• 한국지반공학회논문집
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• 제36권9호
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• pp.45-55
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• 2020

X-ray CT는 암석시편의 공극 및 균열과 같은 내부 미세구조와 손상들의 정량적 분석에 활용되어 왔다. 원위치 CT는 외력 등 다양한 외적 요인에 영향을 받고 있는 암석 시편의 내외부 변화 과정을 관찰할 수 있게 해준다. 이의 확인을 위해, 암반/지반재료 특성분석에 활용한 원위치 X-ray CT 기술에 관한 최신 연구동향을 파악하였으며, 원위치 CT이미징이 가능한 암석의 수리-역학적 실험용 삼축셀을 개발하였다. 직경 25~50 mm 화강암 및 사암 코아시편의 원위치 CT이미징이 성공적으로 진행되었으며, 34~105 ㎛ 범위의 픽셀피치의 해상도를 취득할 수 있었다. 본 사전검토 촬영 실험을 통해 마이크로미터 스케일에서 암석의 내부구조 변화의 원위치 CT관찰이 가능한 것을 파악하였다. 요오드화 칼륨 용액은 CT이미지의 대비를 증가시키고 암석의 수리-역학 실험에서 주입유체로 사용할 수 있다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.545-552
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• 2020

본 연구에서는 터널 지보재로서의 역학적 성능을 충분히 발휘하면서 시공성 및 안정성을 보다 향상시키기 위한 목적으로 개발된 숏크리트용 섬유 그물망 일체형 터널 지보시스템의 지보 성능을 4점 굽힘 시험, 2차원 유한요소해석 및 단면 해석을 통해 평가하였다. 4점 굽힘 시험을 통한 휨 성능 평가 결과, 섬유 그물망 보강 숏크리트의 경우, 강섬유 보강 숏크리트와는 달리 섬유 그물망의 인장 성능이 발휘되면서 균열 이후에도 하중이 지속적으로 증가하는 결과가 나타났다. 또한, 지반 조건에 대한 터널 단면 구조 해석, 섬유 그물망 및 강섬유 보강 숏크리트의 단면 해석 결과, 섬유 그물망 보강 숏크리트의 타설 두께를 기존에 비해 감소시켜도 충분한 지보 성능이 발휘될 수 있는 것으로 나타났다. 추가적으로, 이와 같은 결과를 종합하여, 암반등급 3등급 지반 중 보다 높은 안정성을 요구하는 시공 구간에 효율적으로 적용될 수 있는 숏크리트용 섬유 그물망 일체형 터널 지보시스템의 지보패턴이 제안되었다.

• 터널과지하공간
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• 제32권3호
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• pp.203-218
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• 2022

본 연구에서는 유체 주입 중단과 유발 지진 규모의 관계에 대하여 수리역학적으로 분석하였다. 수리적 해석을 통해 공극압의 구배가 유체 주입 중단으로 인해 완만해짐과 동시에 주입 중단 이후에도 수 시간 동안 압력 선두에서 상당한 임계 공극압에 도달하면서 더 넓은 영역에서 추가적인 전단을 일으킬 수 있음을 확인하였다. 수리역학 복합 해석을 단순화된 균열모델에 적용함으로써 유체 주입 중단 후에 최대 규모의 지진이 발생하는 것을 모사하였고, 유체 주입을 유지하는 경우와의 비교를 통해 급작스런 유체 주입 중단이 지진 유발에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 공극압의 분포 이외에도 단층 간의 기하학적 관계와 응력 재분배 등에 의해 임계 공극압의 구배가 변하며 이것이 유발 지진의 규모 평가에 중요하게 고려되어야 함을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제14권4호
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• pp.461-468
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• 2004

