• 터널과지하공간
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• 제17권2호
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• pp.128-138
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• 2007

상대적으로 저심도에 건설되는 암반구조물의 경우 단층이나 절리 등 암반 내 존재하는 불연속면이 굴착 후 생성된 경계면과의 교차에 의해 구조적인 형태의 파괴가 지배적으로 발생하나, 고심도에 건설되는 경우 높은 현지응력과 굴착에 따른 유도응력으로 인해 공동 경계면에서 스폴링이나 슬래빙과 같은 취성파괴가 발생할 수 있다. 취성파괴는 암반구조물의 안정성을 약화시키는 주된 원인으로, 고심도 영역에서 암반구조물의 안정성을 확보하기 위하여 응력조건에 따라 발생하는 취성파괴의 개시시점, 파괴수준 및 파괴범위 등과 같은 파괴특성이 규명되어야 한다. 본 연구에서는 고심도의 암반구조물에서 발생할 수 있는 취성파괴의 파괴수준 및 개시시점과 재하응력사이의 관계를 정량적으로 평가하고자 진삼축 응력조건을 구현할 수 있는 모형실험장치를 설계, 제작하여 여러 응력조건에서 모형실험을 수행하였다. 공동주변에서 발생한 파괴수준을 육안관찰과 미소파괴음 발생양상에 의해 3단계로 구분하고, 진삼축 응력조건에 따라 제시하였다. 그 결과 파괴수준은 공동단면에 작용하는 재하응력$(S_v,\;S_{H2})$ 뿐 아니라 공동 축에 평행한 재하응력 $S_{H1}$에 영향을 받으며, $S_{H1}$와 $S_{H2}$의 크기가 증가할수록 동일한 $S_v$에서 파괴수준은 감소하였다. 파괴개시점 역시 $S_{H1}$와 $S_{H2}$의 증가에 따라 파괴개시를 위한 응력수준은 증가하였으며, 다중회귀분석을 통해 파괴개시시점과 진삼축 응력조건의 관계식을 도출하였다.

• 터널과지하공간
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• 제26권3호
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• pp.235-252
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• 2016

본 연구에서는 다각형 입자 기반 개별요소모델을 이용하여 실험실 스케일에서 등방성, 횡등방성 암석의 거동과 점진적 파괴 과정을 모델링할 수 있는 시뮬레이션 기법을 구축하였다. 가압에 따른 미세균열의 개시와 성장 과정을 모니터링할 수 있는 기법을 제안하였으며, 이를 통해 전단균열과 인장균열의 개시와 성장이 암석의 점진적 파괴 과정에 미치는 영향을 살펴보았다. 다각형 입자기반 개별요소모델의 거동 및 미세균열의 발생 양상은 실험실에서 관찰되는 암석의 일반적인 특징과 상당 부분 일치하는 것으로 나타났으며, 이를 통해 상기 모델이 암석의 역학적 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있음을 확인하였다. 다각형 입자기반 개별요소모델에 대한 기초연구로서 접촉면의 미시변수와 시료의 거시물성 간의 상관관계를 살펴보았으며, 미시변수를 조정함으로써 다양한 암석의 강도와 변형 특성을 재현하였다. 한편, 상기 모델을 횡등방성 암석을 모사하기 위한 방법론을 제시하였으며, 이를 국내 횡등방성 암석인 아산편마암에 적용하여 근소한 오차 범위 내에서 실내시험 결과를 재현하였다.

• 터널과지하공간
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• 제22권4호
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• pp.276-283
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• 2012

