• 터널과지하공간
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• 제21권6호
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• pp.508-517
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• 2011

선형절삭시험은 실제 TBM에 장착되는 디스크커터를 사용하여 암석을 절삭하는 시험으로 디스크 커터의 암석절삭성능을 평가할 수 있는 가장 정확하고 신뢰도가 높은 시험 중 하나이다. 시험을 통해 디스크커터에 작용하는 작용력과 암석 절삭 부피 등을 정량적으로 측정할 수 있으며 선형절삭시험 결과는 TBM 커터헤드의 설계에 필요한 핵심인자(수직력, 회전력, 최적절삭간격 등)를 결정하는데 직접적으로 활용될 수 있다. 국내에서도 LCM시험시스템이 구축되어 국내 대표 암종에 대한 선형절삭시험이 수행된 바 있으나 국내에서 수행된 일련의 선형절삭시험은 등방성 암석에 초점을 맞추어 수행되었다. 하지만 이방성 암반을 굴착하는 TBM 커터헤드의 설계 시에는 암석의 절삭효율과 디스크 커터의 절삭성능에 미치는 대상 이방성암반의 영향을 고려하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 이방성 암석의 편리각이 TBM의 절삭성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 두 개의 다른 편리각을 가지는 아산편마암을 대상으로 압입깊이와 커터간격을 변화시켜가며 다양한 절삭조건하에서 선형절삭시험을 수행하였다. 시험결과는 암석의 이방성은 디스크커터에 의한 암석의 절삭효율 및 절삭성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며 특히 이방성 각도에 따른 암석의 강도 변화는 TBM의 절삭성능을 예측하는데 있어 고려되어야 할 중요인자임을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제22권6호
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• pp.383-392
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• 2012

본 연구에서는 안전하고 친환경적인 광산관리를 위해 스마트 광산재난관리체계인 $M_{(i,j,k)}BCP$(Mining Business Continuity Planning)를 제안하였다. 여기서 'i'는 광산의 종류, 'j'는 광산의 업무공정, 그리고 'k'는 공정별 리스크 이다. 특히, 본 연구는 'i=1=석회석 광산'으로 규정하고 석회석광산의 재난관리체계를 $M_{(i,j,k)}BCP$로 제안하였다. 본 논문에 사용된 광산 리스크들은 문헌자료와 전문가 의견 분석을 통하여 얻었으며, 이러한 리스크들을 석회석 광산의 5대 공정에 맞도록 분류하여 그 수를 약 60개에서 26개로 줄였다. 줄여진 리스크들은 $M_{(i,j,k)}BCP$에 할당되고 평가되었다. 본 연구에서 리스크 평가에 사용한 척도는 1회 이상 발생빈도, 인명피해, 시설물피해, 업무중단시간 등 4가지이다. 리스크 평가 결과에 의하면, 리스크들은 4개의 특화된 군으로 분리될 수 있었다. 또한, 석회석 광산에서는 '채광 중 갱내 낙반 또는 붕락 발생 리스크'의 발생가능성과 위험도가 가장 높은 것으로 나타났다. 이 리스크에 대한 재난관리체계는 '$M_{(1,2,1)}BCP$'이다. 이는 석회석광산 개발시 $M_{(1,2,1)}BCP$가 최우선적으로 수립되어야 함을 의미한다.

• 터널과지하공간
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• 제22권6호
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• pp.462-470
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• 2012

