• 터널과지하공간
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• 제26권4호
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• pp.316-326
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• 2016

본 연구는 화강암에 존재하는 결 이방성이 간접인장강도에 미치는 영향을 평가하였다. 표준 간접인장시험 및 3개의 서로다른 중공 크기에 대한 중공 간접인장시험을 수행하였다. 2차원 개별요소 수치해석을 통해 간접인장시험에서의 파괴 과정 및 메커니즘을 고찰하였다. 간접인장강도는 화강암의 결에 따라 하드웨이, 그레인, 리프트 면의 순으로 감소하였다. 중공 간접인장강도는 일반 간접인장강도에 비해 2.5~6.4배 정도 크게 나타났으며, 중공 크기가 클수록 크게 나타났다. 중공 시편에 대한 간접인장 파괴 유형은 중공 크기 및 결과 하중방향 각도에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.1029-1044
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• 2017

개별요소법(Discrete Element Method, DEM)은 다수의 작은 입자들의 운동 및 상호영향을 계산하여 시스템의 거동을 해석하는 수치해석법으로써, 실제 화학공학, 약학, 토목공학, 재료과학, 식품공학 등 다양한 산업현장에서 적용되고 있다. 본 연구에서는 DEM 기법에 근거한 입자 역학 전용 해석 상용 소프트웨어를 사용하여 스포크타입 토압식 쉴드TBM 굴착성능을 평가하기 위한 예비 해석을 수행하였다. TBM에 대한 해석은 커터헤드의 회전속가 다른 2가지 조건에 대해 수행되었다. 해석을 진행하는 동안 커터헤드면에 작용하는 저항 토크, 커터헤드면과 쉴드면에 작용하는 압축력, 스크루 오거를 통해 배출되는 토사의 양을 검토하였다. 해석을 통해 DEM 해석을 이용한 TBM 장비 모델링의 적용성을 검토하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.29-39
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• 2012

본 연구에서는 암반근입 현장타설말뚝의 선단지지력에 영향을 미치는 주요 영향인자들과 이들 영향인자에 따른 선단지지력의 변화특성을 수치해석을 통하여 분석하였다. 수치해석은 일반적으로 널리 사용되는 연속체해석 중 유한차분해석(FDM)과 암반에 존재하는 불연속면(절리, 단층 등)의 특성을 고려할 수 있는 불연속체해석 중 개별요소해석(DEM)을 병행함으로서 해석의 정확도를 높였다. 그 결과, 암반에 근입된 현장타설말뚝의 선단지지력($q_{max}$)은 암반의 탄성계수($E_m$), 불연속면의 간격($S_j$)에 비례하여 증가하였으며, 말뚝의 직경(D)에는 반비례하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 불연속면의 경사($i_j$)에 대해서는 불연속면의 경사($i_j$)가 $0^{\circ}$ < $i_j$ < $60^{\circ}$일 때의 선단지지력은 그 외 경사의 선단지지력에 비해 최대 약 50%까지 감소하였으며 이는 말뚝으로부터 전해진 하중에 의하여 말뚝하부 암반 자체 보다 암반의 불연속면에서 먼저 전단파괴가 발생하였기 때문인 것으로 판단된다. 불연속면의 경사($i_j$)가 불연속면의 내부마찰각(${\phi}_j$)과 근접할 때 선단지지력이 최소치에 가까운 것으로 나타났으며, 따라서 불연속면의 경사가 일반적인 암반 및 암반 불연속면 내부마찰각의 범위인 $20^{\circ}{\sim}40^{\circ}$에 존재할 때는 선단지지력의 산정 시 반드시 불연속면 경사의 영향을 고려해야하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제11권4호
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• pp.49-62
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• 1995