화강암(풍화), 석회암, 사암, 응회암, 셰일, 현무암 등 6가지 국내 암석을 대상으로 동결-융해에 의한 암석의 풍화과정을 실험하였다. 동결-융해 시 온도범위는 $-20^{\circ}C{\sim}10^{\circ}C$로 최대 40회까지 동결-융해를 반복하면서 비중, 공극률, 탄성파 속도, 쇼어경도를 측정하였다. 동결-융해 횟수가 증가함에 따라 공극률이 큰 화강암(w), 셰일, 현무암의 경우 기존의 균열이 성장하는 것이 뚜렷이 관찰되었고 시험편이 상하부로 분리되기도 하였다. 비중의 변화는 뚜렷이 관찰되지 않았다. 화강암(w), 셰일, 현무암의 탄성파 속도와 쇼어경도 값은 동결-융해에 의해 크게 감소하였고 석회암, 사암, 응회암의 경우 그 변화폭이 작았다. 공극률의 경우 인장강도가 작은 화강암(w), 셰일, 현무암이 크게 증가하였고 나머지 암종은 거의 변화하지 않았다. 실험 결과를 이용하여 선형 회귀식을 도출하였고, 각 회귀식의 계수와 동결-융해 풍화 민감도(=초기 공극률/초기 인장강도)와의 상관관계를 살펴보았다. 이를 이용하여 암석의 초기 물성 값만으로도 동결-융해에 의한 풍화를 예측 가능할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제21권1호
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• pp.11-19
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• 2011

지열에너지는 여러 신재생에너지원 중에서도 기저부하를 담당할 수 있는 중요한 자원으로 인식되고 있다. 국내에서도 천부지열을 이용한 지열냉난방은 효율 높은 신재생에너지 활용 사업으로 그 보급이 활성화 되어 있다. 반면, 전세계적으로 지열 발전 기술이 진일보하고, 그 시장이 크게 확대되고 있는 상황에서 아직까지 국내의 심부 지열을 이용한 지열 발전 기술은 낮은 단계에 머무르고 있다. 이러한 조건에서 2010년 12월에 국내 최초의 EGS(Enhanced Geothermal System) 지열 발전 상용화 기술 개발 과제가 착수되었다. 총 5개년의 기간으로 수행되는 이 과제는 2단계로 구분되어 진행될 계획이다. 처음 2년의 1단계에서는 3 km 심도에서 최소 $100^{\circ}C$의 지열저류층 온도를 확인하는 것을 주요 과제 내용으로 하여 지중 지열수 순환시스템의 설계가 이루어질 예정이다. 이후 3년을 통해 수행될 2단계에서는 5 km 심도의 생산정과 주입정 등 두 개의 지열발전정을 설치하고, 수리자극을 통하여 온도 $180^{\circ}C$의 지열저류층에서 유량 40 kg/s 이상의 지열수를 활용하는 MW급 지열발전소를 건립 운영하게 된다. 이 사업을 성공적으로 추진하기 위하여 현재 지질, 수리지질, 지구물리, 암석역학, 플랜트 엔지니어링 등 다양한 분야의 산학연 연구 기관 등이 망라되어 연구진을 구성한 상태이며, 이후 관심있는 여러 기관과 연구자들의 지원과 참여를 기대하고 있다.

• 터널과지하공간
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• 제22권4호
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• pp.227-242
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• 2012

영주다목적댐은 낙동강 중 하류 갈수기 하천유지용수 확보와 낙동강 본류 및 내성천 연안지역의 홍수재해 방어, 경북북부지역의 안정적인 용수공급을 위하여 계획되었다. 일반적으로 댐설계시 단층은 댐 안정성에 있어 매우 중요한 리스크 요소이므로, 단층의 공학적 특성은 반드시 고려되어야만 한다. 본 댐의 경우 지반조사결과 댐하부에 대규모의 단층대가 확인됨에 따라 댐의 장기적인 안정성을 확보하기 위하여 댐위치 및 댐형식에 대한 보다 공학적인 검토가 요구되었다. 본 연구에서는 노두와 시추조사시 확인된 대규모 단층대가 확인됨에 따라 단층대의 공학적 특성을 규명하기 위하여 다양한 지질조사 및 현장시험을 실시하였다. 이와 같은 단층대 특성을 반영하여 단층의 영향을 최소화할 수 있는 최적의 댐 위치를 선정하였으며, 단층대를 포함한 기초지반의 특성을 반영하여 좌안에는 콘크리트 중력식댐을 우안에는 콘크리트 차수벽형 석괴댐형식의 복합댐을 선정하였다. 또한 단층처리 및 기초지반 그라우팅을 실시하여 댐 구조물의 안정성을 확보하도록 하였다.

