• Geomechanics and Engineering
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• 제37권4호
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• pp.341-358
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• 2024

This paper reports several plane-strain trapdoor tests conducted to investigate the effects of reinforcement on soil arching development under localized surface loading with a loading plate width three times the trapdoor width. An analogical soil composed of aluminum rods with three different diameters was used as the backfill and Kraft paper with two different stiffness values was used as the reinforcement material. Four reinforcement arrangements were investigated: (1) no reinforcement, (2) one low stiffness reinforcement R1, (3) one high stiffness reinforcement R2, and (4) two low stiffness reinforcements R1 with a backfill layer in between. The stiffness of R2 was approximately twice that of R1; therefore, two R1 had approximately the same total stiffness as one R2. Test results indicate that the use of reinforcement minimized soil arching degradation under localized surface loading. Soil arching with reinforcement degraded more at unloading stages as compared to that at loading stages. The use of stiffer reinforcement had the advantages of more effectively minimizing soil arching degradation. As compared to one high stiffness reinforcement layer, two low stiffness reinforcement layers with a backfill layer of certain thickness in between promoted soil arching under localized surface loading. Due to different states of soil arching development with and without reinforcement, an analytical multi-stage soil arching model available in the literature was selected in this study to calculate the average vertical pressures acting on the trapdoor or on the deflected reinforcement section under both the backfill self-weight and localized surface loading.

• Geomechanics and Engineering
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• 제38권1호
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• pp.1-13
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• 2024

The construction adit plays a pivotal role in enhancing the working face during the excavation of long-distance and deep hydraulic tunnels. However, the intersection zone between the main tunnel and the construction adit exhibits more intricate deformation patterns in surrounding rock, posing a significant threat to stability during excavation. Taking the Xianglushan tunnel in Yunnan Province, China, as a case study, the FLAC3D software is employed to simulate the excavation process at the intersection. The simulation results are verified combined with the field deformation monitoring results, and the spatial distribution of tunnel rock deformation in the intersection area are analyzed. Five excavation conditions with different intersection angles are simulated, and the surrounding rock deformation of the tunnel intersection area with different intersection angles is analyzed, and its influence range is discussed. The results show that: (1) The surrounding rock deformation in the intersection area increases rapidly during the tunnel excavation. With the increase of construction distance, the deformation of intersection area is gradually stable. (2) The deformation distribution of the tunnel rock is uneven, and the deformation of main tunnel near the intersection area is larger than that far away from the intersection area. (3) With the increase of the intersection angle, the surrounding rock deformation of the tunnel intersection and its influence range decreases gradually. The research results have certain guiding significance for the construction safety of the tunnel intersection area.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.271-305
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• 2020

열-수리-역학-화학적 복합거동의 영향은 고준위방사성폐기물 심층 처분시스템의 성능평가 및 안전성 평가 측면에서 중요하기 때문에 이를 분석하고 예측하기 위한 해석모델과 수치해석 기법이 필요하다. 하지만, 장기간에 걸쳐 발생하는 열-수리-역학-화학적 복합거동에 관련된 다양한 현상들이 비선형적 거동을 보이고 그 구성방정식들의 상관관계가 명확하지 않기 때문에 이를 정확하게 해석하고 예측할 수 있는 수치모델과 모델링 기법을 개발하는 것은 매우 어렵다. 뿐만 아니라, 개발된 수치모델과 모델링 기법을 검증하기 위해서는 오랜 시간동안 수행되어야 하는 고비용의 실험실 시험과 현장시험이 필요하기 때문에 열-수리-역학-화학적 복합거동 분석과 예측을 위한 수치모델과 모델링 기법의 개발뿐만이 아니라 검증 역시 쉽지 않다. 이러한 문제를 해결하여 효과적인 수치모델 및 해석기법 개발과 실험실 시험 및 현장시험 데이터를 활용한 검증을 수행하기 위해 국제공동연구 DECOVALEX(DEvelopment of COupled models and their VALidation against EXperiment) 프로젝트가 1992년부터 시작되었다. 한국의 경우, 한국원자력연구원이 2008년부터 DECOVALEX-2011, DECOVALEX-2015, 그리고 DECOVALEX-2019에 참여하였다. 본 기술 보고에서는 지난 3단계의 DECOVALEX 프로젝트에서 수행된 모든 과제의 주요 내용을 국내 암반 및 지반공학자들에게 소개하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.485-495
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• 2017

