• 터널과지하공간
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• 제21권3호
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• pp.151-163
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• 2011

LCM 시험은 디스크커터의 설계와 굴진성능 예측을 위한 가장 신뢰성 있는 시험으로 알려져 왔다. 하지만, 실대형 시료를 대상으로 실제의 커터 하중을 예측할 수 있는 이점이 있음에도 불구하고, 시료의 채취 및 운반이 용이하지 않고 1회 시험에 많은 비용이 소요된다는 단점을 갖고 있다. 또한 절리를 포함한 시료에 대한 시험의 경우, 시험 과정이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 시험에서 예측된 모델을 설계에 반영하기 어려운 경우가 많다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 수치해석 모델개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 입자의 유동해석을 효과적으로 묘사할 수 있는 PFC2D를 이용하여 디스크커터의 절삭운동에 의한 암석시험편의 파쇄형상 및 균열 전파양상을 분석하고자 하였다. 또한 절리를 포함한 암석시험편을 모델링하여 절리의 경사각, 절리의 경사방향 그리고 절삭면에 노출된 절리의 간격의 변화에 따른 디스크커터의 절삭력을 수치해석적으로 분석하였다. 해석결과, 절리의 경사방향이 디스크커터의 진행방향과 반대일 때, 절리의 경사각이 작을수록, 노출된 절리의 간격이 좁을수록 더 큰 절삭력이 요구됨을 알 수 있었다. 이와 같은 수치해석 결과를 토대로, 디스크커터와 절리의 분포 특성과의 상관관계를 LCM 시험 결과와 비교 분석한다면, 보다 정확한 수치모델을 개발할 수 있을 것으로 판단되며 TBM(Tunnel Boring Machine) 굴착성능 예측 및 디스크커터의 적합 설계에 합리적인 판단기준을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제22권5호
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• pp.346-353
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• 2012

한 개의 평면이방성 시험편으로부터 5개의 독립적 탄성상수를 결정할 수 있는 방법을 찾기 위하여 다중 시험편 시험을 수행하였다. 실험에는 유상구조가 뚜렷한 유문암의 7개의 서로 다른 각도를 갖는 총 35개 시험편을 사용하였다. 제 2보인 본 연구에서는 측정된 변형률과 해석된 탄성상수를 통계적으로 분석하고 참값을 결정하는데 중점을 두었다. 통계분석의 결과로서, 측정자료의 신뢰성은 충분히 확보되었으며, 15도 시료를 제외한 시료에서 SV 식의 적용성이 매우 높은 것으로 밝혀졌다. 각도가 증가함에 따라 탄성상수의 상대표준편차는 대체로 작아지는 경향진다. 이는 측정값의 편차가 작아지기 때문에 발생하는 현상이기도 하지만, 각도가 클수록 SV 식이 잘 적용되기 때문이라고 유추할 수 있다. 분석된 5개의 탄성상수의 크기는 높은 신뢰성을 갖고 있어 실험에서 얻을 수 있는 참값이라 할 수 있다. 그러나 이러한 값으로부터 예측한 겉보기 탄성계수는 실측된 크기들을 표현할 수 없는 것으로 판명되었다. 이러한 불일치로 미루어 겉보기 탄성계수의 크기를 감소시키거나 또는 전단변형률이 증가시키는 요인이 실험이나 평면이방성 특성에 존재한다고 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제22권5호
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• pp.321-329
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• 2012

미생물의 유무에 따른 티탄철석의 물성변화를 살펴보기 위하여 공극률, 흡수율, 종파속도 및 일축압축강도(UCS) 등의 실내시험을 수행하였다. 물리적 성질 변화는 미생물을 배양하지 않은 무기적 산화와 미생물을 배양한 생물학적 산화의 조건에서 배양기간에 따라 정량적으로 비교하였다. 그 결과, 배양기간 45일까지 측정된 pH는 무기적 산화의 경우 3.82-4.26 범위에 분포하는 반면, 생물학적 산화에 의한 pH 값은 2.20-2.57 범위 내에서 분포를 보였다. 미생물 유무와 배양기간에 따라 측정된 흡수율의 경우 무기적 산화는 최종단계에서 0.052%, 생물학적 산화는 0.073%로 나타났다. 공극률의 경우 무기적 산화는 최종단계에서 0.206%, 생물학적 산화는 0.281%를 보였다. 미생물에 의한 생물학적 산화는 무기적 산화에 비해 전반적으로 높은 값을 보였다. 종파속도는 배양기간이 지남에 따라 전반적으로 초기 평균값에 비해 낮은 속도 분포를 보였으며, 무기적 산화는 최종단계에서 1886 m/s로, 생물학적 산화는 최종단계에서 1410 m/s로 나타났다. 일축압축강도는 배양기간 따라 모든 시험편에서 감소를 보이며, 무기적 산화의 경우 최종단계에서 241.4 MPa로, 생물학적 산화의 경우 140.0 MPa로 나타났다. 결론적으로 배양기간에 따른 티탄철석의 물리적 특성 변화는 미생물에 의한 영향이 크게 작용하였음을 의미한다.

