• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.211-221
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• 2003

스웨덴$\"{A}"{s}"{p}"{o}$지하실험실에서는 방사성폐기물 처분공 사이 암반에서의 파쇄 및 안정성을 예측할 수 있는 능력을 평가하기 위해 $\"{A}"{s}"{p}"{o}$ 암주 안정성 실험 (APSE)이라고 하는 현지 가열 실험이 준비되고 있다. 계획된 시험 조건하의 암주에서의 균열 진전 과정을 합리적으로 예측하기 위해 경계요소 수치해석 코드인 FRACOD가 적용되었다. 암석경계와 무결암석 내에서의 균열 진전을 모사하기 위해 코드를 개선하였다. 또한 굴착 및 열하중에 의해 발생하는 응력분포를 FRACOD모델에 적용하기 위해 새로운 경계요소를 이용한 역해법을 개발하였다. 이 글은 계획된 시험조건에 대한 예측 모델링 결과를 제시한다. 굴착에 의한 응력분포는 암주 벽면에 약간의 균열을 발생시켰다. 120일 동안의 가열에 의해 암주 벽면 중앙부에서 전형적인 전단 균열들의 개시 및 전파가 일어났지만, 전반적으로 암주 내부는 고려되는 조건하에서 안정한 상태를 유지하였다. 기존 절리들의 존재와 균열 물성에 따른 영향이 또한 논의되었다. 해석 결과를 통해 FRACOD가 심부 터널 및 보어홀에서 취성 암반의 균열 진전 현상을 적절히 모델링할 수 있음을 알 수 있다. 취성 암반의 균열 진전 현상을 적절히 모델링할 수 있음을 알 수 있다.

• 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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• 제24권1호
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• pp.67-80
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• 2014

본 연구에서는 임계하균열성장 변수를 구하기 위해 제안된 Wilkins의 시험법을 압열인장시험과 결합하여 화강암의 인장강도, Mode I 파괴인성과 임계하균열성장지수를 동시에 구하였으며 이를 사용하여 암석의 장기거동을 평가하였다. 또한 내부압력을 받는 압축공기저장(CAES) 공동에 대한 장기안정성을 수치해석코드인 FRACOD를 사용하여 해석하였다. 시험 결과 화강암의 임계하균열성장지수(n)는 29.39로 결정되었으며 5 ~ 6 MPa의 내압은 저장공동의 장기안정성에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 또한 시험 과정에서 측정한 미소파괴음을 분석한 결과 암석내의 미소균열 생성 및 전파에 따른 암석의 손상을 정량적으로 기술할 수 있었다. 만약, 실내와 동일한 조건으로 현장에서 AE 모니터링을 수행할 경우 AE 모니터링을 통해서 하중을 받는 암석의 현재 상태를 정량적으로 평가하는 것이 가능할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제27권6호
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• pp.343-350
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• 2017

최근 도심지 지상공간의 포화로 전세계적으로 지하공간개발이 활발히 진행되고 있으며, 지상 및 지하구조물에 인접하여 굴착이 많이 이루어지고 있다. 굴착공사 중 시공 부주의나 시공기술 미흡, 지하수 유출, 급격한 지층의 변화, 토류 시스템 구성품의 문제 등으로 인해 각종 지반함몰 사고가 발생하여 사회적 이슈로 부각되고 있다. 국가적으로 이를 대응하기 위하여 도심지 지하 시설물에 대한 예방중심의 선제적 재난 재해 관리 및 신속 복구 시스템 구축을 추진 중에 있다. 본 연구에서는 굴착공사 시 지반 내부적인 변화 요소(지하수위 변화, 지하매설물 손상 등)와 외부적인 변화요소(차량하중, 지진, 지반굴착 등)를 고려한 지하안전 확보를 위한 기술개발 동향에 대하여 자료를 수집하였다. 지반거동 해석 및 지반함몰 평가기술과 지반함몰 예방을 위한 안전한 굴착 및 보강기술, 지반함몰 발생시 긴급복구 기술의 개선 및 국내 자립화가 요구되고 있는 가운데 현재 도심지 굴착공사시 지반함몰 예방을 위한 기술개발 현황에 대하여 소개하고자 한다. 현재 연구가 진행되고 있는 부분도 있으나 크게 분류하여 예측/평가기술, 복합탐사기술, 차수보강기술, 긴급복구기술, 굴착기술의 5개 분야로 설명하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.306-319
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• 2020