• 터널과지하공간
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• 제20권5호
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• pp.344-351
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• 2010

닫힌 균열을 따라 발생하는 전단거동을 Mode II 크랙의 시작과 진행으로 묘사할 수 있다. 파괴역학 이론에서는 순수 Mode II 재하에서 일반적으로 고유물성으로 인식되는 에너지 방출율(GII, Engergy Release Rate)이 한계점($G_{IIC}$)에 도달했을 때 전단거동이 시작된다고 예측한다. 지난 몇 년간 퍼듀대학의 암반공학그룹은 한계 에너지 방출률($G_{IIC}$)의 구속응력(normal stress)과 닫힌 균열의 거칠기에 대한 관계를 실험적으로 접근해왔다. 먼저 많은 실험들이 아크릴 재료를 대상으로 실행되었는데, 이는 광탄성(Photoelastic) 방법을 이용한 균열 끝(fracture tip)의 응력 집중 영역을 시각화하는 것을 가능케 해 주었다. 그 다음 실험 연구는 비교적 낮은 압축강도를 지닌 균질한 석고에 시행되었고, 최근에는 더 높은 압축강도를 지닌 재료를 대상으로 실험연구를 수행하였다. 그 예로 시멘트로 만든 시료 불록에 직접 전단 실험을 하였는데, 이전의 실험들과 마찬가지로 불연속면의 최대마찰각(Peak Friction Angle)이 잔류 마찰각(Residual Friction angle)과 비슷할 때만이 $G_{IIC}$가 재료의 고유물성으로 간주 될 수 있다는 점을 확인할 수 있었다. 그렇지 않은 경우에 한계 에너지 방출율($G_{IIC}$)은 구속응력과 함께 증가한다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.475-490
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• 2010

L 석회석 광산에서 폐석 덤핑 투하 지점이 놓인 위치에 따라 폐석층 또는 암반층에 따라 구분하고 총11개의 폐석 적치장중 7개소를 대상으로 사면안정해석을 수행하였다. 폐석층에 대해서는 Bishop 법을 이용한 원호파괴 해석과 유한요소법을 적용하였으며, 암반층은 평사투영법에 의해 잠재적인 파괴 가능성을 분석하고 한계평형법 해석에 의해 안전율을 산정하였다. 또한 암반사면의 전체적인 거동을 파악하기 위해 유한요소법을 적용하였다. 이 때 유한요소법으로 사면의 안정성을 안전율로 표시하기 위하여 강도감소법을 이용하였다. 안정 해석결과 폐석층 사면은 D 지역에서, 그리고 암반층의 경우 F와 G 지역에서 사면의 안정성 확보가 곤란한 것으로 평가되었으며, 아울러 폐석 적치장의 해석결과를 토대로 안정성을 확보하기 위한 방안을 제시하였다. 즉, D 지역의 사면은 파괴 활동면을 벗어난 지역에서 덤핑 후 도져에 의해 Push하는 방안이 필요하며, F와 G지역은 단층대 발달이 없는 지역으로 덤핑-투하 지점을 이동하여 적치하는 방안을 추천하였다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.455-464
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• 2010

평면이방성 암석의 특성을 실험적으로 규명하기 위하여 이방성각도에 따른 일축압축강도 및 변형률, 탄성상수의 변화를 분석하였다. 실험에는 유상구조가 뚜렷한 유문암의 7개의 서로 다른 각도를 갖는 총 35개 시험편을 사용하였다. 본 연구의 제 1보에서는 시험자료의 각도에 따라 개별적인 분석을 주로 논의하였으며, 제 2보에서는 이들 자료를 종합적으로 검토할 것이다. 수평 및 수직시료에서는 가정식을 적용하지 않고 4개의 탄성상수를 얻을 수 있기 때문에 이들의 크기는 참값이라 결정할 수 있다. 변형률 측정에서 각도에 따라 자료의 분산 정도가 달라지는데, 작은 각도에서는 큰 각도보다 분산이 크게 나타났다. 겉보기 탄성계수의 변화는 각도에 따라 M자 또는 U자 형태로 측정되었다. 낮은 각도에서는 겉보기 탄성계수의 변화가 단조증가의 경향을 보이지 않으므로 Saint-Venant 식을 적용될 수 없으며, E1의 크기는 참값범위에 포함되는 값을 얻을 수 없다. 75도 각도의 시료는 변형률과 강도의 측정 편차가 가장 작게 나타났으며, 해석된 4개의 모든 탄성상수가 참값의 범위에 포함되었다. 따라서 만약 한 개의 시험편에서 평면이방성의 탄성상수를 얻고자하는 경우에, 이방성각도가 75도 근처의 시험편을 선정하는 것이 바람직하다.