지하공간 개발은 인구증가로 인한 도심지의 지상공간 대형화로 발생되는 다양한 문제를 해결하기 위한 유용한 해결책이며, 그 중 터널은 지하공간 개발의 방법 중 가장 많이 사용되고 있는 방법이다. 터널 굴착에 따른 말뚝과 지반의 거동에 대한 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되어 왔다. 하지만, 말뚝의 축력 분포에 대한 연구는 아직까지 많이 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구는 느슨한 사질토 지반에서의 군말뚝 기초하부에 터널굴착으로 인한 지반의 거동 뿐만 아니라 각각의 말뚝의 축력분포를 실내모형시험을 통해 관찰하였다. 터널굴착을 모사하기 위해 체적손실율 개념을 적용하였으며, 말뚝과 지반의 파괴 메커니즘을 확인하기 위하여 일반적으로 사용하는 체적손실율(1~2%) 보다 큰 10%까지 단계별로 적용하였다. 실내모형시험 결과 체적손실율 1.5% 적용에 의해 급격한 축력감소가 발생하였으며, 말뚝의 침하량이 인접 지반의 침하량보다 1.2~4.7배 가량 더 큰 것으로 나타났다. 실내모형시험 중 근거리 사진계측 기법을 사용하여 체적손실율 1.5%일 때의 지중 거동을 정량적으로 분석하였으며, 실내모형시험 결과를 수치해석결과와 비교하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.306-319
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• 2020

사용후핵연료의 심층처분 사업에서는 처분장 주변 모암의 수리역학적 성능을 저하시키는 굴착손상영역의 특성화가 중요하다. 이에 DECOVALEX-2019 프로젝트의 Task G에서는 균열암반 수치해석 모델을 구축한 후 암반 주변의 굴착손상영역의 수리역학적 거동을 모사하고, 구축한 모델로 처분장의 운영 시에 장기적으로 야기될 수 있는 추가적인 수리학적 변화를 관찰하였다. 과업의 첫 번째 단계에서는 2차원 균열암반 모델을 구축하여 수치해석 기법의 특성을 파악하고, 두 번째 단계에서는 3차원 균열암반 모델로 확장 후 스웨덴 애스푀 지하연구시설(Äspö Hard Rock Laboratory) 내 TAS04 간섭시험 결과와 비교하여 수치해석 모델을 검증한 후, 세 번째 단계에서는 열과 빙하 하중에 의한 영향을 반영하여 균열암반의 수리역학적 반응을 순차적으로 확인하였다. 과업의 전 과정에서 유한요소법과 개별요소법으로 균열암반에서의 수리역학적 분석을 수행하였으며, 균열의 기하학적 특성을 반영 및 굴착손상영역을 반영하는 과정에서 각 수치해석 기법에 따라 다양한 접근방법으로 고려하였다. 따라서 본 연구는 향후 결정질 균열암반에 사용후핵연료 처분장을 계획할 시 수치해석 단계에서 채택될 수 있는 다양한 접근 방법과 고려해야 할 사항들을 제시할 수 있을 것으로 전망한다.

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.534-546
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• 2023

디스크 커터는 과다하게 마모되거나 손상되는 경우 회전이 불가능하거나 효율적으로 암석을 절삭하는 것이 불가능하다. 따라서 디스크 커터의 마모정도에 따라 교체주기를 적절하게 관리하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 디스크 커터의 교체주기를 결정하기 위해서 인력에 의한 정기적인 계측을 수행한다. 이러한 인력에 의한 디스크 커터의 계측은 작업자의 안전과 관련한 이슈가 있고, 부정확한 계측결과를 가져올 수도 있다. 이러한 이유로 해외에서는 디스크 커터의 마모정도를 센서를 통해 실시간으로 측정하기 위한 기술의 개발이 이루어지고 있으며, 디스크 커터의 마모량 계측에는 초음파 센서, 와전류 센서, 자기 센서 등이 활용된다. 본 연구에서는 TBM 디스크 커터의 마모량을 실시간으로 계측하기 위한 와전류 센서의 적용성을 평가하였다. 와전류 센서의 거리 계측정확도를 실험실 모사시험을 통해 평가하였고, 특히 디스크 커터가 노출될 수 있는 챔버 내 여러 환경조건에서의 계측정확도를 비교하였다. 최종적으로는 17인치 디스크 커터를 활용하여 와전류 센서의 계측 정확도를 검증하였다.

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.519-533
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• 2023

본 연구에서는 평균 압축강도가 100 MPa 이상인 암석에 대해 픽커터의 선형절삭시험을 실시하였고, 적외선 열화상 카메라를 통해 측정된 픽커터 절삭 시의 발생 온도와 커터 작용력과의 상관관계를 분석하였다. 모든 시험조건에서 최대 온도는 치핑이 발생하는 암석면에서 측정되었고, 암석에 발생한 온도는 픽커터의 작용력과 밀접한 상관관계를 나타내었다. 반면, 픽커터에 발생하는 온도는 대기 온도 대비 최대 36℃ 이내로 상승하였고 커터 작용력과의 상관관계도 뚜렷하지 않았다. 이는 실험실 조건의 짧은 절삭거리와 텅스텐 카바이드 삽입재의 높은 열전도 특성이 원인인 것으로 사료된다. 단, 픽커터의 주요 부위 중에 텅스텐 카바이드 삽입재에 상대적으로 높은 온도가 유지되는 것으로 나타나, 픽커터 절삭 성능의 유지를 위해서는 삽입재와 헤드부 사이에 보강을 실시하거나 픽커터 제작 시에 은납 공정의 품질을 향상시키는 것이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.57-70
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• 2009