• 터널과지하공간
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• 제23권5호
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• pp.383-391
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• 2013

1960년대 후반 이래로 수행된 여러 진삼축압축시험 결과에 의하면 암석의 파괴강도는 중간주응력의 크기에 상당한 영향을 받는 것으로 나타나고 있다. 이러한 실험적 결과를 바탕으로 지금까지 중간주응력이 파괴에 미치는 영향을 고려할 수 있는 다양한 3차원 파괴조건식들이 제안되고 있다. 그러나 문헌에 보고된 대부분의 3차원 파괴기준식들은 암석의 진삼축압축 강도를 현상학적으로 재현하기 위한 목적으로 개발되었기 때문에 관련된 강도정수들의 역학적 의미가 명확하지 않다. 이 연구에서는 암석강도의 중간주응력 의존성이 암석 내에 포함된 연약면들의 공간적 분포특성과 관련성이 있다는 가능성을 확인하기 위해 평면이방성 암석모델을 대상으로 수치 진삼축압축시험을 수행하였다. 미소구조텐서 개념을 활용하여 이방성 Mohr-Coulomb 파괴기준식을 개발하였으며 이를 강도기준식으로 활용하고 임계면법을 적용하여 평면이방성 암석의 파괴강도 및 파괴면 방향의 중간주응력 의존성을 분석하였다. 분석결과는 암석에 포함된 미시적 연약면들의 주응력 방향에 대한 방향성이 암석강도의 중간주응력 의존성과 밀접한 관련성이 있음을 암시해준다.

• 터널과지하공간
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• 제23권5호
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• pp.353-361
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• 2013

최근까지 노천광산을 대상으로 덤프트럭의 최적 운반경로 분석을 수행한 연구들은 주로 래스터 자료를 사용하였다. 그러나 래스터 자료는 격자 해상도에 따라 운반경로가 zigzag 형태로 심하게 왜곡될 수 있으며, 경로의 위상관계를 고려할 수 없는 한계가 있다. 벡터 네트워크 자료를 사용할 경우에는 이러한 문제점들을 해결할 수 있으나, 지형경사에 따른 덤프트럭의 성능 변화 특성이 최적 운반경로 분석시 반영될 수 있도록 할 필요가 있다. 본 연구에서는 노천광산 덤프트럭의 최적 운반경로 분석을 위해 지형경사에 따른 덤프트럭의 이동속도 변화를 반영할 수 있는 벡터 네트워크 자료의 생성 방법을 제시하였다. 수치지형모델 제작, 운반도로 디지타이징, 지형 경사도 계산, 경사도를 반영한 트럭의 이동속도 및 이동시간 계산 순으로 자료의 생성 작업이 진행된다. 제시한 벡터 네트워크 자료 생성 방법의 적용성과 효과를 알아보기 위하여 인도네시아 파시르 석탄노천광산의 로또 남부 채광장을 대상으로 간단한 사례연구를 수행한 결과, 제시한 방법이 ArcGIS Network Analyst 소프트웨어와 쉽게 호환이 가능하며, 최적 운반경로 분석시 지형경사에 따른 덤프트럭의 이동속도 변화를 효과적으로 반영할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제23권4호
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• pp.288-296
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• 2013

본 연구에서는 가행광산 및 휴 폐광산에 대하여 선정과정을 거쳐 최종적으로 총 13개의 광산을 연구대상으로 하여 현장실측을 하였다. 이후 스프레드시트를 이용한 열역학적 방식의 자연통기력에 대한 계산을 시도하였다. 이를 바탕으로 각 광산들의 자연통기력을 정량화 하였다. 또한, 광산 심부화를 가정한 자연통기에너지(NVE)의 변화와 자연통기압력(NVP)을 예측하고, 이 값을 갱도 조건에 적용하여 유량변화를 관찰하였다. 국내 광산의 자연통기력은 약 5~300 Pa의 범위로 계산된다. 심도가 깊어짐에 따라 온도차에 의해 NVP은 커지나 저항 또한 증가하므로 NVP와 갱도 저항의 관계에 의해 깊이가 증가할수록 유량은 일정한 값으로 수렴하는 경향을 보인다. 깊이 200~300 m 까지는 높이차가 있는 수직갱을 이용한 자연통기가 효과적이나 약 200~300 m 이상에서는 NVP에 따른 유량변화율이 미미하므로 300 m 이상 심부화가 진행될 경우 자연통기압력으로 충당치 못하게 되어 기계통기를 통한 추가적인 압력이 필요하다.

