• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.49-62
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• 2007

본 연구에서는 사질토 지반에 설치된 수직갱에 작용하는 토압에 대한 기존 제안식을 수정하였다. 이를 검증하기 위하여 깊이에 관계없이 동일한 반경방향 변위를 일으킬 수 있는 실내 모형시험장치를 개발하였으며, 벽면마찰각과 상대 밀도를 변수로 시험하였다. 실내 모형시험 결과는 수정식에서 접선방향 토압계수(수직응력에 대한 접선방향 응력 비)인 $\lambda$값을 $\lambda=1-sin\phi$와$\lambda=1$을 사용하였을 경우의 토압 사이에 분포하였다. 다층지반에 설치된 원형수직갱 배면지반의 파괴면을 가정하고 수정식을 적용하여 다층지반에 설치된 원형수직갱에 작용하는 토압 산정방법을 제안하였다. 시공현장의 3개의 수직갱으로부터 계측 데이터를 획득하였으며 이를 토압으로 환산하여 제안된 방법을 검증하였다. 계측 데이터로부터 환산된 대부분의 환산 토압은 제안된 방법의 토압과 잘 일치하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.23-31
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• 2012

본 연구에서는 사질토 지반에 설치한 원형수직터널에서 아칭효과를 고려한 토압의 거동 특성을 분석하기 위해 실제의 응력상태를 재현할 수 있는 원심모형실험(centrifuge model test)을 수행하였다. 이를 위해 직경 6.0m, 높이 15.0m의 원형수직터널을 대상으로 축소모형 실험체를 제작하였으며, 중력장 75G를 가속하여 2회 반복실험을 수행하였다. 더불어, 지반굴착에 따른 토압의 거동특성과 크기를 분석하기 위하여 모형 수직터널 벽체를 2단으로 분리하여 굴착효과를 모사하였으며, 그 결과를 선행연구에서 제안한 이론토압식과 비교하였다. 실험결과, 원형수직터널에 작용하는 토압은 기존의 2차원(Ko) 토압에 비해 약 70% 가까이 전토압이 저감되는 효과가 관찰되었으며, 이는 3차원 아칭효과에 의해 토압이 경감된 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.129-144
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• 2010

원형수직터널에 작용하는 토압은 아칭효과로 인해 2차원 일반 흙막이벽에 작용하는 토압보다 작으므로 원형수직터널 설계 시 벽체에 작용하는 실질적인 토압의 예측이 필요하다. 본 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion papers)의 두번째로서 원형수직터널 설계 시 건조한 사질토뿐만 아니라 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 적용 가능하도록 새롭게 제안된 토압식(김도훈 등, 2009)을 증명하기 위해 대형 모형실험을 수행하였다. 고안된 모형실험 장비는 단계별 굴착이 가능하도록 제작 벽체의 반경을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 또한 강사 방법으로 지반을 조성하기 전 건조한 시료에 물을 첨가하고 불포화사질토를 형성시켜 겉보기 점착력을 발현시킴으로써 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 실험을 진행하였다. 실험 결과로서, 단계별 굴착을 모사하였을 때, 아칭효과에 의해 굴착된 지반에서 굴착되지 않은 지반으로 하중이 전이가 일어나는 확인할 수 있었다. 또한, 동시에 굴착했을 때의 토압은 예측한 값에 비해 상당히 작게 나타났지만, 단계별로 굴착했을 때의 최종 토압은 동시 굴착 시의 토압에 비해 크게 나타나며 새롭게 제안된 토압식과 잘 일치하였고 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 수행한 실험의 결과도 겉보기 점착력의 효과로 인해 토압의 감소를 보이며 이론적인 값과 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권2호
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• pp.117-129
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• 2009

원형수직터널에서 3차원적인 아칭효과를 고려한 토압산정을 위해 여러 연구가 수행되었고 실내시험 및 수치해석을 통해 이를 검증하였으나, 다층지반과 c-${\phi}$지반에서의 적용이 어려웠다. 본연구에서는 c-${\phi}$지반에서의 토압 산정을 위해 c-${\phi}$지반에서 적용 가능한 토압계수 산정식을 구하였으며, 기존 토압식을 수정 제안하였다. 점착력이 토압에 미치는 영향을 파악하기 위해 지반을 가정하여 각 경우별로 토압을 산정하여 비교하였으며, 다층지반에서 파괴면을 가정하는 방법으로 토압을 구하였다. 이 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion paper)의 첫 번째로서 모델개발을 위한 이론전개를 다루고 있으며, 대형 모형실험에 의한 실증은 두 번째 논문에서 다룰 것이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.63-76
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• 2008

본 연구는 명확한 설계기준이 제시되어 있지 않은 국내의 수직구 설계기술 개선을 위하여 수행된 것으로, 국내외 설계기준 및 원형 수직구에 대한 이론적인 토압을 고찰하였고, 시공중인 수직구 2개소에 대하여 현장계측을 수행하여 수직구의 변형 및 작용하중분포 특성을 분석하였다. 심도별 토압 및 작용하중분포는 신영완(2007)이 제안한 이론토압과 유사한 경향을 나타내었으며, 수직구 주변 지반의 비균질, 비등방성에 의하여 편측 변형 및 토압이 발생되는 것으로 분석되었다. 토사 및 풍화암의 편하중비($R_p$)는 단면형상비(H/R)에 따라 상이한 결과를 나타내었고, 암반은 35.0%미만의 편하중비($R_p$)를 적용하는 것이 적정한 것으로 검토되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권6호
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• pp.431-450
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• 2011