이 연구에서는 암반 내 절리면의 거칠기 정도에 따른 수리특성의 차이를 규명하고자 Barton(1976)이 제안한 절리면 거칠기 계수(Joint Roughness Coefficient; JRC) 등급별로 투수계수를 산정하였다. 이를 위하여 JRC등급 형태별로 고속퓨리에 변환을 이용한 스펙트럼 분석을 실시하여 각 거칠기 등급별로 영향력 이 큰 주파수 성분을 추출하였다. 스펙트럼 분석결과 낮은 JRC 등급을 갖는 절리들이 높은 등급의 절리들보다 저주파 성분이 더 강하게 구성되어 있으며, 높은 JRC등급의 절리들은 상대적으로 고주파 성분이 더 크게 차지하는 것을 알 수 있었다. 스펙트럼 성분 중에서 영향력이 큰 주파수 성분만을 이용하여 퓨리에 역변환을 실시해 JRC 등급별 절리 모델을 생성하였다. 생성된 절리 모델은 거칠기 성분을 포함한 모델로써, 균질화 해석기법을 이용하여 각 모델의 투수계수를 산정하였다. 균질화 해석법은 섭동이론을 적용한 것으로서, 미시규모(microscale) 매질특성과 거시규모(macroscale) 매질특성을 동시에 고려하여 투수계수를 계산할 수 있으므로 균열 기하양상의 국부적 영향을 고려한 투수특성을 정확히 해석할 수 있다. 균질화 해석법을 이용해 투수계수를 산정한 결과, 절리 간극이 동일한 평행판 모델을 가정한 JRC 등급별 투수계수는 $10^{-3}\~10^{-4}m/sec$의 범위에 분포한다. 반면, 전단변형이 발생한 것을 가정한 모델에서는 $10^{-4}\~10^{-5}m/sec$의 범위에 투수계수가 분포한다. 이 경우는 투수계수 분포가 일정한 변화양상을 보이지 않고 JRC등급에 따라 불규칙적인 투수계수 분포를 보인다. 동일한 크기의 간극을 갖는 경우임에도 불구하고 JRC 등급별로 투수계수의 차이가 발생하거나 전단변위에 따라 투수계수가 불규칙적으로 분포하는 것은 거칠기 변화가 투수계수의 변화에 영향을 미침을 지시하는 것으로서, 이 연구를 통해 암반내 절리 등 균열을 따른 수리특성 규명에 있어 절리면 거칠기의 영향은 반드시 고려되어야 함을 알 수 있다.

• 지질공학
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• 제18권4호
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• pp.447-457
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• 2008

절리면의 거칠기, 충전물 등의 공학적 특성과 활동면 경사, 수압하중을 고려하여 암반사면의 파괴거동을 고찰하고 파괴시기를 예측하기 위하여 모형실험이 수행되었다. 절리면 거칠기는 폭, 길이, 높이 등을 고려하여 톱니형으로 제작하였다. 충전물은 거칠기의 돌출부 높이에 대하여 일정한 충전물두께를 유지하는 방식으로 0에서 돌출부 높이의 1.2배까지 증가시켰다. 수압증가에 따른 사면의 거동양상을 파악하기 위해서는 인장균열에 완전히 가해질 수 있는 수압을 100%로 하여 0.5%/min 및 1%/min의 속도로 0%에서 파괴 시 까지 수압하중을 증가시켰다. 모형실험은 활동면 경사각 $30^{\circ}$와 $35^{\circ}$에서 각각 거칠기, 충전물 두께, 수압하중증가 등의 조합을 변화시키면서 총 50회 수행하였다. 모형실험결과 절리면의 거칠기가 없는 경우의 파괴거동 양상은 수압하중 증가 조건과 충전물의 유무에 관계없이 선형 변위거동으로 나타나는 것이 특징적이다. 거칠기가 존재할 경우에는 충전물 두께가 거칠기 높이보다 낮을 때 계단형 변위거동이, 거칠기 높이 이상일 때 지수형 변위거동이 특징적이다. 이는 충전물 두께가 거칠기의 높이를 넘어서면 절리면의 거동특성이 충전물의 공학적 특성에 좌우되기 때문인 것으로 판단된다. 파괴를 유발하는 수압하중의 크기는 절리면의 거칠기가 증가함에 따라 증가한다. 충전물의 두께가 증가할수록 거칠기의 영향이 작아져 파괴 시 수압하중은 감소한다 파괴가 임박한 시점에서 3차 크립 형태의 변위거동을 보이는 지수형의 경우에는 inverse velocity를 이용한 파괴시기 예측이 가능한 것으로 판단된다. 다만 실험에서 나타난 거동특성이 완전한 지수형이 아니고 계단형과 지수형의 중간형태로 나타나는 경우가 대부분이므로 정확한 파괴시기 예측을 위해서는 다수에 걸친 파괴시간 추정이 필요할 것으로 사료된다.

