• 터널과지하공간
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• 제19권6호
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• pp.479-489
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• 2009

터널 굴착시 굴진면 전방의 지반상태를 사전에 파악하는 것은 터널의 안정성을 증가시킴과 동시에 시공성을 향상시켜 경제적인 터널 시공을 할 수 있도록 한다. 이에 본 연구에서는 터널 천공시 획득되는 천공데이터를 이용하여 굴진면 전방의 암반강도를 예측하고자 하였다. 이는 암반강도가 현장에서 암반분류 및 지보패턴 설계 등의 핵심인자로 가장 보편적으로 활용될 뿐만 아니라, 암반강도의 변화를 통해 굴진면 전방의 지반상태 변화를 예측하는데도 활용할 수 있기 때문이다. 이를 위해 본 연구에서는 다양한 강도 특성을 보이는 균질한 암석시험편을 대상으로 착암기 종류를 변화시켜가며 천공실험을 수행하였다. 실험결과 천공속도는 다른 천공데이터들과 착암기의 종류 및 암석의 강도에 따라 고유한 값을 보이는 것으로 나타났다. 또한, 동일한 암석에 대해 천공시 타격압이 증가하면 천공속도는 선형적으로 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 터널 시공 현장에서 착암기의 제원, 현장 계측 데이터 및 천공속도와 암반강도의 상관관계를 이용하여 터널 굴진면 전방의 암반강도를 예측할 수 있는 방안을 제안하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권3호
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• pp.333-339
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• 2015

본 연구는 도심지 천층터널에서 현재까지 해석에서 무시되던 막장면 진동이 주위 구조물에 가장 큰 영향을 미치는 지표 침하에 대하여 3차원 수치해석을 이용하여 모델링하였다. 풍화토와 풍화암이 각각 50%의 비율로 구성된 복합지반을 고려하여 TBM 커터헤드에 발생하는 굴착시 토크를 산정하여 이를 시간에 따라 막장면에 재하함으로서 그 영향을 수치해석적으로 관찰하였다. 3차원 유한차분해석법을 이용하여 역학-동역학 연계해석을 통하여 지표침하 발생이력 및 분포도를 산정하였다. 연구결과, 3차원 수치해석을 통하여 막장면 진동하중에 의한 지표침하 발생경향을 성공적으로 모델링할 수 있었으며 최대 침하는 막장면에서 2.5D 후방에서 발생함을 확인하였고, 막장면 진동이 실제 지표침하에 영향을 미침을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.27-40
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• 2023

말뚝은 상부 구조물의 하중을 지지층으로 전달하는 구조체로 국내외 건설 현장에서 널리 사용되고 있다. 말뚝을 시공하는 방법은 지반조건, 시공위치, 주변현황, 환경적 요소, 공사비 등을 종합적으로 고려하여 결정하며 크게 직항타에 의한 타입방식과 선굴착 후 경타 또는 항타하는 방식으로 나눌 수 있다. 이 중 직항타는 말뚝 두부를 해머로 항타하여 원지반 내 소정의 심도까지 근입시키므로 항타 시 가해지는 에너지가 크고 이에 따른 항타진동 및 소음도 증가한다. 말뚝의 항타진동은 주변 시설물 및 지반에 영향을 미치므로 그 영향을 정량적으로 파악할 필요가 있다. 본 연구에서는 말뚝의 항타진동을 시간영역에서 산정하고, 직항타 시 말뚝과 인접하여 위치한 굴착면 및 가시설에 대하여 항타진동에 의한 영향을 유한차분해석법에 의한 2차원 동적수치해석을 통하여 분석하였다. 그 결과 파의 반사 및 재료감쇠가 적은 지표면에서 표면파에 의하여 지중보다 변위가 현저히 크게 발생하는 경향을 나타내었고 전체 변위 크기는 이격거리 증가에 따라 감소하나 수평방향 변위는 진동원과 먼 사면 상단부에서 연직방향 대비 더 큰 값을 보이며 법면부에 변위가 집중적으로 발생하는 특징을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.487-497
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• 2016

