• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.359-381
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• 2020

벤토나이트 완충재에서의 열-수리-역학적 복합거동을 예측하기 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D 시뮬레이터를 기반으로 개발된 Barcelona basic 모델(BBM) 해석모듈의 현장 적용성을 검토하고자 국제공동연구 DECOVALEX-2019 Task D에 참여하여 스위스 Grimsel Test Site의 현장시험(full-scale engineered barriers experiment, FEBEX) 모델링을 수행하고 현장시험에서 계측된 히터 파워, 온도, 상대습도, 응력, 포화도, 함수율 그리고 건조밀도를 계산 값과 비교하였다. 수치해석을 이용하여 시간에 따른 히터 파워와 온도 변화는 전반적으로 잘 재현되었지만, 히터 1과 히터 2에서의 파워 차이를 계산할 수는 없었으며 이를 개선하기 위해서는 FEBEX 터널 주변에 분포하는 황반암과 시험장치 및 벤토나이트 블록의 설치 공정을 반영할 필요가 있을 것으로 판단된다. 상대습도 변화와 분포 역시 전반적으로 잘 모사되었으나, 수치해석에서 히터 부근에서의 재포화과정이 상대적으로 빠르게 진행된 것으로 보아 수리모델에 대한 일부 수정이 필요할 것으로 보인다. 현장시험에서는 벤토나이트 완충재와 암반 사이에 틈이 존재하지만 수치해석에서는 완벽하게 접촉하고 있는 것으로 가정하였기 때문에 운영 초기의 응력 변화는 다소 차이를 보였지만, 전반적으로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다. 해체 이후 측정한 포화도, 함수율, 그리고 건조밀도의 분포 역시 전반적으로 잘 재현되었지만, 건조밀도가 터널 중심과 히터부근에서 조금 크게 계산되어 벤토나이트 블록의 투수계수가 상대적으로 작은 값으로 반영되어 포화도와 함수율이 작게 계산된 것으로 보이며, 이를 개선하기 위해서는 건조밀도에 따른 투수계수 모델에 일부 수정이 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과를 토대로 수치모델을 수정하고 추가적인 연구를 수행한다면, 보다 나은 해석 결과와 벤토나이트 완충재에서의 THM 복합거동을 좀 더 현실적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제21권1호
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• pp.33-40
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• 2011

본 연구에서는 온도와 수압이 암석의 물성 변화에 미치는 영향을 평가하였다. 온도가 암석의 물성에 미치는 영향을 평가하기 위하여 가곡광산에서 채취한 화강암과 석회암 시험편에 200, 300, 400, 500, 600, $700^{\circ}C$(석회암의 경우 $700^{\circ}C$는 제외하였음)의 열을 가하여 예열시험편을 제작하였다. 예열시험편에 대한 실내실험을 통해 비중, 유효공극률, 탄성파속도, 일축압축강도, 탄성계수, 포아송비를 측정한 결과 온도가 증가함에 따라 화강암과 석회암 예열시험편의 물성이 변하는 것으로 나타났다. 비중, 유효공극률, 탄성파속도의 급격한 변화는 화강암의 경우 $400^{\circ}C$ 이상에서 발생하였으며, 석회암의 경우에는 $300^{\circ}C$ 이상에서 나타났다. 온도에 따른 일축압축강도, 탄성계수, 포아송비의 변화도 물리적 특성의 변화와 유사한 것으로 나타났다. 예열시험편의 일축압축강도와 탄성계수로부터 유추한 500, 600, $700^{\circ}C$ 화강암 예열시험편의 GSI는 각기 81, 66, 58로 나타났으며, 400, 500, $600^{\circ}C$ 석회암 예열시험편의 GSI는 각각 76, 71, 65로 나타났다. 500, 600, $700^{\circ}C$ 화강암 예열시험편과 400, 500, $600^{\circ}C$ 석회암 예열시험편에 7.5 MPa의 수압을 가하였다. 수압을 적용한 예열시험편의 유효공극률, 탄성파속도, 일축압축강도, 탄성계수를 측정하여 평균한 결과 수압을 가하기 전 예열시험편에 비해 평균 감소량이 화강암 500, 600, $700^{\circ}C$ 예열시험편 각각에 대해서 7.6, 11.3, 14.9%로 나타났고, 석회암 400, 500, $600^{\circ}C$ 예열시험편에 대해서는 각기 8.2, 13.8, 21.9%로 평가되었다.