사용후핵연료의 심층처분 사업에서는 처분장 주변 모암의 수리역학적 성능을 저하시키는 굴착손상영역의 특성화가 중요하다. 이에 DECOVALEX-2019 프로젝트의 Task G에서는 균열암반 수치해석 모델을 구축한 후 암반 주변의 굴착손상영역의 수리역학적 거동을 모사하고, 구축한 모델로 처분장의 운영 시에 장기적으로 야기될 수 있는 추가적인 수리학적 변화를 관찰하였다. 과업의 첫 번째 단계에서는 2차원 균열암반 모델을 구축하여 수치해석 기법의 특성을 파악하고, 두 번째 단계에서는 3차원 균열암반 모델로 확장 후 스웨덴 애스푀 지하연구시설(Äspö Hard Rock Laboratory) 내 TAS04 간섭시험 결과와 비교하여 수치해석 모델을 검증한 후, 세 번째 단계에서는 열과 빙하 하중에 의한 영향을 반영하여 균열암반의 수리역학적 반응을 순차적으로 확인하였다. 과업의 전 과정에서 유한요소법과 개별요소법으로 균열암반에서의 수리역학적 분석을 수행하였으며, 균열의 기하학적 특성을 반영 및 굴착손상영역을 반영하는 과정에서 각 수치해석 기법에 따라 다양한 접근방법으로 고려하였다. 따라서 본 연구는 향후 결정질 균열암반에 사용후핵연료 처분장을 계획할 시 수치해석 단계에서 채택될 수 있는 다양한 접근 방법과 고려해야 할 사항들을 제시할 수 있을 것으로 전망한다.

• 터널과지하공간
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• 제30권2호
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• pp.164-179
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• 2020

지반구조물에 대한 한계상태설계법의 적용에 있어서 단위중량, 포아송비, 변형계수, 점착력 및 내부마찰각 등은 설계의 정확성 및 신뢰도 향상에 매우 큰 영향을 미치는 지반특성값이다. 특히 풍화토 및 풍화암 등 풍화대에 지반구조물이 위치하게 될 경우 이들 지반특성값 중에서도 점착력과 내부마찰각이 구조물과 지반의 하중 및 저항계수를 판정하는데 매우 높은 연관성이 있으며 따라서 공내전단시험과 같은 현장시험으로부터 구해지는 이들 지반정수의 정확한 산정은 지반구조물의 최적설계를 좌우하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 국내 38개 시공사례 분석을 통해 이들 지반정수들의 설계적용 사례를 검토, 현장시험의 중요성을 확인하였으며 이를 토대로 ASTM에서 규정하는 모든 표준절차를 반영하는 새로운 풍화대 강도특성 측정장치를 개발하였다. 또한 본 장비의 현장적용을 통해 시험장비 및 시험자의 주관적 오류에 의한 오차발생 가능성을 최소화한 장비의 개선성능을 확인하였으며, 이를 토대로 한계상태설계법의 적용 시 핵심 지반특성값의 정량적 산정을 위한 기틀을 마련하였다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.568-585
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• 2022

본 연구에서는 3차원 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 열에 의한 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G에 참여하여 수행한 연구로, 해석대상은 한국건설기술연구원에서 수행된 saw-cut 균열 시료에 대한 열-역학적 하중 재하 실험 결과이다. 여기에서는 암석 시험편을 Voronoi 다면체의 집합체로 모델링하고, 개별요소법 코드인 3DEC을 통해 입자와 입자 간 경계면, 내부에 포함된 균열에서의 열-역학적 연계거동을 해석하였다. 주요 해석내용은 가열로 인한 암석 표면의 온도 분포, 열응력의 증가에 따른 주응력 변화, 균열의 전단변위와 수직변위이다. 해석 결과, 상기 수치모델은 실내실험에서 관찰된 열전달과 열손실 특성, 열에 의한 균열의 점진적 전단파괴 프로세스, 변위의 제한으로 인한 열응력의 증가 등을 합리적 수준에서 재현하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 가열에 의한 전단파괴 시점, 열응력 증분과 변위 크기 등에서는 다소 차이를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류 및 협력을 통해 지속적으로 개선, 검증할 예정이다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.55-63
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• 2022

