• Geomechanics and Engineering
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• 제25권1호
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• pp.17-30
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• 2021

This paper develops a convenient approach for deterministic and probabilistic evaluations of tunnel face stability using support vector machine classifiers. The proposed method is comprised of two major steps, i.e., construction of the training dataset and determination of instance-based classifiers. In step one, the orthogonal design is utilized to produce representative samples after the ranges and levels of the factors that influence tunnel face stability are specified. The training dataset is then labeled by two-dimensional strength reduction analyses embedded within OptumG2. For any unknown instance, the second step applies the training dataset for classification, which is achieved by an ad hoc Python program. The classification of unknown samples starts with selection of instance-based training samples using the k-nearest neighbors algorithm, followed by the construction of an instance-based SVM-KNN classifier. It eventually provides labels of the unknown instances, avoiding calculate its corresponding performance function. Probabilistic evaluations are performed by Monte Carlo simulation based on the SVM-KNN classifier. The ratio of the number of unstable samples to the total number of simulated samples is computed and is taken as the failure probability, which is validated and compared with the response surface method.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제69권1호
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• pp.43-50
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• 2019

In this research, the effect of bedding layer on the tensile failure mechanism of rocks has been investigated using PFC2D. For this purpose, firstly calibration of PFC2d was performed using Brazilian tensile strength. Secondly Brazilian test was performed on the bedding layer. Thickness of layers were 5 mm, 10 mm and 20 mm. in each thickness layer, layer angles changes from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$ with increment of $15^{\circ}$. Totally, 21 model were simulated and tested by loading rate of 0.016 mm/s. The results show that when layer angle is less than 15, tensile cracks initiates between the layers and propagate till coalesce with model boundary. Its trace is too high. With increasing the layer angle, less layer mobilizes in failure process. Also, the failure trace is very short. It's to be noted that number of cracks decrease with increasing the layer thickness. Also, Brazilian tensile strength is minimum when bedding layer angle is between $45^{\circ}$ and $75^{\circ}$. The maximum one is related to layer angle of $90^{\circ}$.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권6호
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• pp.699-712
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• 2019

The reinforced concrete lining of hydraulic pressure tunnels tends to crack under high inner water pressure (IWP), which results in the inner water exosmosis along cracks and involves typical hydro-mechanical interaction. This study aims at the development, validation and application of an indirect-coupled method to simulate the lining cracking process. Based on the concrete damage plasticity (CDP) model, the utility routine GETVRM and the user subroutine USDFLD in the finite element code ABAQUS is employed to calculate and adjust the secondary hydraulic conductivity according to the material damage and the plastic volume strain. The friction-contact method (FCM) is introduced to track the lining-rock interface behavior. Compared with the traditional node-shared method (NSM) model, the FCM model is more feasible to simulate the lining cracking process. The number of cracks and the reinforcement stress can be significantly reduced, which matches well with the observed results in engineering practices. Moreover, the damage evolution of reinforced concrete lining can be effectively slowed down. This numerical method provides an insight into the cracking process of reinforced concrete lining in hydraulic pressure tunnels.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권1호
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• pp.53-63
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• 2022

Simplified analytical solutions are developed for the dynamic analyses of an axially loaded pile foundation embedded in a transverse-isotropic, fluid-filled, poro-visco-elastic soil with rigid substratum. The pile is modeled as a viscoelastic Rayleigh-Love rod, while the surrounding soil is regarded as a transversely isotropic, liquid-saturated, viscoelastic, porous medium of which the mechanical behavior is represented by the Boer's poroelastic media model and the fractional derivative model. Upon the separation of variables, the frequency-domain responses for the impedance function of the pile top, and the vertical displacement and the axial force along the pile shaft are gained. Then by virtue of the convolution theorem and the inverse Fourier transform, the time-domain velocity response of the pile head is derived. The presented solutions are validated, compared to the existing solution, the finite element model (FEM) results, and the field test data. Parametric analyses are made to show the effect of the soil anisotropy and the excitation frequency on the pile-soil dynamic responses.

• Steel and Composite Structures
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• 제45권3호
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• pp.467-482
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• 2022

One of the major failure modes in composite sandwich structures is the separation between skins and core. In this study, the effect of employing foam filled composite corrugated core on the skin/core debonding (resistance to separation between skin and core) is investigated both experimentally and numerically. To this aim, triangular corrugated core specimens are manufactured and compared with reference specimens only made of PVC foam core in terms of skin/core debonding under bending loading. The corrugated composite laminates are fabricated using the hand layup method. Also, the Vacuumed Infusion Process (VIP) is employed to join the skins to the core with greater quality. Utilizing an End Notched Shear (ENS) fixture, three point bending tests are performed on the manufactured sandwich composite panels. The results reveal that the resistance to separation capacity and flexural stiffness of sandwich composite has been increased about 170% and 76%, respectively by using a triangular corrugated core. The Cohesive Zone Model (CZM) with appropriate cohesive law in ABAQUS finite element software is used to model the progressive face/core interfaces debonding the difference between experimental and numerical results in predicting the maximum born load before the skin/core separation is about 6 % in simple core specimens and 3% in triangular corrugated core specimens.