• 터널과지하공간
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• 제31권5호
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• pp.374-384
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• 2021

본 논문에서는 암석시료의 CT 촬영 이미지상의 균열을 자동으로 탐지하는 새로운 인공지능 딥러닝 기법을 제안한다. 본 제안 기법은 2단계 딥러닝 객체인식 알고르즘인 Faster R-CNN을 기반으로 회전 가능한 경계박스(bounding box) 개념을 도입하여 알고리즘을 개조하였다. 회전 경계박스의 도입은 관심 균열 영역 밖의 배경의 불균질성 및 균열의 크기와 형태에 영향을 받는 딥러닝 객체인식기법 상의 고유한 어려움을 극복하기 위한 핵심 역할을 한다. 본 회전형 경계박스의 사용은 일반적으로 사용되는 영상 수평축과 평행한 경계박스 사용의 경우와 비교하여 긴 형태의 균열 형상 특성에 매우 잘 부합된다. 즉, 좋지않은 영향을 끼치는 경계박스 내 균열 이외 배경영역의 비율을 최소화 시킬 수 있다. 이외에도, 회전 경계박스의 추가적인 이점은 인식된 균열의 방향에 따라 회전하여 추론되는 경계박스를 통해 균열의 방향과 길이에 대한 정보를 직접적으로 얻을 수 있다. 본 제안기법의 적용성을 검증하기 위하여, 이미지상에서 매우 불균질한 화강암 시료에 인공적으로 균열을 발생시킨 다수의 암석시료 영상을 딥러닝 학습에 사용하고 추론 성능 실험을 진행하였다. 그 외에도, 동일 조건에서 사암과 셰일 암석 시료에도 적용하여 검증하였다. 결론적으로, 제안된 기법을 통해 균열 객체 인식의 평균 추론정확도(mAP)값이 0.89 정도 수준의 우수한 추론 성능을 보였으며, 기존 기법에 비해 추론된 경계박스 내 균열과 배경 영역의 비율 측면에서 배경의 비율이 획기적으로 최소화되는 유리한 추론 검증 결과를 보였다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제15권3호
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• pp.239-256
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• 2017

방사성폐기물 지층 처분을 위한 부지 선정 과정에서 심층 처분장의 안전성을 평가하는데 필요한 입력 자료를 제공하기 위해 부지특성조사를 수행한다. 본 논문에서는 부지특성조사를 선도하여 수행하였던 해외 사례를 분석하고, 국내에서 방사성폐기물 처분을 위해 수행해야 할 부지특성조사 방법을 제안하고자 하였다. IAEA가 고려하는 부지특성조사 방법은 단계별 부지특성조사로 본 논문에서 소개된 해외의 경우도 이 방법을 따르고 있는데, 부지특성조사는 시기별, 조사 항목별로 다수의 지역에서 개략적인 부지의 정보를 도출하는 예비 부지특성조사와 조사 결과 선정된 지역에서 보다 자세한 부지특성자료를 생산하기 위한 상세 부지특성조사로 구분할 수 있다. 특히, 상세 부지특성조사 단계에서는 조사지역에 장심도 시추공을 굴착하여 심부 영역에 대한 지질 특성을 바탕으로, 수리지질, 수리-지화학, 암석역학, 열, 용질이동에 대한 특성을 도출해야 한다. 단계별 부지특성조사를 통해 도출된 부지 고유의 지질환경 특성은 부지특성모델로 구축되어야 하는데, 이를 종합하여 해석해야 비로소 조사지역의 부지특성을 이해하고, 지층 처분에 보다 유리한 부지를 최종 후보지역으로 선정할 수 있는 것이다. 해외 사례를 살펴본 결과, 부지특성조사 단계에 소요되는 시간은 대략 7~8년이 소요될 것으로 예상되나, 이를 계획하고 수행하는 시스템이 뒷받침 되지 않을 경우 보다 지연될 수 있을 것이다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제57권1호
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• pp.1-20
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• 2016