UAM(Umbrella Arch Method)의 효과 및 역학적 보강메커니즘에 대한 연구는 국내외에서 수치해석 및 실험 등을 통하여 상당한 진척이 이루어졌으나 실제 설계 및 적용에 있어서는 아직도 3차원 해석의 해석시간과 복잡성 등의 제약 때문에 UAM의 보강영역과 지반과의 환산물성을 이용하는 정량적이지 못한 2차원해석이 주로 사용되고 있다. 이러한 이유로 합리적, 이론적, 정량적이면서도 손쉽게 수행할 수 있는 설계 및 해석기법이 요구되고 있다. 본 연구에서는 UAM의 보강효과가 미치는 범위를 파악하고 그라우팅 전 후의 강관저변지반 물성변화를 파악하기 위하여 연직방향의 UAM 현장실험 및 실내시험을 수행하였다. 풍화토, 풍화암 지반에 UAM 적용시 그라우트의 주입에 의한 주변지반의 물성치 증가는 미미하며, 강관외부와 천공구경 사이의 공간 및 강관내부에 형성된 시멘트구근과 강관으 강성만이 지반보강 효과에 기여한다는 것을 확인하였다. 이러한 결과와 내공변위제어법(CCM; Convergence Confinement Method) 개념을 바탕으로, 2차원 축대칭해석을 실시하여 막장효과, UAM효과와 지보재효과를 종단변위곡선(LDP)으로 나타내었다. 또한, 2차원 평면변형률 해석시 UAM의 지보효과를 내압의 크기로 변환하여 이를 고려하는 하중분담법을 제안하였다. 이 방법과 기존의 등가환산물성을 적용하는 해석을 비교한 결과, 지반조건, 터널의 심도 및 크기, 강관조건, 초기응력상태 등에 따라 차이가 있지만, 기존의 해석방법에서의 변위량이 새로운 방법에 비해 더 크게 발생하는 것으로 나타나, UAM의 종방향 빔 지지효과를 제대로 평가하지 못하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제30권5호
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• pp.446-461
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• 2020

MX80 벤토나이트 펠렛에서의 열-수리-역학적 복합거동 특성을 파악하고자 TOUGH2-FLAC3D 시뮬레이터를 이용하여 스페인 CIEMAT에서 수행된 컬럼 시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석에서는 실험실에서 사용된 것과 동일한 히터 파워와 물 주입압을 경계조건으로 설정하고 해석을 수행하였다. 사용된 열-수리 모델이 벤토나이트 펠렛의 복합거동 예측에 적용하기 적합한지 판단하기 위해 가열과 물 주입에 의한 벤토나이트 펠렛에서의 온도와 상대습도 변화를 시간 경과에 따라 잘 예측할 수 있는 지를 살펴보았다. 계산된 결과가 계측된 온도와 상대습도 변화 경향을 적절하게 재현 할 수 있었기 때문에 사용된 열-수리 모델은 벤토나이트 펠렛의 열-수리 복합거동을 예측하고 재현하기에 적절한 것으로 판단된다. 하지만, 물 주입 이후의 계산된 응력변화가 상대적으로 작고 느리게 변화되는 것으로 보아 사용된 탄성모델과 스웰링 모델에 한계점이 존재하는 것으로 보이며, 사용된 두 역학 모델로 완충재의 복잡한 열-수리-역학적 복합거동을 현실적으로 재현하기에 부족한 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제21권12호
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• pp.35-41
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• 2020

도심지의 건축구조물 밀집 및 아파트 재건축 등으로 인하여 지하공간 개발이 다양하게 이루어지고 있으나, 차수 및 지반보강작업에 있어 부등침하와 같은 다양한 문제들이 발생하고 있다. 지반 보강에 있어 빈번히 사용되고 있는 그라우팅 공법에서는 시공단계에서 투입된 그라우트 재의 주입량 측정 또는 지반 보링 후 일축압축강도시험을 통해 품질관리를 수행하고 있으나, 시공단계에서 지반 보강이 제대로 이루어졌는지는 판단하기 어려운 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전도성 재료가 혼합된 그라우트 재를 사용하여 그라우팅을 수행한 후 전기비저항 측정을 통해 품질관리를 수행하기 위한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구는 이에 대한 기초연구로 전도성 재료인 탄소섬유가 혼합된 그라우트 재의 성능을 평가하기 위해 탄소섬유가 0%, 3%, 5%, 7%로 혼합된 시멘트 공시체를 제작하였으며. 제작한 공시체에 대하여 7일, 14일, 28일 수중양생 시킨 후 1%/min의 변형속도로 일축압축시험을 수행하였다. 일축압축시험 결과 탄소섬유의 배합비 증가에 따라 일축압축강도가 증가하는 경향을 보였으며, 혼합된 탄소섬유가 그라우트재의 조기강도 발현에 영향을 미치는 것을 확인하였다.