원형수직터널의 시공시 지하수가 존재하는 경우 굴착에 의해 지하수의 흐름이 발생되어 추가적인 힘이 작용하게 된다. 원형수직터널의 지하수의 흐름은 일반적인 수평터널과 달리 깊이방향으로 다르게 작용되며, 수직터널의 벽체에 경사방향으로 작용하게 된다. 본 연구에서는 원형수직터널에 작용하는 침투력의 영향을 파악하기 위해 깊이에 따라 변하는 경사방향의 흐름성분을 수직과 수평방향으로 나누어 각각을 이론식에 적용하였다. 지하수가 영향을 미치는 범위는 토압을 야기하는 이완영역과 같은 것으로 가정하여 이론식을 유도하였다. 침투력에 의해 발생되는 추가적인 힘으로 인하여 원형수직터널의 이완영역에 작용되는 응력이 달라짐에 따라 침투력을 고려한 토압계수 산정식과 원형수직터널 벽체에 작용하는 응력 산정식을 본 연구를 통해 제안하였다. 가상지반을 설정하고 제안식을 적용한 결과, 침투를 고려하지 않은 건조한 지반에 비하여 수직방향응력은 약 1.4배, 토압은 2.5배 증가하는 결과를 보였다. 침투해석을 통하여 "유효응력+침투력"으로 구한 값과 제안식을 이용하여 산정한 값은 유사한 경향을 보여 제안식은 침투력을 적절히 고려하여 토압을 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권4호
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• pp.15-24
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• 2006

원형 오픈 케이슨과 원형 수직구에 설치된 흙막이 벽에 작용하는 토압은, 벽체의 변위와 응력해방으로 인한 수평 및 연직 아칭효과로 인하여, 평면 변형조건에서의 옹벽에 작용하는 토압보다는 작은 토압이 발생한다. 원형벽체에 작용하는 토압분포를 조사하기 위해서, 건조한 모래지반에서 깊이에 따른 벽체변형이 균등한 조건의 모형실험을 실시하였다. 벽체 변위, 벽면 마찰, 벽체 형상비 등을 조절할 수 있는 모형 실험 장치가 개발되었고, 모형실험을 통하여 원통형 벽체에 작용하는 토압에 대한 다양한 인자의 영향이 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.261-277
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• 1999

고랑형태로 좁게 굴착된 되메움 공간에 대한 수평 및 연직 토압은 굴착면과 되메움 흙과의 벽면마찰 및 고랑식 되메움공간의 형상에 따라 그 영향을 받는다. 본 연구에서는 대칭수직 굴착면에 대한 Handy의 제안식 및 대칭경사굴착면에 대한 Kellogg의 식을 수정하여 비대칭 굴착형상의 되메움 공간에 대한 수정식과 최소주응력아치 형태를 나타내어 보였다. 수정된 식은 모형토조 실험결과와 비교하였을 때 되메움 토압의 크기, 분포 등 그 경향이 매우 유사하였으며 비대칭으로 경사진 공간에서의 되메움 토압이 대칭적으로 수직하게 굴착된 공간에서의 토압보다 2배 이상의 큰 크기와 현저한 아칭현상의 저하를 보였다. 본 연구와 유사한 현장의 구조물에 미치는 토압을 산정할 때 되메움 공간의 형상 및 크기 등을 고려한 토압산정식이 적용되어져야 할 것으로 확인되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.143-155
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• 2007

원형수직구 벽체에 작용하는 토압은 축대칭 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 벽체에 작용하는 토압보다는 작으며, 원형수직구 흙막이벽이나 라이닝 등의 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압의 정확한 산정이 필요하다. 따라서, 수평 및 연직방향 아칭효과에 의한 토압감소를 고려하고 수직구 벽체 반경에 대한 높이의 비로 정의되는 벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 토압산정식이 제안되었다. 또한, 모래지반에서 모형실험에 의한 토압이 분석되었다. 제안된 토압산정식에 의한 토압은 벽체반경이 증가하여 벽체형상비가 감소함에 따라 평면변형조건의 토압과 정확히 일치하였으며, 모형실험에 의한 토압분포와 근사한 경향을 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권1호
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• pp.35-45
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• 2022

개착공법으로 원형 수직구 건설 시, 가시설 흙막이 벽체는 일정 수준의 변위를 허용하는 연성벽체로 설계된다. 합리적이고 경제적인 연성벽체의 구조 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압을 정확히 평가할 필요가 있다. 원형 수직구 벽체에 작용하는 토압은 주변 지반의 소성 변형과 밀접하게 연관되어 있으나, 이에 대한 연구는 부족한 상황이다. 본 연구는 원형 수직구의 단계 굴착을 원심모형시험을 통해 모사하고, 원심모형시험 중 촬영된 이미지에 이미지 해석 기법을 적용하여 원형 수직구 굴착 시 주변 지반에 발생하는 변형을 평가하였다.