지반네일을 사용한 급경사면의 보강공법은 지난 20년동안 여러나라에서 사용되어왔다. 본 연구에서는 네일로 보강된 급경사면에 대하여 개별요소법을 이용한 새로운 해석을 수행하였다. 이 방법은 네일에 발생되는 인장응력 및 전단응력을 예측할 수 있어 각 요소별로 지반과 네일의 부분안전율을 산정할 수 있다. 보강된 급경사면은 몇개의 절편으로 나뉘어지고 각 측면들에 탄소성 Winkler 스프링으로 연결되었다고 가정함으로써 거동을 모델링하였다. 네일을 스프링으로 대치시키기 위하여 내일과 주변지반 사이의 합리적인 역학기구가 가정되어 사용되었다. 또한 실제 굴착과정에 따른 네일의 설치단계를 고려함으로써 현장지반에서 관측된 네일의 인장력을 비교적 잘 예측할 수 있어 보다 적절한 안전율 산정이 가능하다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.549-560
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• 2021

쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 굴진 시 TBM에 작용하는 커터헤드 토크, 추력, 챔버압, 상향력 등은 TBM의 굴진성능을 결정하는 데 매우 중요한 요소들이다. 그러나 균질한 지반 조건에 비해 복합지반을 굴진할 때 TBM에 작용하는 힘들은 그 경향이 달라 TBM 굴진성능을 저해할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 복합지반 굴진이 TBM에 작용하는 토크, 추력, 챔버압, 상향력에 미치는 영향을 수치해석적으로 모사하고자 하였다. 해석 모델은 개별요소법(DEM, discrete element method)과 유한차분법(FDM, finite difference method)을 연계하는 방안을 적용한 TBM 굴진 모델을 사용하였다. 본 연구에서는 상부 화강풍화토와 하부 풍화암으로 구성된 복합지반을 굴진하는 것을 가정하여 굴진을 모사하였으며, 복합지반 경계면의 위치, 경사에 따라 TBM에 작용하는 힘에 대한 영향을 해석적으로 분석하였다.

• 지질공학
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• 제33권4호
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• pp.573-586
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• 2023

절리성 암반은 절리 또는 연약면에 의해 역학적인 이방성이 발현될 수 있으며 절리성 암반의 강도 및 변형 특성에 대한 이해는 지질공학 현장에서 주된 관심사이다. 본 연구는 마찰재료로 채택된 석고를 이용하여 단일절리를 포함하는 시료를 성형하고 진삼축시험을 통하여 진삼축 조건의 강도 및 변형 특성을 고찰하였다. 동일한 조건에서 수행한 개별요소법 기반의 삼차원 수치해석은 진삼축시험을 통하여 검증되었으며 타당성이 확보되었다. 수치해석 결과는 절리의 방향성과 더불어 현장의 주응력 조건이 절리성 암반의 강도 및 변형 특성 연구에 있어서 필수적인 요소임을 지시한다. 수치해석을 통하여 절리의 경사각 변화에 따라 산정한 횡등방성 암반의 강도는 중간주응력이 강화함에 따라 유의미한 증가를 나타내며, 증가의 폭은 절리의 경사 조건에 큰 영향을 받는다. 또한, 절리의 경사방향과 두 수평 주응력 방향 간의 상대적인 관계는 횡등방성 암반의 강도특성을 좌우하는 요인이다. 두 개의 절리군을 포함하는 암반의 강도는 경사가 더욱 급한 절리군이 전체 암반의 강도를 좌우한다. 두 절리군 중 한 절리군의 연속성이 짧아 암교 효과를 발휘하면 연속성이 상대적으로 긴 절리군의 방향성이 전체 암반의 강도를 좌우할 수 있다. 절리성 암반에 대한 기존의 삼차원 파괴기준식은 적용성 측면에서 한계도 있지만, 수치해석이 이를 보완하는 데 유용하게 활용될 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제20권1호
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• pp.15-27
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• 2010