On the basis of the geological conditions of high and steep mountainous slope on which an exit portal of an express railway tunnel with a bridge-tunnel combination is to be built, the composite structure of the exit portal with a bridge abutment of the bridge-tunnel combination is presented and the stability of the slope on which the express railway portal is to be built is analyzed using three dimensional (3D) numerical simulation in the paper. Comparison of the practicability for the reinforcement of slope with in-situ bored piles and diaphragm walls are performed so as to enhance the stability of the high and steep slope. The safety factor of the slope due to rockmass excavation both inside the exit portal and beneath the bridge abutment of the bridge-tunnel combination has been also derived using strength reduction technique. The obtained results show that post tunnel portal is a preferred structure to fit high and steep slope, and the surrounding rock around the exit portal of the tunnel on the high and steep mountainous slope remains stable when rockmass is excavated both from the inside of the exit portal and underneath the bridge abutment after the slope is reinforced with both bored piles and diaphragm walls. The stability of the high and steep slope is principally dominated by the shear stress state of the rockmass at the toe of the slope; the procedure of excavating rockmass in the foundation pit of the bridge abutment does not obviously affect the slope stability. In-situ bored piles are more effective in controlling the deformation of the abutment foundation pit in comparison with diaphragm walls and are used as a preferred retaining structure to uphold the stability of slope in respect of the lesser time, easier procedure and lower cost in the construction of the exit portal with bridge-tunnel combination on the high and steep mountainous slope. The results obtained from the numerical analysis in the paper can be used to guide the structural design and construction of express railway tunnel portal with bridge-tunnel combination on high and abrupt mountainous slope under similar situations.

• 터널과지하공간
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• 제21권6호
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• pp.471-479
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• 2011

최근 한반도 및 주변해역에서 발생한 규모 4.8 이상의 5개 중규모 지진으로부터 관측된 속도 지반운동 파형을 이용하여 수평 응답스펙트럼을 분석하고 결과를 우선 가속도 지반운동을 이용하여 얻어진 수평 응답스펙트럼, 국내 원자력 관련 구조물의 내진설계 기준, 마지막으로 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준과 각각 비교하였다. 연구에 이용된 지반운동은 수평성분 102개(NS 및 EW 성분 포함)이며 고유진동수에 따른 응답을 구하고 각각의 최대 지반 속도 값을 이용하여 정규화 분석을 수행하였다. 첫째, 가속도 응답스펙트럼과 비교한 결과 속도 응답스펙트럼 값은 특히 중간주기에서 높은 응답을 보여 주었고 이에 비해 가속도 응답스펙트럼은 특히 단주기 즉 높은 고유진동수 영역에서 높은 응답을 보여 주었다. 둘째, 국내 원자력시설물의 내진기준으로 이용되고 있는 Reg. Guide 1.60과 비교한 결과 속도 응답스펙트럼 값은 약 6-7Hz를 시작점으로 보다 낮은 장주기 영역에서 기준값을 초과하는 현상을 보여 주었다. 셋째, 500년 재래주기에 해당하는 국내 일반 구조물 및 건축물 내진설계기준인 표준 설계응답스펙트럼을 SC, SD 및 SE지반 조건과 같은 3개 지반조건과 동시에 비교한 결과 차례로 약 1.5초, 2초 및 3초에서 시작하여 보다 장주기 영역에서 국내 일반 구조물 표준 설계 응답스펙트럼값을 초과하였다. 동일한 부지에서 일반적으로 가속도 응답스펙트럼은 단주기에서 가장 큰 값을 나타내며, 속도 응답 스펙트럼은 중간주기에서 가장 크며, 마지막으로 변위 응답스펙트럼은 장주기에서 가장 큰 값을 가진다는 국외 연구결과가 국내 지반운동을 이용한 결과에서 역시 적용가능하다는 점을 확인시켜 주었다. 최근 국내에서도 건축물의 초고층화 등으로 구조물의 디자인이 기존의 단주기에 비해 중간주기 및 장주기 영역이 상대적으로 강조되고 있어 이러한 중간주기영역에서 수평 응답스펙트럼의 정보는 향후 대단히 중요하다고 할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제30권4호
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• pp.320-334
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• 2020

