• 자원환경지질
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• 제53권6호
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• pp.667-675
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• 2020

본 연구에서는 정수 처리장 침전지에서 채취한 알럼 기반의 슬러지를 수열합성 방법으로 흡착제(Alum Sludge Based Adsorbent, ASBA)를 제조하고, 이를 인공 수용액 및 광산배수 내 불소와 비소의 제거에 적용하여 ASBA의 흡착 특성을 평가하였다. ASBA의 광물학적 결정 구조, 구성 성분 및 비표면적을 조사한 결과, ASBA는 표면에 불규칙한 기공과 87.25㎡ g-1의 비표면적을 갖는 흡착에 유리한 구조로 나타났다. ASBA를 구성하는 주요 광물 성분은 석영(SiO2), 몬모릴로나이트((Al,Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O), 알바이트(NaAlSi3O8)임을 확인하였다. 다음으로 회분식 흡착실험을 수행하여 pH, 흡착 반응시간, 초기 농도 및 온도 등의 인자가 ASBA를 활용한 불소와 비소 흡착에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과, 용액의 pH 환경이 염기 영역으로 갈수록 불소와 비소의 흡착률은 감소하는 경향을 보였으며, 흡착제의 영전하점은 pH 7 부근으로 나타났다. 등온 흡착실험을 통해 확인한 불소와 비소의 최대 흡착량은 각각 7.6mg g-1, 5.6mg g-1이었고, 동적 흡착실험에서 불소와 비소는 반응이 시작한 후 각각 8h, 12h이 경과하면서 흡착농도의 증가율이 감소하는 것으로 나타났다. 한편 흡착평형 실험을 통한 ASBA의 흡착 메커니즘을 알아본 결과. 불소와 비소의 흡착은 Langmuir 등온 흡착모델 및 Freundlich 등온 흡착모델과 높은 상관관계를 가지며 일치하는 경향을 보여주었다. 또한 열역학적 연구에서는 25℃부터 35℃까지의 온도 증가에 따른 불소와 비소의 흡착 양상을 실험하여, 양의 값을 갖는 열역학적 상수 ΔH°와 ΔG°을 도출함으로써 ASBA의 흡착 특성은 흡열반응이자 비자발적인 반응임을 검증하였다. 재생실험 결과, ASBA는 1N NaOH을 이용하여 재생 가능하였으며, 광산배수를 이용한 불소와 비소의 흡착실험에서 각각 77%, 69%로 비교적 높은 제거율을 보여 현장 적용 가능성을 지닌 것을 알 수 있었다. 분석 결과를 종합하여 볼 때, 소규모 유량을 가지며 pH 환경이 산·중성 영역인 광산배수 내 불소와 비소가 흡착되어 제거되는 데 흡착제로서 ASBA가 효과적임을 제안한다.

• 한국초지조사료학회지
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• 제41권4호
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• pp.287-294
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• 2021

본 연구는 기계학습을 통한 수량예측모델을 이용하여 이상기상에 따른 WCM의 DMY 피해량을 산출하기 위한 목적으로 수행하였다. 수량예측모델은 WCM 데이터 및 기상 데이터를 수집 후 가공하여 8가지 기계학습을 통해 제작하였으며 실험지역은 경기도로 선정하였다. 수량예측모델은 기계학습 기법 중 정확성이 가장 높은 DeepCrossing (R²=0.5442, RMSE=0.1769) 기법을 통해 제작하였다. 피해량은 정상기상 및 이상기상의 DMY 예측값 간 차이로 산출하였다. 정상기상에서 WCM의 DMY 예측값은 지역에 따라 차이가 있으나 15,003~17,517 kg/ha 범위로 나타났다. 이상기온, 이상강수량 및 이상풍속에서 WCM의 DMY 예측값은 지역 및 각 이상기상 수준에 따라 차이가 있었으며 각각 14,947~17,571 kg/ha, 14,986~17,525 kg/ha 및 14,920~17,557 kg/ha 범위로 나타났다. 이상기온, 이상강수량 및 이상풍속에서 WCM의 피해량은 각각 -68~89 kg/ha, -17~17 kg/ha 및 -112~121 kg/ha 범위로 피해로 판단할 수 없는 수준이었다. WCM의 정확한 피해량을 산출하기 위해서는 수량예측모델에 이용하는 이상기상 데이터 수의 증가가 필요하다.