국토의 약 70%가 산악지형인 우리나라의 지형적 특성상 각종 건설공사에 따른 대절토 사면의 형성으로 인해 낙석의 위험성이 급증하고 있다. 특히 해마다 반복되는 집중호우 시의 사면 붕괴는 대규모 낙석을 동반하면서 막대한 인적, 물적 피해를 초래하고 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해 많은 현장조사연구 및 기초연구들이 수행되고 있으나 이들 연구의 대부분은 낙석이 발생할 경우의 보강 및 낙석 위험도 분석 등에 국한되고 있어, 근본적인 낙석의 거동에 관한 검토 및 분석은 미진한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수치해석적 기법을 이용하여 사면의 외적 요소에 따른 낙석의 거동 특성을 규명하였으며, 이를 위해 개별요소법의 하나인 PFC2D가 이용되었다. 사면의 외적 요소로 사면의 표면상태, 구배, 소단 개수, 소단 구배 및 낙석의 크기에 대한 소단의 너비의 비 등이 검토되었으며, 이들 요소에 대한 다양한 변화를 통해 낙석의 거동 메커니즘이 수치해석적으로 분석되었다.

• 한국공간구조학회:학술대회논문집
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• 한국공간구조학회 2008년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.70-73
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• 2008

연약지반의 깊이차, 연약대 및 경사면 등에 따른 지반침하의 영향에 의해 석탑구조물은 기울어짐, 변형과 균열현상 등이 발생함으로써 석탑구조물의 장기적인 보존에 문제점이 발생되고 있다. 하지만 국내의 경우 연약지반 특성을 고려한 상부 석탑구조물의 거동에 대한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 연약지반 특성에 따른 역학적 분석을 통해 연약지반의 깊이차와 기울어짐 발생에 따른 영향을 고려하여 석탑구조물에 끼치는 구조적인 영향을 파악하고, 개별요소해석기법을 통해 연약지반 특성에 따른 석탑구조물의 구조모델링 및 구조해석을 수행하고자 한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.87-95
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• 2003

본 논문에서는 매립지의 복합 차수 및 덮개 시스템의 안정성 평가를 위하여 개별요소법이 적용되었다. 이 방법은 차수재들의 접촉면에서 유발되는 전단응력과 차수재에 발생하는 인장력을 예측할 수 있어 각각의 차수재에 대한 전단 및 인장파괴에 대한 안전율을 산정할 수 있다. 해석에서 덮개나 차수재료로 사용된 흙의 경우 절편으로 나눈 다음 각 측면들에 탄소성 Winkler 스프링으로 연결되는 것으로 가정하였으며, 지오맴브레인과 같은 차수재들의 경우 절편으로 나뉘어져 인장스프링으로 연결되었다고 가정하여 거동을 모델링하였다. 제안된 방법을 사용한 사례연구와 함께 예제해석에 대한 한계평형법에 근거한 기존 해석방법들과 비교를 통하여 제안된 방법의 적용성을 검토하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권7호
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• pp.43-53
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• 2017

최근 도시지역에서 빈번하게 발생하는 도로함몰은 지하에 생성된 동공으로 인해 지표면이 붕괴되는 현상을 의미한다. 지하 공간에서 동공 생성 과정과 생성된 동공이 도로함몰로 이어지는 현상을 이해하기 위해서는 동공의 형성 메커니즘을 명확히 이해할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 사례와 여러 모델 시험 결과를 분석하여 두 가지 가능한 메커니즘을 제시하였으며 각 메커니즘에 대해 개별요소법 기반의 수치해석 시뮬레이션을 수행하였다. 특히, 도로함몰 영향인자 중 토사 유출구의 크기와 지반의 간극비, 지반 구성 입자 형상의 영향을 확인하기 위한 수치해석을 통해 유출구 특성과 지반 조건에 따라 입자 손실과 지표 침하가 다르게 발생할 수 있음을 확인하였다. 또한, 불연속 침하 해석 결과로 본 연구에서 제시한 도표를 통해 동공의 지름과 심도를 통해 지반의 포화 시 거동을 예측할 수 있다.