• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권5호
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• pp.657-673
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• 2019

최근 음향방출(Acoustic Emission, AE) 센서를 이용하여 지하 암반 내 구조물의 손상을 평가하는 기법이 활발하게 사용되고 있다. 암반 손상 시 발생되는 미소파괴음은 시간 및 주파수 영역에서 다양한 음향방출 특성인자로 분석된다. 암반 내 초기 균열 발생부터 최종 파괴까지의 특징을 파악하기 위해서는 외부응력 수준과 암반 강도에 따른 음향방출 특성인자 발생 양상을 이해하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 경암과 연암 강도를 가진 화강암 시편을 이용하여 일축 압축시험을 수행하여, 암석 시편 파괴 시 발생하는 음향방출 특성인자를 분석하였다. 실험결과, 응력 비율이 증가할수록 이벤트 횟수, 실효값, 최대 진폭, 절대 에너지가 경암 시편에서 연암 시편 보다 높은 경향을 보였다. 또한, 주파수 관련 특성인자는 응력 비율 증가나 시편의 물성특성에 대해 민감도가 낮은 것으로 분석되었다. 본 연구에서 암석 시편 파괴에 따른 음향방출 특성인자 분석 결과, 실효값(RMS)이 가장 민감한 인자로 평가되었다. 본 연구의 결과는 음향방출 기반 모니터링 수행 시 암반 손상 정도 평가를 위하여 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 문화기술의 융합
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• 제9권1호
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• pp.539-544
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• 2023

연구 대상은 경상북도 ◯◯시 ◯◯동에 위치한 마애여래입상 암반으로서 안정성이 우려되는 중생대 백악기 화강섬록암 마애불상이다. 안정성 해석을 위해 마애불 암반의 3차원 face mapping과 절리의 지질공학적 특성, 3차원 스캐닝, 초음파속도, 편광현미경 분석, 전자현미경 분석 및 XRD 분석을 수행하였다. 더불어 손상상태 조사, 평사투영해석, 암반분류 및 한계평형해석으로 마애불 암반의 안전율을 산정하였다. 구간별로 손상 및 가능한 붕괴의 유형과 규모는 암석의 풍화도와 절리면의 배향과 특성에 따라 다르나 쐐기파괴와 전도파괴가 소규모로 예상된다. face-mapping 자료, RMR, 암석의 물성·역학시험, 평사투영해석 및 한계평형해석으로 종합·검토한 결과, 마애불 암반의 건기 시와 우기 시의 허용안전율 1.2에 미달하여 안정성이 우려된다. 손상유형은 박리, 균열, 입상분해 및 초목생장, 균열 방향별 점유율은 전면이 가장 우세한 것으로 나타난다. 마애불 암석은 화강섬록암이며, 표면 변색의 물질은 K, Fe, Mg로 판명되었고, 4조의 절리 중 J1은 인장절리이고 나머지는 전단절리이다. 초음파탐사로 추정한 일축압축강도는 514kgf/cm2로서 대부분 연암과 일부 풍화암에 해당한다. 암반분류 결과 5등급으로 추산되며, 마애여래입상 전면부 불안정성이 예상된다. 기존의 문화재 안전진단의 방법과 더불어 이들 기법은 석조문화재의 객관적인 해석 및 안정성 검토의 합리적인 도구가 될 것으로 예상한다.

• 한국광물학회지
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• 제25권2호
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• pp.105-115
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• 2012

강화제는 손상된 석조문화재를 보존하기 위해 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 기 개발된 표면 강화제를 화강암, 사암, 대리암에 적용시킨 후 암석 광물학적 특성변화를 연구하기 위하여 개발된 강화제를 화강암, 대리암, 사암에 적용하여 강화제의 효율에 대한 현장평가를 실시하였다. 강화제 현장 적용 대상암석에 대하여 X-선회절분석, 쌍안실체현미경, 편광현미경, 주사전자현미경 관찰 등을 실시하였으며, 본 연구에 사용한 강화제는 개발한 2종 100%1T1G, 3%40nm/97%1T1G이다. 개발 강화제 처리 후 암석 표면변화에 대한 연구 결과에 의한 효과는 화강암의 경우 3%40nm/97%1T1G가 아주 우수하고, 사암의 경우 3%40nm/97%1T1G 약간 우수하며, 대리암의 경우 3%40nm/97%1T1G와 100%1T1G는 유사하다. 강화제 처리 전후의 특성은 각 강화제에 따라 다르며 향후 손상된 석조문화재에 강화제를 처리할 경우 이 연구 결과를 적용할 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국광물학회지
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• 제23권1호
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• pp.63-71
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• 2010