• 지질공학
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• 제31권4호
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• pp.603-620
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• 2021

수진기들을 서로 케이블로 연결하지 않고 독립적으로 운용하는 육상-노달 탄성파 기술을 수륙 경계지역에 대한 탄성파 반사법자료를 얻기 위해 사용하였다. 이 기술은 수진기 설치와 수거가 간편하기 때문에 지형조건 영향을 적게 받으면서 양호한 자료를 얻을 수 있다는 점에서 매우 경제적이다. 경상북도 포항시 형산강 하구를 테스트 지역으로 한 이 연구에서는 송수신 측선을 약 120 m 간격으로 서로 평행하도록 전개하여 음원은 강에서 에어건을 사용하고 무선 수신은 하상에 설치한 노달 시스템을 사용하였다. 수집된 반사파 자료들은 낮은 신호대잡음(S/N)과 불연속적인 이벤트를 보이며, 특히 직접파, 가이드파, 음파, Scholte 표면파를 포함한 대부분의 이벤트들이 현장 자료에서 쌍곡선 형태로 나타는데 이러한 특징은 송수신이 같은 측선에서 이루어지는 일반적인 탐사에서의 직선 형태와 크게 대비된다. 주된 자료처리는 저주파 고진폭 잡음에 가려진 미약한 신호를 향상시키기 위한 띠통과 필터링, 공기파를 완화시키기 위한 주파수-파수 필터링, 송수신기 사이의 전파시간을 보정하기 위한 시간지연 보정을 수행하여 궁극적으로 가이드파와 공기파에 가려진 천부의 반사파를 표출하는데 목적을 두었다. 송신기와 수신기 사이의 횡단-오프셋 거리에 따른 시간지연 보정을 위한 주시방정식과 곡선을 이 연구에서 새로이 제시하였다. 시간지연 보정 효과는 최소 횡단-오프셋 자료에서 보정 후 약 200 ms 상향 이동하는 잘 정렬된 수평층으로 잘 관찰된다, 직접파/공기파를 기준으로 한 시간지연 보정은 서로 평행한 송수신 측선에서 얻어지는 자료처리에 필수적인 것으로 나타났다. 이 연구에서 개발되고 적용된 육상 노달-수상 에어건 시스템 자료의 수집과 처리 기법은 차후 천부가스, 단층대, 연안지역 및 도심지의 엔지니어링 설계를 위해 육해상 경계 지역에서 얻어지는 고분해능 자료에 효과적으로 쉽게 적용될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.437-446
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• 2022

2020년 4월, 한강수계의 유효저수용량이 비교적 큰 발전용댐인 화천댐을 용수공급에 활용하기 위한 협약이 체결되었고 현재는 시범운영 중이다. 화천댐은 시범운영을 통해 우리나라 발전용댐 중 최초로 하류부 용수공급을 위해 지속적으로 일정한 유량을 공급하고 있다. 본 연구에서는 화천댐의 규모와 유입량 실적자료를 활용하여 화천댐의 용수공급량을 산정하고 용수공급능력을 평가하였다. 월단위 95% 이수안전도와 연단위 95% 이수안전도를 충족하는 용수공급량을 산정하기 위한 모의 모형과 화천댐 용수공급능력을 산정하기 위한 최적화 모형을 개발하였다. 또한, 모형의 입력자료로 사용되는 유입량 자료는 임남댐의 영향을 고려하여 두 가지 방법으로 보정하였다. 두 가지 보정 유입량을 활용하여 화천댐 용수공급량을 산정한 결과는 다음과 같다. 월단위 95% 이수안전도를 만족하는 용수공급량은 26.86 m³/sec, 24.12 m³/sec, 연단위 95% 이수안전도를 만족하는 용수공급량은 23.88 m³/sec, 22.22 m³/sec이다. 용수공급 실패 없이 화천댐에서 연간 최대 공급할 수 있는 용수공급량은 776.8 MCM이며 과거 월별 발전방류패턴을 고려하여 방류하는 경우에는 연간 704.3 MCM을 공급할 수 있다. 화천댐의 용수공급능력을 활용한 체계적인 운영이 수행된다면 한강수계 갈수기 용수공급 안정화에 기여할 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권2호
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• pp.201-211
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• 2022