일반화된 Hoek-Brown 암반파괴조건식을 Mohr-Coulomb 파괴조건에 기초한 암반구조물 해석법에 적용시키기 위해서는 등가 마찰각과 등가 점착력을 계산하는 과정이 필요하다. Balmer(1952)이론에 기초한 기존의 접선 순간마찰각과 순간점착력 계산식은 최소주응력 ${\sigma}_3$의 함수로 표시되므로 등가 강도정수의 정수압 의존성 및 응력경로 의존성을 이해하는 데 적합지 않다. 이 연구에서는 응력불변량을 이용하여 일반화된 Hoek-Brown식의 접선 순간마찰각과 순간점착력 계산하는 방법을 제시하여 기존의 방법이 갖는 단점을 극복하였다. 제시된 방법을 이용한 예제 해석을 통해 접선 순간마찰각과 순간점착력의 정수압 의존특성 및 파괴곡면의 팔면체 단면에서 Lode각의 의존성을 고찰하였다. 접선 순간마찰각은 삼축신장 응력조건에서 가장 크며, 접선 순간점착력은 삼축압축 응력조건에서 가장 큰 것으로 나타났다. 접선 순간마찰각과 순간점착력의 정수압 및 Lode각 의존성은 GSI 값이 큰 양호한 암반에서 상대적으로 큰 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제19권2호
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• pp.146-157
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• 2009

이 연구는 경상남도 함안군 일대에 분포하는 백악기 이암에 대하여 동결-융해 시험을 수행하고 동결-융해 반복 횟수의 증가에 따른 암석의 물리 역학적 특성변화를 고찰하였다. 동결-융해의 한 사이클은 24시간이며 진공 챔버에서 2시간 동안 포화시킨 시료를 $-16{\pm}1^{\circ}C$로 8시간 동결하고 상온에서 14시간 동안 융해하였다. 총 55 사이클의 동결-융해 시험 중에 물리적인 특성을 측정한 결과 비중, P파 속도는 지속적으로 감소하였으며 흡수율, 공극률은 지속적으로 증가하였다. 시험 전 풍화를 많이 받은 암석일수록 동결-융해에 따른 물성의 변화가 크며 풍화에 취약한 것으로 나타났다. 슬랩 시편에서 취득한 미세균열 트레이스의 크기 및 면적밀도는 30사이클 이후부터 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 이는 30사이클 이후 급격히 감소하는 P파 속도의 특성과도 부합하며 암석 내부에 미세균열이 급격히 발현 확장하고 특히 층리면의 결합력이 약화되는 암석 풍화에 기인한 것으로 사료된다. 미세균열의 밀집도와 크기를 동시에 고려할 수 있는 박스 프랙탈 차원($D_B$)은 미세균열 트레이스의 변동성을 효과적으로 반영하며 중 장기적인 풍화 예측을 위한 새로운 풍화지수로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제19권5호
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• pp.432-439
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• 2009

지진원 및 지반의 동적 특성을 보다 신뢰성 있게 도출하기 위해 지반의 증폭특성은 반드시 고려되어야 하는 요소이다. 지반증폭 특성을 분석할 때 여러가지 방법이 제시되어 있으나 본 연구에서는 Nakamura (1989)에 의해 제시된 방법을 적용하였다. 본 방법은 얕은 지반의 상시미동의 표면파 특성을 이해하기 위해 제시되었으나 근래에 와서 S파 등에 적용되어 지반의 동적인 증폭 특성연구에 많이 이용되고 있다. 본 연구는 기존의 S파에 적용 뿐만 아니라 추가하여 새로이 Coda 파에 적용하여 비교 분석하였다. 최근 국내에서 관측된 5개의 중규모지진(규모 3.6- 규모 5.1)으로 관측된 약 60여개의 관측자료를 이용하여 지진관측소에서 각각 지반의 동적인 증폭 특성을 분석하였다. 관측소마다 저진동수, 고진동수 및 우월주파수가 서로 다른 증폭특성을 보여주었다. 일부 관측소는 제한된 주파수 대역에서 약 4배의 증폭특성을 보여주고 있어 관측소 하부의 작은 규모의 기하학적 층서이상대 이거나 다양한 trapped mode 등과 같은 층서적인 특성을 유추할 수 있었다. 또한 관측지반진동에서 지반 고유의 증폭특성을 제거하면 지진원 및 비탄성감쇠 변수를 보다 신뢰성 있게 도출할 수 있다. 또한 지진재해도 평가에도 정보를 제공하는 것이 가능하다.