• 지질공학
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• 제30권4호
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• pp.617-634
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• 2020

본 연구의 목적은 경주 단구리 활성단층대에 설치된 지하수 관측정과 주변 국가지하수관측정 124개 공에서 지진발생에 따른 지하수위 변동특성을 알아보는 데 있다. 수위자료를 활용하여 시공간적 분포특성과 지진과의 상관성을 해석하였으며, 발생한 지진에 대하여 관측정의 반응에 대한 효율성(잠재성)을 나타내는 Earthquake effectiveness(ε)와 q-factor를 계산하여 유효성을 분석하였다. 관측기간 중 단구리 관측정의 지하수위 변동은 E1(2019년 4월 22일 M 3.8) 지진 발생 이후(post-seismic) 83 cm의 지하수위 하강을, E2(2019년 6월 11일 M 2.5) 지진발생 전(pre-seismic) 76 cm의 지하수위 상승을 보여주었다. 주변 국가지하수관측정의 수위자료를 이용하여 시간에 따른 공간분포 분석결과, 단층대 주변 관측정에서 수위변동이 상대적으로 높은 특성을 보인다. 그리고 충적지하수보다 암반지하수에서 더 큰 수위변동을 보여 암반 지하수가 지진 관측에 유리함을 보여준다. 이러한 수위의 상승과 하강은 지진에 의해 암반에 가해지는 인장응력에 의한 균열의 증가와 압축응력에 의한 공극의 감소와 관련된 것으로 보인다. 단구리 관측정의 Earthquake effectiveness(ε)와 q-factor의 유효범위는 각각 2.70E-10~5.60E-10, 14.4~18.0으로 산정되었다.

• 지질공학
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• 제19권1호
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• pp.63-70
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• 2009

한국원자력연구원 내에 위치하는 지하연구시설의 안정적인 운영을 위하여 터널 내 벽면과 주변 사면의 지반변위 및 온도 변화를 실시간 감시할 수 있는 시스템을 구축하였다. 이 시스템은 광섬유센서케이블의 센서 기능을 활용하여 케이블 전체가 하나의 센서 기능을 하는 분포개념의 온도 및 변형을 측정기법을 이용한 것으로서 기존의 특정지점 계측방법과는 확연하게 차별된다. 이 기법은 구조물의 특성에 따라 선택적으로 탄력적 적용이 가능하여, 최대 매 1 m 간격으로 총연장 30 km까지 하나의 운영체계로 감시할 수 있는 기능을 가지고 있다. 변형특성의 계측 범위는 1 m 당 1 mm 변위 크기까지 계측이 가능하며, 변위 발생 위치와 변위가 진행하는 방향까지 계측 가능하다. 온도는 $0.01^{\circ}C$ 해상도를 가지며 케이블 종류에 따라 $-160{\sim}600^{\circ}C$까지 계측이 가능하다. 지하연구시설에서 1년 간의 모니터링 결과, 터널 벽면 및 주변 사면에서 뚜렷한 변위 혹은 거동은 확인할 수 없었으나, 지하수 누출에 의해 점진적으로 영향이 미칠 것으로 예상되는 징후를 확인하였다. 이로서 숏크리트로 처리한 터널 벽면의 균열변형 및 붕괴/낙반사고를 사전에 감지하고, 암반 내 지하수위의 등락과 함께 연구 터널내 환기상태를 감시, 관리할 수 있는 시스템을 구축하게 되었다. 이 외에도 이 시스템은 복잡한 구조를 갖는 플랜트의 변형은 물론 장대 구조물과 고층빌딩, 대형선박, 장대 교량, 댐과 송수관로 및 지하철 등의 안전 유지상태 및 누수 등의 감시에도 적용 가능하다. 특히 온도 변화 감시 기능은 목재 건조물에도 효과적으로 이용할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제19권3호
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• pp.248-260
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• 2009