연구대상 해역은 노량수로를 중심으로 서측에 광양만 권역(여수해협 포함), 동측에 진주만 권역(강진만, 사천만 포함)이 위치하고, 연구대상 해역에 위치한 여러 하천에서 유출되는 유출수가 이들 만으로 유입되고 있으며, 특히 홍수시에는 광양만 권역은 섬진강의 하천유출수가, 진주만 권역은 가화천(남강댐 방류)의 하천유출수가 대량으로 유입되고 있다. 광양만 권역과 진주만 권역은 노량수로라는 협수로로 연결되어 있으며, 섬진강과 가화천의 하천유출수 또한 노량수로를 통해 서로 영향을 주고 있다. 연구대상 해역에 위치한 섬진강과 가화천을 포함한 51개 하천의 하천유출수로 인한 평수시와 50년빈도 홍수시의 해수교환율, 체류시간 특성을 입자추적 실험을 통해 파악하고자 하였다. 또한 홍수시 섬진강과 가화천의 하천유출수가 미치는 영향을 파악하기 위한 실험을 추가로 수행하였다. 수치실험 결과, 평수시와 홍수시 모두 광양만 권역에 투하한 입자는 노량수로를 통해 진주만 권역으로 이동하는 것으로 나타났고, 노량수로를 통해 진주만 권역에서 광양만 권역으로 이동하는 입자는 상대적으로 작은 것으로 나타났다. 30일 후 각 실험안별 해수교환율은 광양만 권역은 44.40~67.21%로 나타났고, 진주만 권역은 각각 50.37~73.10%로 나타났고, 각 실험안별 평균 체류시간은 광양만 권역은 7.07~15.36일로 나타났고, 진주만 권역은 6.45~12.75일로 나타났다. 그리고 홍수시에 해수교환을은 증가하고, 체류시간은 감소하는 것으로 나타났다. 광양만과 진주만 권역에서의 해수순환 구조를 살펴보기 위해 두 폐쇄성 해역에 대해서 7개 내부 영역과 5개 외부 영역에 대한 30일 동안의 단면유량 flux를 산정하였다. 그 결과, 평수시와 홍수시 모두 전반적으로 광양만 권역에서 진주만 권역으로 유량 flux가 이동하는 것으로 나타났다. 홍수시 유량을 적용할 경우 연구대상 해역의 유량 flux의 주 흐름 경로는 섬진강 하천유출수가 여수해협을 거쳐 외해로 이동하는 흐름과 가화천 하천유출수가 사천만, 진주만, 대방수로를 거쳐 외해로 이동하는 흐름으로 나타났다.