본 수치해석연구에서는 국제공동연구프로젝트 DECOVALEX2019의 Task B의 일환으로 PFC3D를 기반으로한 수리역학연계모델을 개발하여 스위스 Mont Terri 지하연구시설에서 수행된 단층의 유체주입으로 인한 슬립시험을 모사하였다. 이를통해, 개발한 PFC3D 수리역학연계모델이 가진 한계점과 향후 보완할 점을 검토하고자 하였다. PFC3D를 기반으로한 3차원 입자결합모델 내 공극-유동통로모델을 생성하였으며 이를 사용하여 Mont Terri Step 2 단층내 유체주입실험을 모사하였다. 모델링결과 단층대를 따라 주입유체의 유동에 의한 단층대의 변형을 확인하였지만, 관측정에서의 시간에 따른 수압변화는 현장측정치와 부분적으로 일치하는 경향을 확인하였다. 현장측정 관측수압은 초기 유체주입 압력증가에 거의 변화를 보이지 않고 주입수압이 최대치에 도달할때쯤 급격한 증가를 보이는반면, 모델링에서는 주입압력이 증가함에 따라 관측수압도 부드럽게 증가하는 경향을 보였다. 이러한 부분적으로 일치하는 결과의 원인으로는 Mont Terri 현장의 단층을 모사하는 방법에 기인하는 것으로 판단하다. PFC3D에서는 단층을 손상대와 코어균열의 조합으로 모사하였고 단층대의 두께가 약 2 m로 주입유체가 단층대를 통해 유동하도록 모사하였기에 현장에서의 주입유체의 단층내 유동보다 그 유동범위가 크게 모사되었다고 판단한다. 또한, 현장단층에서와 같이 단층내부에 존재하는 충진물질로 인해 단층내 수리유동이 제한되어 국부적으로 과잉공급수압이 형성될 수 있는 기재를 모사하지 못한 점 또한 모델링 결과와 현장측정결과가 부분적으로 일치하는 원인일 수 있다. 단층변형의 경우는 모델링결과와 현장측정결과 유사한 수준으로 일치하는 결과를 확인하였다. 수치모델을 변형하여 단층대의 두께를 감소시키고 단층내 충진 물질의 비균질적인분포를 모사할 수 있는 방법론에 대한 후속 연구를 통해 PFC3D 수리역학연계모델의 유체주입으로 인한 단층활성화 연구로의 적용성을 향상시키는 것을 제안하고 한다.

• 터널과지하공간
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• 제28권6호
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• pp.670-691
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• 2018

본 논문에서는 국제공동연구 DECOVALEX-2019 프로젝트의 일환으로 수행된 Task B Benchmark Model Test(BMT)의 연구 결과를 소개하였다. Task B는 'Fault slip modelling'을 연구주제로 하며, 유체의 주입으로 인해 발생하는 단층의 재활성과 수리역학적 연계거동을 예측할 수 있는 해석기법을 개발하는 데에 목적이 있다. BMT 시나리오 해석은 각 참가팀들의 수치모델이 단층의 수리역학적 연동거동을 적절히 모사할 수 있는지 교차검증함으로써 각 해석코드의 완성도를 높이기 위하여 수행되었으며, 주입압 적용 조건, 단층 물성, 수리역학적 연동해석 조건 등에 따라 7개의 해석 모델로 이루어져 있다. 본 연구에서는 TOUGH-FLAC 연동해석 기법을 이용하여, 역학적 변형으로 야기되는 단층의 수리적 물성 변화와 간극의 기하학적 변화를 동시에 반영할 수 있는 수리역학적 커플링 모듈을 개발하였다. BMT 시나리오 해석을 위하여 Task B 1단계(Step 1) 연구에서 개발된 수치모델을 일부 수정하였고, 단층의 변형에 따른 압축률과 투수계수, 단층의 해석 메쉬의 변화가 해석에 반영될 수 있도록 하였다. 단층의 투수량계수와 저류계수가 단층 내 압력 분포, 주입수량, 변위, 응력 등 수리역학적 거동에 미치는 영향을 검토하였으며, 수정된 수치모델을 기수행된 1단계 연구에 적용하여 해석결과를 업데이트하였다. 해석 결과, 본 연구에서 개발한 해석기법이 물 주입으로 인한 단층의 거동을 합리적인 수준에서 재현할 수 있는 것으로 판단할 수 있었다. 본 연구의 해석모델은 Task B에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 연구의 현장시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.281-298
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• 2023