• 터널과지하공간
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• 제20권2호
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• pp.105-111
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• 2010

본 연구에서는 연약지반기초 및 암반사면 거동 계측 도구로서 스파이럴 볼트 변형률계의 적용 가능성을 살펴보고자 한다. 이 변형률계가 지중에 설치되었을 때, 지반에 대한 인발 저항성이 높아 지반 보강용으로 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 유연성의 특징을 가지고 있기 때문에 지반의 거동 상태를 파악하는데 유용하게 이용될 수 있다. 연약지반기초에 대한 스파이럴 볼트의 변형률 계측결과, 변형률 측정 초기에는 안정한 상태를 보이다가 400일이 경과한 시점에서는 스파이럴 볼트 변형률계의 윗부분과 중간부분에서 큰 변화가 관찰되었다. 이러한 변화는 동일한 시기에 강수량 증가와 함께 빈번하게 발생한 진도 1~2의 지진에 의한 영향으로 지반이 이완되어 야기한 것으로 분석된다. 암반사면에 대한 스파이럴 볼트의 변형률 계측결과, 측정시작일로부터 50일 동안에 안정한 상태를 보였으며 50~160일 기간에는 매설길이 4.2 m 지점(P6)의 변형률 게이지에서 가장 큰 변형률을 보였다. 그러나 P6 변형률 게이지를 제외한 나머지 게이지는 특이한 변화를 보이지 않았다. 스파이럴 볼트 변형률계의 측정결과를 종합적으로 살펴보면 측정대상인 연약지반기초와 암반사면은 안정적인 것으로 판단된다. 본 연구에서 소개하는 스파이럴 볼트 변형률계는 연약지반기초 및 암반사면 거동의 모니터링과 동시에 대상지반의 보강에 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.399-407
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• 2010

최근 발생한 19개의 중규모 지진으로부터 관측된 지반진동 파형을 이용하여 수평 응답스펙트럼을 분석하고 결과를 국내 원자력 관련 구조물의 내진설계 기준과 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준과 각각 비교하였다. 연구에 이용된 지반진동은 수평성분 130 개이며 고유진동수별 지반응답을 구하고 최대 지반 가속도 값을 이용하여 정규화 분석을 수행하였다. 연구결과에 의하면 진앙거리 의존성이 대단히 큼을 보여주었다. 또한 국내 원자력시설물의 내진기준으로 이용되고 있는 Reg. Guide 1.60과 비교한 결과 특히 약 5 Hz 이상의 높은 고유진동수 영역에서 Reg. Guide 1.60 보다 높은 값을 보여 주었다. 또한 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준인 표준 설계응답스펙트럼을 3개 지반조건에 적용한 결과를 분석 자료와 동시에 비교한 결과 약 0.3초 이하의 단주기 영역의 전체 대역(SD 지반조건)에서 수평 성분 자료처리 결과가 기준을 크게 초과하는 현상을 보여 주었다. 물론 이러한 현상은 국내 지각의 고유진동수별 감쇠 및 부지 직하부의 감쇠 특성 등과 복합적으로 관련되어 발생한 현상으로 판단된다. 향후 국내 지진활동 실정에 적합한 내진설계 기준 마련을 위해 관측자료의 질적향상 및 양적인 축적 등을 통하여 특히 수평 성분의 약 5 Hz 이상의 고주파수 대역에서 수평응답스펙트럼 기준의 보수성을 심각하게 고려할 필요가 있다.