경주지역 석조문화재 구성암석으로 사용된 경주남산화강암과 석영안산암질 응회암의 산성비에 따른 손상을 예측하기 위하여 인공강우와 인공풍화시험을 적용하였다. pH 4.0 강우는 반응초기에 화강암시편의 표변에 노출된 신선한 광물 입자와 가수분해반응에 의하여 중화되나, 곧 초기산성도로 돌아갔다. 반면 pH 5.6 강우는 경주남산화강암과 반응 시 오랜 시간 동안 중성을 유지하였는데, 약한 산성도로 인하여 암석의 구성 광물이 천천히 지속적으로 가수분해되어 나타나는 결과로 보인다. 풍화된 경주남산화강암과 반응한 산성비의 산성도는 pH 5.6 강우의 경우 선선한 암석에 비해 더 오랫동안 중성을 유지하였다. 응회암과 반응한 산성비는 전체적으로는 화강암과 유사한 경향을 보이나, pH 4.0 강우의 산성도가 낮아지는 시점이 화강암에 비해 늦다. 이는 응회암과 화강암의 조직과 구성광물성분이 다르기 때문이며, 미립 내지 유리질 석기가 많은 응회암이 화강암에 비해 강우와 반응하는 성분이 더 많아서 이러한 차이를 나타낸다. 무게감소율과 강도감소율을 예측한 결과, 신선한 경주남산화강암 보다 응회암이 같은 조건의 환경에서 2배 가까이 감소하였다.

• 지질공학
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• 제28권3호
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• pp.455-463
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• 2018

본 연구에서는 치핑작업중에 콘크리트에 발생할 수 있는 손상균열을 정량분석하기 위해 X-ray CT 이미지를 이용하는 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 치핑작업을 수행한 후, 균열이 발생한 콘크리트 블록을 코어링하여 직경 50 mm, 길이 100 mm의 시편을 준비하였다. 그 후 마이크로 포커스 X-ray CT 촬영을 하여 얻은 이미지를 3D 이미지로 재구성(reconstruction)하였다. 이렇게 얻어진 3D CT 이미지에 3DMA (3 Dimensional Medial axis Analysis)법을 적용하여, 손상 평가 파라메타로 시편의 위치에 따라 균열의 성질을 평가하여 손상을 분석하였다. 분석결과 치핑에 의한 손상은 치핑 표면으로부터 3 cm 깊이까지 발생한 것으로 나타났다. 또한 CT이미지 공간분석법에서 사용되는 여러 파라메타 중 공극률 지표(Porosity index), Burn number 그리고 Medial axis 의 파라메타를 이용해 치핑표면 근처의 손상 분석이 가능하다는 것이 확인되었다. 이 방법은 내부구조에 변화가 발생한 암석을 대상으로 한 연구에서도 비파괴 상태로 내부의 균열 평가, 가시화에 적용가능하다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.419-434
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• 2020

본 연구에서는 처분장의 장기 건전성 평가모델을 확보하기 위해 한국원자력연구원 내 지하처분연구시설의 화강암을 대상으로 심층 처분복합환경을 모사한 암석시편의 Mazars 손상모델 상수를 측정하였다. 이를 위하여 실제 처분장 특성을 고려한 3가지 온도(15℃, 45℃, 75℃)와 건조/포화 조건에서 일축압축강도 및 간접인장강도 실험을 수행하였다. 최대유효인장변형률, A_t, B_t, A_c, B_c 등 주요 파라미터들은 콘크리트 대상으로 연구된 참고문헌의 값들과 차이를 보였으며 이는 암석과 콘크리트 시료의 탄성계수 차이 때문으로 판단된다. 시험결과 시료의 포화로 인해 B_t와 B_c의 값은 증가하였다. 또한 온도증가로 인해 최대 유효인장변형률과 B_t는 증가하였고 B_c는 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 도출된 손상모델은 한국원자력연구원 내에서 현재 개발 중인 Coupled Thermo-Hydro-Mechanical Damage 수치해석의 손상모델로 이용될 계획이다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제44권3호
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• pp.92-111
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• 2011

이 연구에서는 중동 및 반죽동 석조의 재질특성을 파악하여 탈락부의 복원석재를 선정하였으며, 다양한 비파괴기술을 활용하여 보존과학적 정밀안전진단을 수행하였다. 연구 결과, 두 석조 모두 몸체의 원부재 암석은 자철석 계열의 반상화강섬록암으로 화성선리가 발달되어 있고, 미사장석 반정, 세맥 및 염기성 포획암을 함유하고 있다. 부재의 산지추정 결과, 논산시 부적면 감곡리 일대에 분포하는 암석이 동일기원으로 해석되어 탈락부 복원용 석재로 적합한 것으로 판단하였다. 석조의 손상도 평가에서는 공통적으로 박리 및 박락과 흑화에 의한 손상이 심하며, 특히 반죽동석조의 전면은 흑운모의 화성선리를 따라 발생한 구조상 균열(760mm)의 보강이 필요한 것으로 나타났다. 석조 표면의 흑화오염물은 철 및 망간산화물과 점토광물이 결합하여 발생하였고, 백화오염물은 방해석(중동석조)과 석고(반죽동석조)가 주성분으로 작용하여 변색을 유발하였다. 이 석조의 물성은 원부재의 경우 3등급(중간 풍화단계)을, 신부재의 경우 2등급(약간 풍화단계)으로 확인되었다. 이 연구를 통해 중동 및 반죽동석조는 재질분석부터 복원석재 선정과 보존과학적 정밀진단까지 매우 유기적인 보존시스템이 구축되었다.