터널을 굴착하면 굴진면 주변지반은 응력이 해방되고, 해방된 응력이 주변지반으로 재분배 되어 터널주변지반의 응력상태와 터널지보공에 작용하는 하중이 변한다. 굴진면에 변위가 발생하면 굴진면 전방지반이 이완되고 굴진면에 작용하는 토압은 감소하며, 변위가 일정한 크기 이상 커지면 굴진면 전방지반이 파괴상태에 이른다. 이때에 터널의 종방향으로 하중전이가 발생하며, 토피고나 굴진면의 변위정도에 따라 그 경향이 다르다. 굴진면 파괴에 따른 터널 종방향 하중전이에 대해서는 연구된 사례가 있으나, 굴진면 변위와 종방향 하중전이를 결부시켜서 연구한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 토사터널에서 모형실험을 수행하여 굴진면이 과다변위로 인해 파괴됨에 따른 종방향 하중전이의 특성을 파악하였다. 즉, 정지토압 상태에서 시작하여 굴진면의 변위가 진행됨에 따른 터널 종방향 하중전이를 모형실험을 수행하여 측정하였다. 연구 결과, 종방향 하중전이는 굴진면 변위 초기에 대부분이 발생하고 굴진면 변위가 한계변위에 근접할수록 완만한 기울기로 한계치에 수렴하였다. 즉, 종방향 하중전이는 굴진면 전방지반이 아직 탄성상태일 때 급격히 증가하였고, 지반이 한계상태에 근접하면 완만하게 증가하는 경향을 나타내었다. 굴진면에서 변위에 의한 토압감소와 터널 종방향 하중전이는 같은 추세로 발생하는 것을 알 수 있었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.47-51
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• 2013

본 논문은 연약지반 쉴드 TBM 축소 모형실험을 통하여 슬러리에 의해 가해지는 막장 지보압의 변화에 따른 터널 막장면 안정성 변화 양상을 파악하고자 토피고에 따라 0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D, 1.5D의 총 5개 Case에 대하여 모형실험을 수행하였으며, 이론적인 터널 막장면 지보압 및 모형실험으로 선정된 적정 지보압 값을 상호 비교하였다. 암반 쉴드 TBM과 달리 연약지반 쉴드 TBM의 경우 균질한 지반조건임에 따라 모형실험으로부터 산정된 적정 지보압이 터널 심도에 따른 막장면 토압 및 수압으로부터 이론적으로 산정된 막장압 범위($P_{min}{\leq}P_{slurry\;pressure}{\leq}P_{max}$)와 잘 일치하고 있음을 확인하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제22권10호
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• pp.546-553
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• 2022

본 연구에서는 창원시 관내 도로 중 제강슬래그가 보조기층재로 사용된 도로에서 지속적인 포장면 크랙과 요철이 발생하여 물류운송의 불편 및 사고의 위험도가 증가하며 유지보수 예산 및 행정력 손실 등의 어려움이 있어 포장면 크랙 및 요철 발생 원인을 파악하고자 하였다. 3개 대상 도로에서 포장 절단 및 굴착을 실시하고 시료를 채취하여 수침 팽창시험과 X선 회절분석시험을 수행하였다. 제강슬래그의 주요 팽창원인은 CaO와 MgO의 수화반응 결과이며, CaO는 수개월 내에 수화반응이 종료되나 MgO는 소성되는 온도에 따라 반응 속도가 매우 느린 것으로 알려져 있다. X선 회절분석 시험 결과 3개 도로에서 채취된 시료의 MgO 함유량은 전체 평균 약 47%, CaO 함유량은 전체 평균 약 14%로 높은 MgO 함유량을 보였으며, MgO에 의한 느린 수화반응으로 인한 팽창이 장기적으로 도로 융기를 유발하고 그로인하여 도로 포장면에 크랙 및 요철이 발생된 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.855-867
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• 2018

터널 굴진면 전방에 연약대가 존재할 때에는 종방향 아칭에 의해서 굴진면 직전영역에 응력이 증가되어 터널의 안정성이 영향을 받는다. 따라서 굴진면 전방에 연약대 존재 여부 및 연약대의 특성을 파악하여 이에 대한 대비책을 마련하는 것이 중요하다. 굴진면 전방 연약대의 예측 방법은 물리탐사 및 수치해석적 방법과 터널지보 및 보강방안에 대한 연구는 많이 이루어 졌으나 굴진면 전방 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 굴진면 전방에 연약대 존재 시 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대하여 실내모형실험을 통해 규명하였다. 모형시험기에 주문진 자연사를 이용하여 함수비 3.8%로 모형 원지반을 조성하였으며 모형 연약대는 모형 원지반과 같은 자연건조 상태의 주문진 자연사를 샌드커튼 방식으로 강사하여 조성하였다 연약대 폭과 굴진면과 연약대 간 이격거리를 변화시키며 실험을 수행하였다. 모형시험기는 상하반단면 굴착이 구현 가능하도록 제작하였으며, 토조 바닥에 로드셀을 설치하고 지표에 변위계를 설치하여 터널굴착에 따른 연직응력 및 지표변위를 측정하였다. 지표침하는 연약대의 폭에 상관없이 굴진면과의 이격거리가 0.25D 이내에서 급격히 증가하였고, 수직응력 및 수평응력 또한 이격거리가 0.5D 이내에서부터 증가하는 경향이 나타났다. 실험결과 종방향 아칭의 영향은 터널 전방 1.0D 영역 내부터 형성된다고 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.167-178
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• 2003