달 현지 탐사를 위해 무인 이동체에 대한 연구가 지속적으로 이루어져 있으며 달 지상 관심 지역의 정확한 위치 및 맵핑을 위한 실시간 정보화 작업이 요구되고 있다. 딥러닝 영상 처리 분석 기술을 실제 로버에 적용하기 위해 소프트웨어의 통합과 최적화에 대한 연구가 필요하며 본 연구에서는 가상의 달 기지 건설현장의 영상을 실시간 분석하여 핵심 객체의 공간 정보를 자동으로 수치화하는 방안에 대한 기초 연구가 진행되었다. 본 연구를 통해 이미 구축된 영역 분할 기반 객체 인식 알고리즘을 경계 상자 기반 객체 인식알고리즘으로 변경하여 객체 인식 정확도 및 추론 속도를 개선하는 작업이 이루어졌으며, 대용량 데이터 기반 객체 매칭 학습을 위해 Batch Hard Triplet Mining 기법을 도입하고, 학습 및 추론에 대한 최적화 연구가 수행되었다. 또한 개선된 객체 인식 및 동일 객체 매칭 소프트웨어를 통합하고, 입력 이미지 내 동일 객체 자동 매칭을 시각화하는 소프트웨어를 개발하였으며, 위성 모사 촬영 영상 내 객체를 학습 데이터로, 이동체 촬영 영상 내 객체를 추론 데이터로 사용하여 동일 객체 매칭의 학습 및 추론이 이루어졌다. 본 연구의 결과는 이동체의 연속 촬영 영상을 기반 3차원 공간 정보를 구현 및 관심 공간 내 객체 위치 설정에 활용할 수 있을 것으로 사료되며, 향후 달 기지 건설 현장에서의 영상 기반 시공 모니터링 및 제어를 위한 자동 현장 및 주요 대상물 공간 정보 구축 시스템과의 연계에 기여할 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.491-501
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• 2022

벤토나이트는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 완충재 및 뒷채움재의 주재료로 고려되고 있다. 처분환경에서 벤토나이트는 열-수리-역학-화학적 복합적 거동을 겪게 된다. 본 연구는 제작된 수화거동 실험용 셀을 사용하여 수화 조건에서 벤토나이트의 거동 특성을 X선 단층촬영 기술을 이용하여 평가하고자 하였다. 플라스틱재료로 만들어진 원통형 셀은 상부의 탈착식 캡을 이용하여 시료 상부에 수직응력을 가하거나 팽윤압을 측정할 수 있도록 제작하였다. 수화실험은 건조밀도 1.4 g/cm³, 함수율 20%의 조건으로 제작된 경주 벤토나이트 블록시료로 수행되었다. 샘플의 직경은 27.5 mm, 높이는 34 mm 이며, 수화 실험 중 0.207 MPa의 일정한 압력으로 물을 주입하였으며, 7일 동안 수화실험을 지속하였다. 하루 동안 수화 과정을 거치면서 벤토나이트가 팽창하여 셀 내부의 공간을 채우는 것을 확인하였다. 또한, 샘플의 X선 CT값의 히스토그램 분석을 통해 수화 과정 초기의 샘플 밀도 증가와 이후 점진적인 밀도 감소가 발생함을 평가할 수 있었다. 평균 CT 값, CT값의 표준 편차, CT값 변화량에 대한 분석을 통해 샘플의 수화 과정에 대한 자세한 정보를 확인할 수 있었다. 즉, 수화 시작 후 2일 동안 시료 하부 및 상부 영역은 밀도가 감소하고 중간 영역은 밀도가 증가하였다. 그 후 수화가 진행되면서 샘플의 각 위치에서의 밀도 변화는 초기 샘플의 밀도와 비교할 때 그 차이가 점차 감소함을 확인하였다. 샘플 내 균열의 형성과정과 이후 감소되는 현상도 X선 단층촬영에 의해 확인되었다.