• 터널과지하공간
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• 제10권3호
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• pp.430-440
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• 2000

본 논문에서는 인도네시아 Kalimantan섬에 위치하는 Pasir 탄전의 노천채탄장을 대상으로 기존 지질자료의 분석 및 지질조사, 암반평가, 현지 및 실험실 시험을 통하여 관련 암석들에 대한 물성시험의 수행과 평사투영법과 수치해석에 의한 안정성해석 둥을 근거로 채광장내의 전체사면 특히 Roto 북부 및 남부구역의 사면을 적절하게 설계할 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. Roto 지역의 주요 불연속면들은 주로 층리로 구성되어 있으며, 층리의 경사는 북쪽의 약 60$^{\circ}$에서 남쪽 지역은 80$^{\circ}$ 전후로 남으로 가면서 경사가 급해지며, 많은 사면에서 평면파괴와 전도파괴가 일어나고 있다. Roto 전 지역의 암석물성 시험결과는 이암은 평균 일축압축강도가 9MPa 이고, 사암은 12MPa 로 이암보다는 다소 강도가 높다. 현장조사에 의한 암질을 국제암반역학회 분류기준에 따라 분류하면 Roto 북부지역의 암석은 R2~R3 등급에 속할 정도로 대부분 연약하였으며, 석탄층의 강도는 R1~R2 등급에 해당된다. Roto 북부의 4개 지역 (동부, 서부, 남부 및 북부) 과 Roto 남부의 2개 지역(동부 및 서부)의 사면에 대한 상세한 안정성 해석이 수행되었다. 본 연구에서는 최소 사면안전율을 1.2로 결정하여 평사투영법과 한계평형법의 해석을 통해 계산된 30~36$^{\circ}$의 사면경사각에 대하여 다시 유한차분볍 (FLAC)에 의한 안정성 분석을 실시하였다. 최종 사면각으로 Roto 북부지역의 동부사면은 34$^{\circ}$, 서부사면은 33$^{\circ}$, 남부사면은 35$^{\circ}$, 북부사면은 32$^{\circ}$, 그리고 Roto 남부의 최종사면각은 동부 및 남부사면 모두 36$^{\circ}$로 제안하였다. 본 노천채탄장의 최종사면과 같이 장기적인 유지를 필요로 하는 사면은 사면의 변형거동을 감시하기 위해 보다 체계적인 계측을 필요로 하며, 또한 사면이 많은 비에 노출되기 쉽기 때문에 사면의 풍화와 침식에 대한 대책연구도 수행되어야 한다.

• 터널과지하공간
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• 제32권5호
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• pp.285-297
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• 2022

본 고에서는 한반도 동남권에 분포하는 주요 단층대에 대한 장기 거동 및 미소진동 관찰을 목적으로 하는 시추공 기반 심부 복합지구물리 모니터링 시스템 구축의 일환으로 수행된 대구경 시추공 굴착 현장에서 이루어진 Extended Leak-Off Test (XLOT)에 대한 내용 및 결과를 보고한다. 다양한 시추공 센서 설치를 위한 모니터링공의 굴착은 ~1 km 깊이에서 최종 구경 200 mm 이상을 확보하는 것을 목표로 하여, 중간 깊이까지 12" 구경의 시추공 굴진 및 케이싱 설치, 이후 최종 심도까지 7-7/8" 구경의 시추공을 굴진하는 것으로 설계되었다. 현장 여건에 맞추어 약 504 m 깊이까지 12" 구경의 시추공이 굴착되었으며, API 규격의 8-5/8" 케이싱을 설치하고 배면과 암반 간의 틈새(annulus)에 대한 세멘팅 작업을 수행하였다. 이후 하부 구간 굴진(7-7/8")에 앞서 세멘팅 건정성 확인 및 암반 응력 측정 등을 목적으로 XLOT를 수행하였다. 약 4 m 길이의 나공 구간(open hole)을 확보하고, 상부에 설치된 케이싱을 이용해 물을 주입하여 시험 심도의 암반을 가압하였다. XLOT 수행 과정에서 주입 유량에 따른 시험 구간 내 압력 변화 양상을 실시간 모니터링 하였으며, 이 자료들을 일부 활용하여 현장 시추공 조건에서의 암반 투수율을 해석하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권3호
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• pp.256-269
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• 2020