• 터널과지하공간
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• 제27권1호
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• pp.12-25
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• 2017

국내 석회석광산은 주로 자연통기에 의존하고 있으나 자본 및 운전비용이 과다하게 소요되는 광산 전체통기방법보다 풍관과 선풍기를 이용한 국부통기방법이 바람직한 방법으로 평가된다. 국내 대단면 장대 광산갱도에 풍관이 접속된 국부선풍기를 직렬로 연결 설치하는 경우에 통기시스템의 경제성과 효율의 최적화가 반드시 요구된다. 최적화를 위한 가장 중요한 두가지의 설계변수는 벽면 이격거리와 풍관 간의 이격거리이다. 본 연구에서는 경제적 및 환경적으로 최적화된, 즉 풍관간의 이격 공간을 통한 압력손실, 누기 그리고 오염된 공기의 재유입을 최소화할 수 있는 두 설계변수 값을 도출하기 위하여 광범위한 CFD분석을 시행하였다. 기존 연구결과와 권고기준들을 고려하여 이들 변수의 연구대상 범위를 선정하였다. 본 연구의 궁극적 목표는 국내 장대 광산갱도내 설치되는 풍관 접속 선풍기의 직렬연결 국부통기시스템의 최적화를 통하여 깨끗하고 안전한 작업장 환경을 제공하기 위함이다.

• 터널과지하공간
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• 제27권1호
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• pp.26-38
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• 2017

본 연구는 유 가스 저류층의 암석 투과도 분석을 위해 다양한 층리를 가진 암석과 치밀사암(tight sandstone)을 이용하여 실제 현장의 응력조건을 고려한 암석 투과도를 연구하였다. 다양한 층리를 고려하기 위하여 수평/수직 층리(horizontal & vertical bedding) 및 층리가 존재하지 않는(non-bedding) 암석 시료를 사용하였으며, 균열이 존재하는 저류층의 암석 투과도를 연구하고자 인공균열을 생성시킨 치밀사암을 사용하였다. 실제 심도에서 암석이 받는 유효응력(effective stress)을 암석 투과도 실험에 구현하기 위해 삼축 압력셀을 이용하여 심도별 암석투과도 실험을 수행하였다. 암석 시료에 가해지는 유효응력 및 공극압으로 구분하여 응력조건을 고려하였다. 실험은 두 가지 형태의 응력 해방조건을 고려하여 실시하였다. 또한 암석 투과도 개선을 위한 균열 지지제(proppant)를 주입해 응력조건별 균열 암석 투과도 변화 양상을 분석하였다. 실험결과, 층리 암석투과도에서는 층리가 존재하지 않는 암석 시료가 응력에 가장 민감하게 반응하였으며, 균열 암석 투과도에서는 균열 지지제 주입 유무에 따라 암석 투과도 값이 크게 달라지는 것을 확인 할 수 있었다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제30권5호
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• pp.462-472
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• 2020

암종 분류은 현장의 지질학적 또는 지반공학적 특성 파악을 위해 요구되는 매우 기본적인 행위이나 암석의 성인, 지역, 지질학적 이력 특성에 따라 동일 암종이라 하여도 매우 다양한 형태와 색 조성을 보이므로 깊은 지질학적 학식과 경험 없이는 쉬운 일은 아니다. 또한, 다른 여러 분야의 분류 작업에서 딥러닝 영상 처리 기법들이 성공적으로 적용되고 있으며, 지질학적 분류나 평가 분야에서도 딥러닝 기법의 적용에 대한 관심이 증대되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 동일 암종임에도 다양한 형태와 색을 갖게 되는 실제 상황을 감안하여, 정확한 자동 암종 분류를 위한 딥러닝 기법의 적용 가능성에 대해 검토하였다. 이러한 기법은 향후에 현장 암종분류 작업을 수행하는 현장 기술자들을 지원할 수 있는 효과적인 툴로 활용 가능할 것이다. 본 연구에서 사용된 딥러닝 알고리즘은 매우 깊은 네트워크 구조로 객체 인식과 분류를 할 수 있는 것으로 잘 알려진 'ResNet' 계열의 딥러닝 알고리즘을 사용하였다. 적용된 딥러닝에서는 10개의 암종에 대한 다양한 암석 이미지들을 학습시켰으며, 학습 시키지 않은 암석 이미지들에 대하여 84% 수준 이상의 암종 분류 정확도를 보였다. 본 결과로 부터 다양한 성인과 지질학적 이력을 갖는 다양한 형태와 색의 암석들도 지질 전문가 수준으로 분류해 낼 수 있는 것으로 파악되었다. 나아가 다양한 지역과 현장에서 수집된 암석의 이미지와 지질학자들의 분류 결과가 학습데이터로 지속적으로 누적이 되어 재학습에 반영된다면 암종분류 성능은 자동으로 향상될 것이다.