모듈러 지중아치 구조는 시공과정이 단순하며 강재와 콘크리트를 이용하여 시공 및 공용 중에 발생하는 단면력에 대하여 효과적으로 저항할 수 있는 구조로 제안되어 15m 이하의 지간에 대하여 3차원 구조해석 및 실험을 통하여 구조적 거동이 평가되었다. 일반적으로 지중아치와 터널 등의 구조해석의 경우 2차원이나 3차원 구조해석 방법이 적용될 수 있다. 하지만, 모듈러 지중아치 구조의 구조적 안전성 평가를 위하여 2차원이나 3차원 구조해석 방법을 적용할 경우 구조해석을 위한 모형화가 어렵고, 해석시간이 과도하게 오래 걸릴 수 있으므로, 모듈러 지중아치 구조의 설계과정에서 필요한 구조 안전성 및 토압 등을 고려한 구조해석 방법으로는 합리적이지 않을 수 있다. 또한, 사전에 결정된 단면이 적용가능한 지간에 대하여 모듈러 지중아치 구조를 구성하는 경우 지간과 하중조건에 따른 단면과 구조적 안전성만을 평가하는 것이 합리적일 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 효율적인 구조 안전성 평가를 위하여 프레임 요소를 이용한 구조해석 모델을 제안하고, 2차원 구조해석모델과 프레임 요소를 이용한 간략해석모델의 구조해석 결과를 비교하였으며, 간략해석 방법을 이용하여 20m지간의 모듈러 지중아치구조의 구조적 안전성을 평가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권11호
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• pp.55-64
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• 2006

터널과 같은 지하 공동 굴착을 위한 발파로 주변에 손상이 발생하였을 경우, 암반의 역학적 및 수리적 불안정성을 유발하기 때문에 암반의 최종손상영역의 예측은 매우 중요하다 그러나 복잡한 발파거동으로 인해 손상영역을 적절히 예측하는 데에는 상당한 어려움이 따르고 있다. 이러한 어려움을 효과적으로 해결하기 위해 발파하중을 응력파와 가스압으로 분리한 많은 연구가 진행되었다. 응력파는 발파공 주위에 분쇄환(crushing annulus)과 파쇄균열대(fracture zone)를 형성시키며, 상당시간 지속되는 준정적인 가스는 파쇄균열대의 닫힌 균열내부에 침투하여 균열을 다시 진행시키는 역할을 하게 된다. 즉, 가스압은 최종적으로 암반에 손상을 가하는데 기여를 한다. 따라서 본 논문은 이러한 가스압에 의해 생성되는 균열의 최종 진행 길이를 예측함으로써 발파로 인한 최종 손상영역을 간단하게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 균질한 무한 탄성평면에서 발파공 주위에 대칭으로 형성되는 방사균열을 모델로 사용하였다. 이 모델에서 균열이 진행할 수 있는 조건과 가스의 질량이 일정하다는 두 가지 조건을 사용하였다. 그 결과 응력확대계수는 균열이 진행할수록 감소하여 최종균열의 길이를 산정하였으며, 또한 발파공에 작용하는 압력도 감소하는 것을 확인하였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제6권3호
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• pp.217-224
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• 2008

사용후핵연료 심지층처분에 있어서 처분용기의 건전성 확보는 내부에 적재되어 있는 사용후핵연료로부터 방사성물질이 누출되는 것을 방지하고 격리하여 처분장의 안전성을 보증하기 위한 필수적인 인자이다. 이러한 처분용기는 심지층 처분의 목적인 방사성 독성이 인간 및 자연환경에 영향을 미치지 않도록 장기간 동안 격리하고 누출을 지연시키기 위한 공학적 방벽의 중요한 요소 중의 하나이다. 심지층 처분장 설계시 주요한 요건은 처분시스템의 안전성을 유지를 위하여 처분용기에 적재되어 있는 폐기물로부터 발생된 붕괴열로 인하여 완충재의 온도가 100$^{\circ}C$를 넘지 않도록 하는 것이다. 또한, 처분용기는 지하 심부 500 m 깊이에서의 수압과 완충재의 팽윤압 등 하중에 구조적 건전성을 유지하여야 한다. 본 연구에서는 직접 처분대상으로 고려하고 있는 중수로(CANDU) 사용후핵연료에 대한 처분용기의 개선된 개념을 설정하고, 심지층 처분환경에서의 열적 및 구조적 안정성을 분석하였다. 열적 안정성 해석결과 처분터널 및 처분공 간격이 40 m, 3 m 인 경우 처분 후 37년이 경과한 후에 처분용기 표면온도가 최고 온도에 도달하며, 이때 온도는 88.9$^{\circ}C$로서 처분장 온도제한 요건(100$^{\circ}C$)에 만족하였다. 또한, 정상적인 경우와 극 상황에 따른 하중에 대한 처분용기 구조해석 결과 안전율은 각각 2.9와 1.33 으로 나타나 심한 지층 처분환경에서 처분용기는 구조적 건정성을 유지하는 것으로 판단되었다.