• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.519-533
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• 2023

본 연구에서는 평균 압축강도가 100 MPa 이상인 암석에 대해 픽커터의 선형절삭시험을 실시하였고, 적외선 열화상 카메라를 통해 측정된 픽커터 절삭 시의 발생 온도와 커터 작용력과의 상관관계를 분석하였다. 모든 시험조건에서 최대 온도는 치핑이 발생하는 암석면에서 측정되었고, 암석에 발생한 온도는 픽커터의 작용력과 밀접한 상관관계를 나타내었다. 반면, 픽커터에 발생하는 온도는 대기 온도 대비 최대 36℃ 이내로 상승하였고 커터 작용력과의 상관관계도 뚜렷하지 않았다. 이는 실험실 조건의 짧은 절삭거리와 텅스텐 카바이드 삽입재의 높은 열전도 특성이 원인인 것으로 사료된다. 단, 픽커터의 주요 부위 중에 텅스텐 카바이드 삽입재에 상대적으로 높은 온도가 유지되는 것으로 나타나, 픽커터 절삭 성능의 유지를 위해서는 삽입재와 헤드부 사이에 보강을 실시하거나 픽커터 제작 시에 은납 공정의 품질을 향상시키는 것이 필요할 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권11호
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• pp.783-789
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• 2011

하수처리장에서 발생되는 잉여슬러지가 고온 호기 소화 반응을 거치면 슬러지부피가 크게 감소하게 된다. 그러나 고온 호기 소화 상등액에는 고농도의 유기물, 질소 및 인이 함유되어 있기 때문에 이들을 별도로 제거해 주어야만 한다. 본 연구에서는 고농도의 질소와 인의 제거에 많이 사용되는 방법인 Struvite 결정화 공법을 이용하여 고온 호기 소화 여액에 함유되어 있는 질소와 인을 제거하였다. 대상폐수의 암모니아성 질소와 인산염인의 평균농도는 각각 1716.5 mg/L 및 325.5 mg/L였다. 최적의 결정화 반응 조건을 결정하기 위하여 $Mg^{2+}$와 $PO_4^{3-}$의 주입량, pH, 교반 시간($t_d$), 교반 강도(G), 결정핵 주입 그리고 반응 온도를 결정하였다. Struvite 결정화 반응시 마그네슘원으로 $MgCl_2{\cdot}6H_2O$, 인산염인염의 원으로 $K_2HPO_4$를 이용하였다. 질소와 인의 제거를 위한 $Mg^{2+}:PO_4^{3-}:NH_4^+$의 적정 주입 몰비는 2 : 1 : 1과 2 : 2 : 1로 압축되었는데 각각의 주입 몰비에 따른 암모니아성 질소 및 인산염인의 제거효율은 전자의 경우에 각각 71.6% 및 99.9%였고, 후자의 경우에는 93.8%와 98.6%였다. Struvite 결정화 반응에서 반응 시간($t_d$)과 교반 강도(G)는 암모니아성 질소와 인산염인의 제거율에 큰 영향을 미치지 않았다. 또한 결정핵 주입과 온도의 영향에서도 같은 결과가 나타났다. 그러나 결정핵의 주입량이 증가함에 따라 슬러지 발생량이 감소하였으며, 온도의 증가에 따라 생성된 슬러지의 부피는 증가하는 것으로 나타났다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권1호
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• pp.101-108
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• 2005