• 자원환경지질
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• 제55권4호
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• pp.407-419
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• 2022

메탄(CH₄)이 유출되는 관정 주변에서 토양(비포화대) 가스 모니터링과 자료 해석 방법을 제시하고자 토양 가스의 성분변화를 약 3일간 측정하였다. 이를 위해서 포항 지역의 시험 관정 2개(TB2, TB3)의 주변 1 m 이내에서 방사상으로 토양 가스를 채취하고 현장에서 CO₂, CH₄, N₂, O₂의 농도를 분석하였다. TB2의 관정 정두(wellhead)에서 30 cm 떨어진 지점에서 CO₂ 플럭스도 측정하였다. 아울러 TB2 관정 정두의 가스 시료와 대기 시료도 채취하여 분석하였다. 모니터링 마지막 날 채취한 시료는 실험실에서 CO₂의 탄소동위원소(δ¹³C_CO2)를 분석하였다. 서로 12.7 m 떨어져 있는 두 시험 관정 중 TB3는 시멘팅이 되어 있고, TB2는 시멘팅이 되어 있지 않았다. 생지구화학 반응 기반(process-based) 해석을 적용한 결과, 비포화대 가스의 CO₂, O₂, N₂ 농도와 N₂/O₂ 의 변화는 모두 CH₄의 산화를 지시하는 선과 가스의 용해에 의한 농도의 변화를 지시하는 선 사이에 위치하고 있었다. 또한 TB2 정두에서 측정된 CH₄은 대기의 CH₄에 비해서 5.2배 높은 값을 나타나고 있었다. 시멘팅이 되어 있지 않은 관정(TB2) 주변 비포화대에서 나타난 높은 CO₂ 농도(평균 1.148%)는 CH₄의 산화에 의해 증가한 것으로 판단된다. 반면, 시멘팅이 된 관정(TB3) 주변의 비포화대 CO₂는 상대적으로 낮은 농도(0.136%)를 나타내고 있었다. 따라서 CH₄가 산출되는 관정의 주변 토양가스(CO₂ 포함)는 관정의 완결 상태(시멘팅)에 크게 영향을 받는 것으로 판단된다. 본 연구는 천연가스 개발 관정 주변 토양의 환경 모니터링을 위한 전략 수립에 활용될 수 있으며, CO₂ 지중저장을 위한 주입정 및 관측정 주변 누출 감시에 활용될 수 있다. 또한 본 연구의 방법은 천연가스 저장소, 유류 오염 토양의 모니터링에 활용 가치가 있다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제9권3호
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• pp.194-205
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• 2022

하천에서 유사의 이동 및 퇴적으로 형성된 모래톱은 특이한 생물의 서식과 심미적 경관 측면에서 중요한 서식처이다. 본 연구는 보 상류에서 수문 개방에 의하여 노출된 모래톱에서 초기 식생의 발달과 그 분포를 확인하여 시간 경과에 따른 식생변화 과정을 파악하고자 하였다. 보 수문 개방 시기가 다른 금강의 3개 보 개방 구간과 보 운영에 영향을 받지 않는 대조 구간에서 보 개방 후 노출된 모래톱에서 식물군집 구조와 공간 분포의 변화를 파악하고 모래톱의 노출 기간에 따른 식물 군집 구조의 변화를 조사하였다. 금강의 보 상류구간에서 수문 개방으로 기존 홍수터 면적의 33% 이상의 면적에 해당하는 모래톱이 새롭게 형성되었다. 노출된 모래톱에는 1년생 중생식물, 다년생 수생식물, 다년생 습생식물, 아교목, 교목 군집에 속하는 9개 식물군집이 분포하였다. 모래톱의 노출 기간이 길어 짐에 따라서 나지 모래톱, 1년생 초본식물, 다년생 수생식물 군집의 면적은 감소하였고, 다년생 습생식물, 아교목, 교목 군집의 면적은 증가하였다. 하천 모래톱에서 시간 경과에 따른 식생의 변화는 수위 하강 전 수중 서식처의 조건과 물 흐름에 의한 물리적 교란의 정도에 따라서 3가지 천이 유형으로 구분할 수 있었다. 즉 모래톱의 천이과정은 1) 수생식물로부터 시작하는 '정수지 천이', 2) 일년생 습생 초본식물로부터 시작하는 '유수지 천이', 3) 버드나무류로 시작하는 '버드나무류 천이'로 구분할 수 있었다. 따라서 금강의 보 구간에서 하천 서식처 및 경관의 변화를 체계적으로 관리하기 위하여 모래톱에서의 식생 천이계열을 반영하여야 할 것으로 판단된다.