• 터널과지하공간
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• 제24권4호
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• pp.255-274
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• 2014

본 연구는 강원도 강릉시 소재의 ${\bigcirc}{\bigcirc}$ 석회석 광산에서 2012년 8월 23일 오후 7시경 붕괴된 대규모 암반사면을 대상으로 한다. 붕괴 이전에 사면의 높이는 약 200 m이고 평균경사는 $45^{\circ}$로 형성되어 있다. 사면 붕괴 후 추정된 붕괴량은 $1,500,000m^3$ 정도이다. 사면 붕괴의 원인을 분석하기 위하여 시추, 물리탐사, 지표지질조사, 선구조분석, 공내영상촬영, 입체사진영상촬영, 실내시험 및 현장시험, 년도별 채광현황 및 강우량 분석등의 현장 및 지반조사를 실시하였다. 사면의 안정성을 파악하기 위하여 SMR, 평사투영법, 한계평형법, 연속체 및 불연속체 해석을 수행하였다. 이 결과들로부터 사면붕괴의 원인은 지형, 강우, 암종 및 암질, 불연속면, 석회암 공동이나 단층의 지질구조적 특성 등 여러 요인들이 복합적으로 작용하여 사면활동이 발생한 것으로 추정되지만, 석회암 공동을 고려하지 않을 경우 사면 붕괴는 발생하지 않는 것으로 분석되었다. 석회암 공동을 고려한 연속체 해석에서 사면 안전율이 0.66으로 나타났다. 따라서 대규모 사면붕괴의 근본적인 원인은 단층대를 따라 발달하고 있는 석회암 공동의 영향에 기인하는 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제24권4호
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• pp.297-307
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• 2014

암반공동을 이용한 열에너지 저장은 대용량 저장이 가능하며 열저장매체를 선택할 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 사일로 형태의 열저장공동이 지반 내 두 개 이상 배치될 때 공동 사이에 형성되는 암반 필라의 안정성에 대해 3차원 유한차분해석 프로그램인 $FLAC^{3D}$를 이용하여 분석하였으며, 저장된 열에너지로 인해 암반에 발생하는 열응력을 반영할 수 있도록 열-역학적 연계모델을 사용하였다. 해석 결과, 열에너지 장기 저장으로 인해 암반 필라에 작용하는 최대주응력이 상당량 증가하였으며, 필라 폭이 좁아질수록 근접한 열원 때문에 열응력 증가량도 커짐을 확인하였다. 필라 안정성에 영향을 미치는 주요인자로서 저장공동 간격, 측압계수, 심도를 선정하고 민감도 분석을 실시한 결과, 측압계수, 저장공동 간격, 심도 순서로 영향력이 크게 평가되었다. 저장공동 간격의 경우 동일한 크기의 공동 건설 시 필라 폭을 최소 저장공동 직경 이상 확보해야 할 것으로 판단되었다. 큰 규모의 저장공동 주변에 소규모 수직갱이 설치될 때는 최소한 저장공동 직경의 0.5배 이상 이격함으로써 크기 차이로 인해 수직갱에 응력이 집중되는 현상을 해소할 수 있었다. 또한 최대수평주응력 작용방향과 공동 중심을 잇는 축이 평행하도록 배치하여 저장공동에 의한 방패효과가 발휘될 수 있게 함으로써 현지응력이 공동 사이 암반 필라에 미치는 영향을 최소화할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제23권1호
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• pp.13-30
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• 2013