본 연구의 목적은 KURT 화강암 시료의 포화유무에 따른 균열손상 기준과 파괴인성의 변화를 측정하는 것이다. 이를 위하여 일축압축시험을 이용한 소성체적변형률을 통해 KURT 화강암의 균열손상 기준을 도출하였다. 또한 암석의 파괴인성을 보다 신뢰성 있게 측정하기 위해 암석의 비선형적 변형에 대한 보정(Level II Method; ISRM, 1988) 을 통해 포화유무에 따른 KURT 화강암의 수정 파괴인성(corrected fracture toughness)을 측정하였다. 시험결과 건조시료의 평균 균열개시 응력(σ_ci)과 균열손상 응력(σ_cd)은 91.1 MPa과 128.7 MPa이었으며, 포화시료의 평균 균열개시 응력(σ_ci)과 균열손상 응력(σ_cd)은 58.2 MPa과 68.2 MPa이었다. 건조시료에 비해 포화시료의 균열개시 응력은 36% 감소하였으며 균열손상 응력은 건조시료 대비 47%나 감소되는 결과를 나타내었다. 균열손상 응력(σ_cd)이 상대적으로 더욱 감소하였음을 감안할 때 시료의 포화로 인해 더 낮은 응력조건에서 구조물에 대한 손상이 쉽게 발생할 수 있음을 알 수 있다. KURT 화강암의 비선형성을 고려한 수정 파괴인성은 0.811 MPa·m^0.5이었으며 포화시료의 수정 파괴인성은 0.620 MPa·m^0.5이었다. 즉 암석의 비선형성을 고려함으로써 파괴인성의 증가를 확인할 수 있었으며, 암석의 포화시 수정 파괴인성은 24% 감소하였다. 따라서 지하수 포화로 인해 암석 내 균열의 생성과 진전에 대한 저항성이 감소함을 알 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제32권1호
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• pp.30-58
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• 2022

고준위방사성폐기물 심지층처분장은 공학적방벽과 천연방벽의 다중방벽으로 이루어져 있으며 각 방벽재 사이의 상호작용에 의해 처분시스템의 전반적인 장기 건전성이 영향을 받게 된다. 특히 공학적방벽재인 압축 벤토나이트 완충재와 천연방벽인 근계암반의 상호작용에 의한 완충재의 침식 및 파이핑 현상은 사용후핵연료의 붕괴열 발산, 지하수 유입 저지 및 핵종 이동 저지의 역할을 수행하는 완충재의 성능을 저하시키기 된다. 처분 초기에 벤토나이트 완충재가 흡수할 수 있는 물의 양보다 많은 유량이 근계암반의 절리로부터 유입되면 잉여 지하수로 인한 수압이 발생하고 이로 인해 완충재 자체 및 갭채움재 주변으로 파이핑 현상이 발생할 수 있다. 또한 지하수와 벤토나이트 완충재의 물리-화학적 상호작용으로 인하여 완충재의 표면의 팽윤 및 겔/졸화로 인하여 완충재의 표면에서 침식이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 침식 및 파이핑 현상이 발생하는 조건과 이로 인한 완충재의 건전성을 명확하게 평가하는 것이 처분장의 장기건전성 평가를 위해 반드시 필요하다. 처분선진국들에서는 주로 실내 및 공학규모 실험이 수행되고 있으며 일부 전산 모델 개발이 진행되고 있는 상황이지만 실험에서 관측된 현상들을 복합적으로 모사할 수 있는 전산 모델은 개발되지 않았다. 국내에서도 다양한 침식/파이핑 시나리오에 대한 연구나 열-수리-역학-화학적 복합거동을 고려한 연구는 수행되지 않았다. 본 기술 보고에서는 현재까지 수행된 국내외 벤토나이트 침식 및 파이핑 연구와 이들이 주로 고려한 영향인자를 파악하였다. 실험값을 검증하기 위해 제안된 전산 모델들을 소개하고 향후 완충재 침식 및 파이핑 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다. 본 논문에서 검토한 다양한 시험 및 모델링 사례를 바탕으로 향후 국내 심층처분장환경을 고려한 압축 벤토나이트 완충재 침식 및 파이핑 관련 연구가 필요하다고 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제13권5호
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• pp.362-372
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• 2003

시멘트가 사용된 이래로 수많은 콘크리트 구조물들이 건설되어 왔으나 그 수명은 콘크리트의 특성으로 인해 한계가 있다고 할 수 있다. 이로 인하여 불가피하게 보수 보강의 필요성이 나타나며 최근까지 많은 방법들이 개발되어 적용되고 있다. 본 연구에서는 압축공기식 치핑머신과 앵커핀을 사용하여 노후화된 콘크리트를 보수 보강하는 새로운 방법을 적용하여 노후화된 콘크리트와 신선한 콘크리트의 접합면에 대한 역학적 특성을 밝히고자 하였다. 콘크리트 노후부를 제거하기 위한 방법으로 치핑머신을 사용한 경우와 브레이커를 사용한 경우를 비교한 결과 최대점착력에서는 치핑머신이, 잔류점착력에서는 브레이커를 사용한 경우가 높게 나타났다. 접합면에 치핑머신으로 요철을 준 결과, 최대점착력은 평평한 접합면의 경우에 비하여 30 mm 요철심도에서는 14%, 50 mm에서는 22%의 증가를 보였다. 앵커핀은 잔류점착력을 증가시키고 전단파단 이후 슬립을 억제하는 효과를 보였으며, 인장강도를 32% 정도 증가시키는 효과를 나타내었다. 요철과 앵커핀을 복합적으로 적용한 결과 최대점착력은 접합면이 없는 신선한 콘크리트의 77%에 이르렀고 잔류점착력은 신선한 콘크리트의 180%에 이르는 높은 효과를 보였다.