요한 경우 대체로 Segmentation에 대한 고려 없이 연속체 라이닝으로 간주하여 세그먼트 라이닝에 대한 응력과 변위를 검토하는 경향이 일반적이다. 본 연구는 세그먼트와 링의 접촉면에 Coulomb의 마찰 법칙에 근거한 Shell interface element를 적용하여 세그먼트 간 계면 거동하는 모델링으로 지진 시 세그먼트 라이닝의 응력과 변위에 대한 응답 특성을 연구한다. 세그먼트 라이닝은 건설 과정에서 Ovaling 변형이 발생된다. 국내 세그먼트 라이닝의 Ovaling 변형에 대한 관리 기준은 없다. 스웨덴이나 중국의 경우 내경 7.0 m의 라이닝인 경우 5~10‰의 Ovality 기준을 갖고 있으나 이는 현실적으로 실현하기 어려운 기준치이다. 본 연구는 Shell interface element를 활용한 세그먼트 라이닝 모델링을 통해 지진 시 라이닝에 발생되는 응력과 변위의 특성을 연속체 모델링 결과와 비교하여 Segmentation이 고려된 라이닝의 지진에 대한 응답 특성을 연구하고 이를 통해 세그먼트 라이닝의 Ovality 기준과 의미를 연구한다. 연속체 라이닝과 세그먼트 라이닝의 지진 시 응력과 변위의 분포 양상은 유사하였다. 그러나 응력과 변위의 최댓값은 세그먼트 라이닝과 차이를 보여주었다. Shell로 모델링 된 연속체 라이닝의 지진 시 응력 분포는 3차원 원통형 형상에 연속성을 갖는 응력 분포를 보이지만 세그먼트 라이닝은 분절된 세그먼트 외측으로 응력이 집중되었고 세그먼트와 링의 접촉면이 집중되는 위치에서 가장 큰 응력이 발생되었다. 이러한 단속적이고 국부적 응력 분포는 라이닝의 Ovality가 클수록 지진 시 더욱더 국부적 집중도가 커진다. 응력 분포가 급격하게 커지는 Ovality는 150‰ 정도에서 발생되기 시작했으며 그보다 작은 Ovality 에서는 원형 단면 라이닝에서 발생되는 응력보다 작은 응력이 발생되었다. 그러나 Ovality 150‰는 실제 라이닝에서 실현될 수 없는 비현실적 값이다. 따라서 세그먼트 라이닝의 Ovality는 심도에 따라 증가될 수 있으나 지진 하중에 대한 안정성에는 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 터널의 단면 확보 및 품질관리를 위해서는 Ovality에 대한 계측과 관리가 요구된다.