$CO_2$를 지중저장하는 과정에서 유체압력의 증가로 인한 단층 활성화는 저장영역의 기밀성 유지에 중대한 영향을 미치며, 상황에 따라 저장기능의 회복 또는 저장중인 $CO_2$의 처리 문제 등으로 확대될 수 있다. 따라서 현지조사 결과의 불확실성을 최소화하고 이를 토대로 부지 선정과 주입압력 결정 단계에서 실제 조건에 가까운 모델링을 수행하여 저장영역 내 단층의 안정성과 $CO_2$ 누출 가능성을 평가하여야 한다. 본 연구에서는 이와 관련된 기존 연구 결과들을 살펴봄으로써 연구 동향 및 연구 방법에 대한 정보를 제공하고자 하였다. 먼저 인위적으로 지반에 주입된 유체 또는 자연 생성되어 응집되어 있던 $CO_2$에 의해 지진활동이 일어났던 사례들을 조사하였으며, 현지응력의 크기 및 방향, 단층 및 유체압력 분포 자료를 획득하는 방법에 대해 살펴보았다. 그리고 단층 활성화 가능성 평가 및 지진활동 시 진동 크기 추정, 활성화에 따른 $CO_2$ 누출 모델링 관련 연구 사례를 정리하였다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.493-505
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• 2013

본 수치해석논문에서는 절리와 단층대를 포함한 지열저류층에 수리자극을 가할 시 수반되는 유도지진과 단층대의 변형을 개별요소법을 사용하여 모델링하였다. 수채해석기법은 2차원 입자유동코드를 기반으로 하며 수리역학적 상호작용기법과 미소파괴음의 모멘트텐서 역산알고리즘이 결합되었다. 수치해석의 주요결과로는 시공간적으로 변하는 유도지진의 분포와 규모 그리고 단층대의 변형(파괴 및 전단변위)과 주입유체압력의 시공간적 분포와의 상관관계이다. 첫 번째 수치해석으로부터 절리가 분포하는 지열저류층에서의 수리자극에 의한 유도지진의 분포는 주입유체의 점성에 상당한 영향을 받는 것으로 나타났다. 주입유체의 점성이 낮은 경우 (1 cP), 유도지진의 발생범위가 큰 것으로 나타났으며, 주입 후 발생하는 유도지진의 개수와 규모 또한 높게 나타났다. 단층대가 존재하는 지열저류층의 수리자극 모델링의 결과, 주입정의 위치가 단층대와 가까운 경우 작은 주입수 압력분포(<0.1 MPa)로도 단층대의 파괴와 전단변형을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 논문에서 소개한 수치해석기법은 수리자극을 통한 지열저류층 개발 시 유도지진의 분포와 규모를 실제 유체주입작업전에 예측할 수 있게 함으로써 지열에너지개발 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.480-492
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• 2013

비화산지대에서도 적용 가능한 인공저류층 생성방식의 지열발전기술의 등장으로 막대한 비용이 소요되는 대심도 시추공사를 효율적이고 경제적으로 수행하기 위한 연구개발의 필요성이 증대되고 있다. 그러나 시추공사는 수행과정에서 수많은 불확실한 사건이 발생하여 공기와 비용을 신뢰적으로 예측하기가 매우 어렵기 때문에 계획적이고 효율적으로 공사를 관리하기가 어려운 실정이다. 특히, 비트의 마모로 인해 이산적으로 발생하는 시추장비의 라운드 트립(round trip)은 심도가 깊어질수록 소요시간이 증가하여 공사 성능에 영향을 많이 끼치는 요소로서 발생시점과 깊이를 사전에 평가하여 최적화할 수 있는 기술이 필요하다. 본 연구에서는 비트의 마모상태를 총 8단계로 구분하여 마모단계별 라운드 트립이 발생되는 깊이와 시점을 분석할 수 있는 예측 알고리즘(TOSA)을 개발하였다. 시뮬레이션을 위한 단위구간을 분할할 수 있는 방법론을 제시하였으며, 구간별 시추속도 및 비트의 마모도 예측을 위한 방법으로 Bourgoyne and Young의 모델을 활용하였다. 마지막으로 사용자 편의성을 고려하여 개발된 알고리즘을 시스템화 하였다.