대부분의 석조문화재는 외부 환경에 노출되어 있어 외관이 크게 변형되어졌고, 특히 최근의 산업화와 환경오염물질의 영향으로 풍화가 가속화되고 있다. 본 연구에서는 석조문화재의 풍화에 미치는 환경영향을 알아보기 위해 산성용액과 염분용액에 신선한 화강암을 침수한 후 물리 화학적 특성을 조사하였고, 석조문화재 보존 방법의 일환으로 화강암에 $TiO_2$ 광촉매를 코팅한 후 코팅이 화강암의 풍화에 미치는 영향도 조사하였다. 산성용액과 염분용액에 신선한 화강암을 침수시켰을 때 8가지 광물성분(Si, Mg, Ca, Na, K, Fe, Mn, Al)의 용출량은 반응초기에 급격히 증가하였고 암석 표면의 구성광물들은 대부분 신선한 화강암(fresh granite)보다 낮은 농도값을 나타내어 산성용액이나 염분용액에 의한 풍화의 영향 정도를 확인할 수 있었다. 실험 전 후의 화강암의 물리적 특성 분석 결과, 강제 풍화시킨 시료의 밀도는 평균 $2.55-2.56\;g/cm^3$으로 신선한 화강암(평균밀도는 $2.60\;g/cm^3$)에 비해 약간 낮은 값을 보였고 압축강도는 신선한 화강암에 배해 아주 낮았지만 포아송비는 상대적으로 약간 높은 값을 나타내었다. 또한 강제풍화시킨 석재의 흡수율은 $0.481{\sim}0.836%$로서 신선한 화강암에 비해 1.2-2.1배 정도 높게 나타났다. $TiO_2$ 광촉매를 화강암에 코팅한 후 산성용액과 염분용액에 의한 강제풍화시 광물성분의 용출율과 함수율 등이 많이 저감되어 석조문화재의 풍화속도를 완화시키는 것으로 나타나 석조문화재의 표면에 $TiO_2$ 코팅 처리를 하면 석조문화재의 풍화를 예방하는 효과가 있을 것으로 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.73-79
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• 2011

본 논문의 Part 1에서 도출된 결과를 바탕으로, 매립지의 차수재로서 벤토나이트, 시멘트와 혼합된 광산배수슬러지의 혼합물이 재활용 될 경우의 환경 적용성을 평가하였다. 광산배수슬러지: 벤토나이트: 시멘트를 최적혼합배율인 1: 0.5: 0.3의 배율로 혼합하였을 때 최적의 함수비를 나타내었다. 상대다짐도는 90.1%로 현장성을 반영하기 위한 시료로 양호한 상대 다짐도를 보였다. 본 논문에서는, 동결융해(평균 -20도)나 건조습윤 피해에 대한 저항성 및 유해성을 평가하기 위하여 라이시미터($1.0m{\times}1.5m{\times}2.0m$)를 사용하여 실험하였다. 동결/융해 실험결과 일축압축강도는 미국 EPA규정에 의한 값인, $5kg/cm^2$ 이상을 나타내어 내구성은 양호한 것으로 판단되었다. 투수계수는 초기 $7.10{\times}10^{-7}cm/s$에서 $9.80{\times}10^{-7}cm/s$로 증가하였다. 동결/융해 기간 동안, 라이시미터의 온도변화는 선형적으로 증감하여 일정한 온도경사를 유지하는 것으로 나타났다. 라이시미터의 함수비 변화의 경우는 급격한 증가나 감소가 나타나지 않았다. 국내 폐기물 공정시험법의 용출시험(KSLT) 결과, 아직 오염 기준이 정해지지 않은 Zn과 Ni을 제외한 모든 중금속 성분이 오염 기준치 이하로 나타나거나 용출되지 않았다. 따라서 동결/융해 및 건조/습윤 환경조건에서 광산배수슬러지 차수층은 약 1.5배 투수계수의 증가, 함수비의 안정 및 오염물질을 배출하지 않아 EPA기준 매립지의 최종 복토층의 차수재 및 배수지의 차수재로서 사용가능하다고 판단된다.

• 한국토양비료학회지
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• 제42권5호
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• pp.399-407
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• 2009