• 자원환경지질
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• 제56권6호
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• pp.629-646
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• 2023

천전리 각석의 모암은 백악기 경상누층군의 대구층에 속하는 셰일이다. 이 암석은 열변질을 받아 혼펠스화 되어 경도가 높고 치밀한 조직을 갖는다. 각석의 표면은 일정한 깊이의 풍화대를 형성하고 있으며 비풍화대와는 광물 및 화학조성에 차이가 있다. 각석의 물리적 손상도 평가 결과, 균열은 대부분 층리와 평행하게 나타나며 상대적으로 조직의 치밀도가 낮은 상부에 집중된다. 탈락은 각석의 상부와 하부에서 전체 면적의 6.0%를 차지하며, 균열이 교차하는 쐐기작용에 따라 생성된 것으로 보이다. 표면을 점유하는 1차 박락은 전체면적의 23.8%이며, 2차 박락은 9.3%, 3차례 이상 발생한 박락은 3.4%로 산출되었다. 이는 자연적 풍화와 과거 이곳에서 화장하던 풍습으로 인한 열충격이 영향을 주었을 것으로 판단된다. 초음파 물성으로 보아 각석은 층리와 평행한 수평방향으로 높은 강도를 지시하며, 물리적 손상이 적은 영역은 평균 4,684m/s를 기록하였으나 균열대 및 박리박락이 심한 곳은 평균 2,597에서 3,382m/s로 차이를 보였다. 천전리 각석의 물리적 손상은 풍화작용이 반복되면서 암석 표면이 내부보다 정도가 심화되고 광물의 결합력이 약해져 나타난 것으로 보인다. 따라서 비풍화대보다 풍화대에서 응력이 크게 발생할 때 상대적으로 풍화된 표면이 지지력을 잃고 박락이 발생한 것으로 이해할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제10권1호
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• pp.59-69
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• 2000

암석 재료의 변형에 따른 미시적 파괴 현상으로부터 발생하는 미소파괴음(Acoustic Emission, AE)을 측정하여 암석 구조물 내의 미세균열의 생성과 전파를 탐지하는 연구는 지하 암반 구조물의 안정성을 비파괴검사로 평가하는데 대단히 중요하다. 본 연구에서는 암반 구조물의 보강재로 사용되는 콘크리트와 대리석 암석 시험관에 대하여 전과정 응력-변형률 곡선을 얻기 위한 강성압축시험을 실시하였고, 시험 중에 미소파괴음 발생을 측정하여 미소파괴음 파라미터 분석 및 음원추적을 수행하여 대리석과 콘크리트의 변형 및 파괴거동 특성을 살펴보았다. 또한 시험편에 계단식 반복재하시험을 수행하여 그 변형거동을 고찰하였으며, 미소파괴음 측정을 통하여 재료의 손상, 암반의 현지응력 및 콘크리트 구조물의 응력이력 등과 관련된 카이저효과를 검증하였다

• 터널과지하공간
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• 제30권1호
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• pp.87-97
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• 2020

암석의 파괴인성은 발파, 굴착 등으로 인한 균열의 개시와 전파를 나타낼 수 있는 상수이다. 터널의 거동, 석회석 광산의 안정성 평가 등에 축소모형실험이 다양하게 적용되고 있다. 축소모형을 통해 발파로 인한 손상영역평가도 이뤄지고 있는데, 파괴 관련 인자에 대한 축소율 적용은 이뤄지지 않고 있다. 본 연구에서는 DCT(diametral compression test) 값과 유한요소법인 ATENA2D 수치해석 결과를 비교하여 암석의 파괴인성에 축소율을 적용할 수 있는지 확인하였다. 암석의 파괴인성에 이론적으로 계산된 축소율을 적용한 값과 DCT 시험결과 및 수치해석 결과가 각각 0.21~0.46, 0.40, 0.99MPa ${\sqrt{m}}$ 로 편차가 있으므로 암석의 파괴인성에 축소율을 적용 시에는 이 세 가지 값을 고려하여 적합한 축소율을 도출해야 하고, 축소모형 제작 시 축소율 적용 대상이 되는 길이, 시간, 질량과 함께 이로부터 산출되는 일축압축강도, 밀도 등의 주요 설계인자들의 축소율이 적용된 값을 함께 검토해야 할 것이다.