• 생태와환경
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• 제56권1호
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• pp.94-103
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• 2023

휴면포자와 같은 남조류의 휴면세포는 남조류의 초기발생 및 대발생의 중요한 씨앗세포이다. 이러한 중요성으로 인해 퇴적층에 존재하는 휴면세포를 분리하기 위해서 다양한 방법들이 시도되었다. Ludox는 해양퇴적물의 세포분리에 주로 활용되는 용액이지만 담수에서는 정확한 사용법을 찾기 어렵다. 본 연구에서는 가장 많이 사용되는 두 가지 Ludox방법(퇴적물 직접처리, 퇴적물 증류수 현탁처리)을 비교하고, 담수 퇴적물에서 남조류 휴면세포의 분리 및 유전자 증폭 효율이 높은 방법을 제안하였다. 퇴적물에서 발견된 휴면세포는 대부분 염주말목의 휴면포자로써 Dolichospermum, Cylindrospermum, Aphanizomenon의 휴면포자 형태와 유사하였다. 퇴적물을 증류수에 현탁하여 처리한 시료보다 퇴적물 그대로 사용한 시료에서 20배 더 많은 휴면포자가 발견되었으며 증류수로 현탁된 퇴적물에서는 분리되지 않은 세포가 대부분 pellet 퇴적물 표층에서 발견되었다. Ludox를 통해 층 분리된 휴면포자는 수층의 특정 깊이에서 밀집하기보다는 주로 상층과 하층에 넓게 퍼져있었다. 퇴적물을 그대로 사용한 시료에서 mibC, Geo, 16S rDNA 유전자 모두 증폭산물이 확인되었으나 퇴적물을 증류수로 현탁한 시료에서는 모든 유전자의 증폭산물이 발견되지 않았다. 따라서 담수 퇴적물에서 남조류의 휴면세포를 분리하는 경우에는 5~10 g의 퇴적물을 전처리 없이 그대로 사용하며, 퇴적물량 4배 부피의 Ludox를 첨가할 때 세포 분리 및 유전자 증폭 효율이 높았다. 본 연구에서 제시하는 Ludox 처리방법은 담수퇴적층에 존재하는 남조류 휴면세포를 분리하기 위한 방법으로써 다른 생물군에서는 동일한 효율이 나타나지 않을 수 있다. 따라서 다른 생물군의 분리에 Ludox를 적용하기 위해서는 퇴적물 전처리 방법 및 대상생물이 존재하는 수층을 파악하는 사전실험이 반드시 필요하다.

• 생태와환경
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• 제56권1호
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• pp.36-44
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• 2023

자연생태계에서 환경유전자 (eDNA)는 세포의 내부(intracellular)와 외부(extracellular) 형태로 존재할 수 있다. 유해남조류를 대상으로 할 때, 세포 외부 eDNA는 남조류의 흔적, 세포 내부 eDNA는 남조류의 발생 잠재성을 의미한다. 하지만 기존의 퇴적물 eDNA 분석법인 silica bead를 이용한 파쇄법으로는 존재 형태를 구분할 수 없기 때문에 실질적인 유해남조류 발생 잠재성을 파악하기 어렵다. 본 연구는 기존의 파쇄법의 한계를 극복하고자 퇴적물 내 세포 내 eDNA를 선택적으로 분석할 수 있는 퇴적물 전처리 방법인 밀도구배 원심분리법(Ludox method)의 적용성을 분석하였다. 그 결과, 기존의 파쇄법은 퇴적물을 그대로 사용하여 eDNA를 추출하기 때문에 eDNA에서 증폭한 mic 유전자가 세포 내 존재하는지 혹은 세포 외 DNA로만 존재하는지 알 수 없었다. 하지만 Ludox method는 여과 및 밀도 구배를 통해 퇴적물의 세포 내 eDNA를 농축하므로 남조류 세포 내부에 존재하는 mic 유전자만을 증폭할 수 있었다. 결론적으로 Ludox method는 충분한 세포내부 유전자 농도를 확보하고 세포 내부와 외부의 eDNA를 명확히 구분함으로써 보다 정확하고 세밀한 잠재성 분석이 가능하였다. 이는 퇴적물 유해남조류의 유전자 활성을 확인할 수 있는 eRNA 분석과 차세대염기서열분석(next generation sequencing; NGS)을 이용한 meta-barcoding에 Ludox method를 활용함으로써 보다 현실적인 잠재성을 분석할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.305-330
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• 2023