레이저 유도붕괴 분광법(LIBS)은 물질상태(고체, 액체, 기체)에 상관없이 신체 접촉시 오염 우려 및 미량 시료도 전처리 없이 동시에 많은 종류의 원소 분석으로 분석과정이 단순하고 신속하게 분석이 가능하며, 소형화된 레이저의 개발로 시료의 직접적인 채취가 어려운 조건의 현장분석에도 적합하다. 농산물 안정성 평가나 친환경 농업 및 정밀농업을 위한 조사 등에 활용될 수 있는 비파괴 실시간 정량분석기술로서 LIBS 분석법의 토양분석 가능성을 평가하고자 표준광물, 미국의 표준기술연구소의 표준토양, 미국 테네시주 초지 및 밭토양을 대상으로 토양 구성성분의 정성 정량적 분석에 필요한 측정조건을 조사하고 이를 토대로 LIBS에 의한 농도값과 기존의 화학분석법을 통해 측정한 결과를 비교하였다. LIBS 측정은 펄스형 Nd:YAG 레이저(Minilite II, Continuum, Santa Clara, CA)에서 나오는 1064 nm 에너지 파장의 광원을 시편의 플라즈마를 생성시키는데 사용하였고, 25 mJ/pulse 여기 에너지 빔을 펄스폭 35 ns, 펄스 반복 주기 10 Hz, 노출시간 10 s 동안 시료의 표면에 조사하였다. LIBS 분광은 0.03 nm의 해상력으로 200 nm에서 600 nm의 영역에서 50 m 이하로 분쇄하여 원형 펠렛 형태로 압축시킨 시료를 10 rpm의 속도로 회전시키면서 상온 상압의 실험실 조건에서 수행되었다. LIBS를 이용한 토양 중 주요한 원소의 적정 파장(nm)은 Al(I) 309.2 nm, Ca(I) 422.6 nm, Fe(I) 406.4 nm, Mg(I) 285.2 nm, Na(I) 589.2 nm, Si(I) 288.2 nm, Ti(I) 398.9 nm 이었다. LIBS의 피크강도가 물질 중 원소의 농도가 증가됨에 따라 각 원소의 특정 파장대에서 일정하게 증가되는 것으로 나타나고 있으나 표준물질의 LIBS의 신호비와 원소비를 통해 측정된 검량곡선의 상관계수($r^2$)는 0.863에서 0.977의 범위로 원소별로 상이할 뿐만 아니라 0.98에 미치지 못하였다. 또한, 토양 중 분석대상원소에 대하여 기존 ICP-AES에 의한 표준방법으로 분석된 시료의 측정값과 비교하여 상대적인 오차는 대략적으로 (-)40%에서 80%이상이며, 평균오차는 32.2%로 표준척도 20% 이상을 초과하였다. LIBS에 의한 토양분석은 토양의 조성과 입자의 크기에 따른 매질효과(matrix effect)로 표준물질의 검량곡선에서 결정계수가 낮고, 원소별 함량도 기준의 표준방법과 비교할 때 오차가 컸다. 따라서 LIBS에 의한 토양분석은 정성적인 분석 수준의 정밀도를 보였으며, 토양 매질의 영향을 최소화하기 위하여 기존의 분쇄 펠렛형 시료조제 및 회전측정 이외의 다양한 토양매질의 표준물질(standard reference material)의 확보, 새로운 전처리 방법 및 측정상 방법개선 등 신뢰성 있는 정량 분석을 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.469-484
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• 2021

터널 설계 시 지반조사를 통한 암반분류 결과는 공사기간 및 공사비 산출, 그리고 터널안정성 평가에 지대한 영향을 미친다. 국내에서 지금까지 완공된 3,526개소의 터널들의 설계 및 시공을 통해 관련 기술들은 지속적으로 발전되어 왔지만, 터널 설계 시 암질 및 암반등급을 보다 정확하게 평가하기 위한 방법에 대한 연구는 미미하여 평가자의 경험 및 주관에 따라 결과의 차이가 큰 경우가 적지 않다. 따라서 본 연구에서는 암석샘플에 대한 주관적 평가를 통한 기존의 인력에 의한 암반분류 대신, 최근 지반분야에서도 그 활용도가 급증하고 있는 머신러닝 알고리즘을 이용하여 시추조사에서 획득한 다양한 암석 및 암반정보를 분석하여 보다 신뢰성있는 RMR에 의한 암반분류 모델을 제시하고자 하였다. 국내 13개 터널을 대상으로 11개의 학습 인자(심도, 암종, RQD, 전기비저항, 일축압축강도, 탄성파 P파속도 및 S파 속도, 영률, 단위중량, 포아송비, RMR)를 선정하여 337개의 학습 데이터셋과 60개의 시험 데이터셋을 확보하였으며, 모델의 예측성능을 향상시키기 위해 6개의 머신러닝 알고리즘(DT, SVM, ANN, PCA & ANN, RF, XGBoost)과 각 알고리즘별 다양한 초매개변수(hyperparameter)를 적용하였다. 학습된 모델의 예측성능을 비교한 결과, DT 모델을 제외한 5개의 머신러닝 모델에서 시험데이터에 대한 RMR 평균절대오차 값이 8 미만으로 수렴되었으며, SVM 모델에서 가장 우수한 예측성능을 나타내었다. 본 연구를 통해 암반분류 예측에 대한 머신러닝 기법의 적용 가능성을 확인하였으며, 향후 다양한 데이터를 지속적으로 확보하여 예측모델의 성능을 향상시킨다면 보다 신뢰성 있는 암반 분류에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.