직접 개발 형식의 해외자원개발과 관련하여 단순 자본 투자에서 직접 개발로 변화하고 있다. 대규모 노천 석탄광산에서의 사면 안정성과 관련하여 지하수 유동 체계 분석과 사면 보강공으로서의 수평 배수공 타당성을 인도네시아 Pasir 탄광을 대상으로 검토하였다. 본 연구에서는 지하수 체계를 특징짓기 위해 지하수 수위 분석, 현장 투수 시험, 추적자 실험 등 다양한 현장 실험 및 계측을 수행하였다. 특히, 중부 지역의 상부에 위치한 SM강과의 연계성을 분석에 중점을 두었다. Guelph 투수계수를 활용하여 투수계수를 측정하였으며, 사암이 이암이나 탄층보다 투수성이 매우 높은 것으로 나타났다. 지하수 수위 분석 결과 사암층과 협재되어 많은 균열을 포함한 얇은 탄층이 주된 지하수 유동 경로 역할을 히는 것으로 나타났다. 추적자 시험 결과 SM강이 인근 지하수계에 미치는 영향은 강 바닥의 지층구조에 따라 다른 것으로 파악되었다. 수평 배수공의 효과를 파악하기 위한 2차원 지하수 유동 해석 결과는 폭이 좁은 탄층이 협재되어 있는 지층과 사암층이 주된 지하수 유동 경로이며, 충분한 심도로 수평 배수공 시공시 사면 안정화에 효과가 있는 것으로 파악되었다. 따라서 수평 배수공의 시공 위치와 시공 심도의 결정을 위해서는 지층 구조의 파악이 선행되어야 한다.

• 한국지구물리탐사학회:학술대회논문집
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• 한국지구물리탐사학회 2005년도 제7회 특별심포지움 논문집
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• pp.83-92
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• 2005

연안지역에서 해수침투대의 특성을 파악하기 위하여 전기전도도 검층을 수행하였다. 검층의 목적은 투수성 파쇄대 및 고염분 지하수가 유입되는 구간의 확인이다. 전기전도도 검층은 시추공 내의 지하수를 전기적으로 다른 성질을 갖는 지하수로 치환하고 일정 양수 또는 자연 상태에서 시간에 따른 전기전도도의 변화를 측정한다. 따라서 시추공과 교차하는 투수성 파쇄대 또는 다공성의 대수층에서 시추공내로 유입되는 지층수 전기전도도의 변화 특성을 일정 시간 간격에 따라서 측정하면 지하수가 유입되는 구간의 확인이 가능하다. 현장 시험에 적용한 공내수 치환 시스템은 주입과 양수, 유량측정이 가능하며 내경이 작은 모니터링 PVC 케이싱도 적용이 가능하도록 제작하였다. 전남 영광의 연안지역에 위치하는 3개 시추공에 공내수 치환기법을 적용하여 전기전도도의 변화 특성을 측정한 결과, 연안지역의 고염분지하수는 균열암반을 통한 해수침투는 물론 간척사업으로 인한 잔류염분의 영향을 동시에 받고 있음을 확인할 수 있었다. 공내수 치환기법과 추가적으로 수행될 정량적인 해석 결과는 연안지역에서 수리상수 추정, 최적의 양수설계, 해수침투 특성 평가 등에 활용될 것으로 예상된다.

• 보존과학회지
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• 제20권
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• pp.89-103
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• 2007

진주성 촉석루의 성곽지반은 진주층의 사암을 기반암으로 암갈색 내지 담회색의 미사암과 암회색 세일이 호층을 이루며 촉석문 쪽으로 경사진 층리가 발달되어 있다. 이 지반에는 크고 작은수직 및 수평절리가 발달되어 있으며 풍화와 침식작용에 의해 여굴이 발생되어 있다. 또한 불연속면의 발달에 의한 누수현상과 세일층의 세편화, 수목 근압에 의한 균열 및 절리가 나타나 있다. 이 성곽지반의 구성암석 중 물리적으로는 세일층이 화학적으로는 미사암층이 풍화에 민감하게 나타났으며, 공통적으로 기반암인 사암이 풍화에 가장 민감한 특징을 보였다. 성곽지반의 사면안정성 평가 결과, 이 암반사면은 평면파괴에 안정하나 국부적으로 소규모의 쐐기파괴 가능성을 갖고 있으며 사면 전체적으로 전도파괴에 불안정성을 보이는 것으로 나타났다. 따라서 이 성곽지반은 연약지반 개량공법을 통한 지반강도를 증대시키고 석조문화재용 강화제 등을 이용한 표면강화처리를 실시해야 할 것이다. 또한 최소한의 경관을 유지 할 수 있는 수목 이외에는 제거해야하며 수분침투를 막을 수 있는 차수대책 및 배수시설이 필요할 것이다.