쉴드TBM 터널은 NATM 터널과 달리 라이닝이 세그먼트로 분절되어 있다. 따라서 라이닝에 동일 하중이 발생되어도 NATM 터널 라이닝과 쉴드TBM 터널 라이닝의 응력 분포가 다르게 발생된다. 쉴드TBM 터널에서 라이닝에 발생되는 응력을 분석하는 대표적 방법은 연결부를 고려하지 않는 강성일체법과 링간 이음 및 세그먼트 연결을 고려하는 2링 빔스프링 모델이 있다. 본 연구는 라이닝 분절 Segmentaion을 고려한 Break-joint Mode 해석 방법이지만 세그먼트 라이닝 연결부의 구조적 역할을 고려하지 않고 마찰력 성분인 수직강성과 전단강성 만 도입된 쉘 인터페이스 요소를 이용한 모델링을 적용하여 진동하중 발생 시 라이닝의 응력 및 변위에 대한 응답결과를 분석했다. 토압 등 정적 하중에 대해 천 정부에서 가장 큰 응력이 발생되는 강성일체법과 달리 본 연구의 해석방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝 응력 분포는 세그먼트 연결부가 집중된 천정부 Key 세그먼트에서 가장 작은 응력이 발생하였고 연결부를 경계로 응력의 분포가 뚜렷이 구분되었다. 그리고 정적 해석 결과는 강성일체법에 발생된 라이닝 응력이 본 연구 방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝의 응력에 비해 최대 7배의 큰 응력이 발생되었다. 이러한 결과는 세그먼트 연결부를 고려한 기존의 2링 빔-스프링 모델의 응력분포 양상과 일치하는 결과다. 그러나 열차 진동하중에 대한 응력값은 Break-joint Mode로 해석한 본 연구방법의 응력이 강성일체법에 비해 더 큰 응력을 발생되었다. 이는 짧은 부재들의 조합으로 이루어진 세그먼트 Ring이 원주방향으로 일체로 되어 부재의 길이가 상대적으로 더 긴 강성일체법 결과에 비해 더 작은 응력이 발생되는 정역학적 개념과 상이한 결과다. 진동하중에 대해 Break-joint Mode에서 세그먼트 라이닝에 응력이 더 크게 발생된 원인은 부재의 고유주기, 감쇠비 등 동역학적 요인의 차이보다는 열차 진동하중에 대해 라이닝에 발생되는 변위의 차이에 기인하는 것으로 판단되지만 이에 대한 증명은 추후의 과제로 남겨두었다. 본 연구 방법의 Break-joint Mode를 이용하면 정지상태의 열차 하중에 의해 발생되는 라이닝의 응력과 변위값을 비교하여 쉴드TBM 터널의 충격계수(DIF)를 비교적 간단하게 추정할 수 있다. 본 연구는 쉴드TBM 터널의 Segmentaion을 고려한 3차원 모델링으로 추후 지진파 등 다양한 하중조건의 검토를 통해 기존 해석방법 결과와 비교하여 모델링의 추가적 신뢰성을 확보할 필요가 있다.