발파설계가 터널 굴착 시 암반손상 및 여굴에 미치는 영향을 분석하고 암반손상 및 여굴이 터널 안정성에 미치는 영향을 분석함으로서 발파설계가 터널 지보설계에 미치는 영향을 연구하였다. 도로터널의 일반적인 발파패턴에 대해 동적발파 수치해석을 시행하고 연속체 손상역학(continuum damage mechanics)의 손상변수(damage variable)를 이용하여 여굴과 암반손상 정도를 분석함으로서 터널 굴착면 주위의 암반손상 정도와 영역을 구분하였다. 또한 발파하중 같은 동적하중이 암반내를 전파할 때 변화하는 암반의 동적파괴기준에 대한 연구를 수행하였다. 발파 암반손상 영향을 터널 안정성 해석에 반영하기 위하여 손상된 암반강성과 파괴기준을 적용하였다. 손상된 암반강성은 손상역학의 강도감소 모델을 이용하여 감소시켰다. 손상된 암반의 파괴기준은 암반강성과 지질강도지수의 관계식에서 도출한 손상된 지질강도지수(GSI$GSI_d$)를 적용함으로서 산출한 수정 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하였다. 암반손상을 고려하여 터널안정성을 해석한 결과, 암반손상을 고려하지 않는 경우와 비교하여 소성영역 범위가 확대되고 변위량이 증가하였다. 이는 발파암반손상을 고려하지 않고 터널설계를 하는 경우 단기적 혹은 장기적으로 터널안정성이 위협받을 수 있음을 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.41-70
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• 1999

쏘일네일 또는 지반앵커와 같은 보강재는 지하굴착 및 사면의 안정성 확보를 위해 효율적으로 적용될 수 있음이 여러 지반공학자들에게 널리 알려져 있다. 그러나 경우에 따라서는, 쏘일네일과 지반앵커를 굴착면 상하 또는 좌우에 복합적으로 적용하여 지반굴착이 진행되는 시공사례가 종종 있어 왔다. 본 연구에서는 한계평형적 접근에 근거하여, 이와같은 상하 또는 좌우 쏘일네일-지반앵커 복합 지지시스템의 전체적인 안정성을 평가할 수 있는 해석법을 제시하였다. 이 과정에서 예상 파괴흙쐐기의 형상은 $FLAC^{2D}\; 및\; FLAC^{3D}$ 프로그램 해석결과를 토대로 결정하였다. 또한 관입전단파괴에 대한 안정성 확보를 위해 요구되는 본 쏘일네일-지반앵커 복합 지지시스템의 전면부 숏크리트 벽체의 두께를 검토하였다. 아울러 쏘일네일 구조체와 지반앵커 구조체가 서로 접하게 되는 경계영역에서는 응력집중, 상대변위 및 이로 인한 전단력 유발 등 전면벽체에 대한 추가 안정성 검토가 요구된다. 이를 위해, 경계영역에서의 상대변위를 예측키 위한 간편 유한요소해석기법을 제시하였으며, 또한 충분한 안정성 확보를 위해 숏크리트 전면벽체의 두께가 과도하게 요구되는 문제점을 적절히 해결하기 위해 수정된 지압판 시스템을 제시하였다. 아울러 관련 설계변수들의 영향에 대한 다양한 분석과 더불어, 예측된 상대변위를 $FLAC^{2D}$프로그램 해석결과와 서로 비교하여 제시된 간편 유한요소해석기법의 적용 가능성을 평가하였다.

• 터널과지하공간
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• 제16권3호
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• pp.259-276
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• 2006

큰 초기응력을 받는 암반에서의 파괴 과정은 굴착경계에 평행하게 발생하는 응력 유도 균열에 의해 지배된다. 특히 지압의 절대크기가 암반 강도의 일정 비율 이상이 되면 응력 집중에 의한 암반의 취성 파괴를 유발하고, 이러한 현상은 터널 굴착 시 발생하는 파괴음과, 굴착면에 평행한 형태로 암편이 탈락하는 취성파괴 현상을 동반한다. Mohr-Coulomb과 같은 기존의 구성 모델은 일반적으로 마찰각과 점착력을 일정한 값으로 가정하므로, 점진적인 암반의 취성파괴 현상을 모사하기 어렵다. 본 논문에서는 일반적인 수치해석 코드에서 취성파괴를 잘 모의할 수 있는 것으로 알려진 CW-FS 모델을 사용하여 유류 저장공동 주변 암반에 대한 수치해석을 실시하고, 그 결과를 선형 Mohr-Coulomb 모델의 결과와 비교하였다. 또한 마찰각과 점착력 성분의 전단 소성변형률 한계를 변화시키면서 해석을 실시하여, 유류 저장공동에서 관찰된 취성파괴와 비슷한 양상을 보이는 해석 결과를 찾아보았다. 결과적으로 CW-FS 모델은 견고한 암반에서의 취성파괴를 모의하는데 있어 적절한 해석방법이라는 것을 알 수 있었다.