• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.133-141
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• 2007

굴착손상영역(EDZ)은 굴착으로 인해 현지 암반이 역학적으로 손상을 입게 되어 응력상태, 변위상태, 암반의 안정성, 지하수의 흐름상태 등에 변화가 일어나는 영역을 의미한다. EDZ의 역학적 특성과 관련한 많은 연구들이 수행되었지만, EDZ에서의 지하수 유동 특성에 관한 연구는 아직 부족한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 굴착으로 인해 굴착면 주변의 수리적 간극이 늘어나는 영역을 산정하여 '수리적 굴착손상영역'이라 정의하고 이를 위해 수리-역학적 상호작용(coupling)해석을 수행하였다. 이는 개별 불연속면 망의 생성을 통한 역학적, 수리적 변화의 모사가 가능한 개별요소법(discrete element method; DEM)을 이용하여 수행하였다. 이를 통해 EDZ에서 지하수의 흐름에 영향을 미치는 각종 조건들(불연속면의 간극, 불연속면 군의 방향, 불연속면 군의 길이, 불연속면의 각도 등)의 변화와, 응력분포, 지하수의 유동 등으로 인해 수리적 간극 값이 어떻게 변화하는지를 파악하였다. 이 결과를 토대로 수리적 간극이 커지는 영역, 수리적 EDZ를 공동 주변의 불연속면 방향에 수직 방향으로 존재하는 타원형의 형태로 모델링 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.171-182
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• 2007

도심지 개착구간의 교통 및 환경적인 영향을 최소화하기 위하여 단면적 $200\;m^2$ 이상의 정거장터널이 퇴적암반 중에 계획되었으나 토피고가 13 m 이하인 설계조건에 직면하게 되었다. 본 연구에서는 패턴설계가 아닌 시공사례와 아칭효과 발현을 기초로 세 가지 요소 - 단면형상의 영향, 작용하중의 적용방법, 지보방안과 터널안정성분석 - 를 중심으로 설계방향이 논의되었다. 단면형상의 역학적인 영향에 기초하여 기본설계안과 연구단면안이 유도되었고, 지보방안은 터널천반부의 침하방지 및 역학적인 평형상태를 유지하기위한 파이프루프 보조공법과 NATM의 지보원리를 활용하였다. 두 설계안의 비교분석으로부터, 터널라이닝을 개착구조물의 연장선상에서 제약한 설계조건과 터널안정성 및 철근배근의 시공성에 대해 기본설계안이 적합한 방안임을 확인할 수 있었다. 그리고 동일한 건축한계로 아치부의 응력집중이 발생되지 않는 안정적인 응력분포를 나타내는 연구단면안의 분석결과에서 보듯이 향후 대단면터널 설계기술의 향상을 위해 단면형상의 영향과 이완하중의 적용방안이 심도 있게 검토되어야 함을 알 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.456-467
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• 2019

본 연구에서는 개별요소법을 사용하여 스포크형 쉴드TBM의 굴진을 모사하였다. 지반에 대해 수평응력계수를 사용하여 깊이에 따른 수평응력 증가를 모사하였고 TBM의 커터헤드에서 발생하는 토크를 기준으로 운전 조건을 부여하여 운전 범위 내에서 굴진을 하도록 설정하였다. 즉, 커터헤드에서 발생하는 토크의 값이 주어진 운전 조건을 넘어서는 경우 굴진속도를 일정하게 줄이고 반대로 운전 조건보다 낮은 경우에는 굴진 속도를 높이는 방안을 고려하였다. 이때 굴진속도 변경에는 운전자의 검토 시간을 고려하여 최소 변경 가능 요건을 부여하고 굴진 조건에 따라 이를 변경 가능하도록 하였다. 이러한 조건을 사용하기 위하여 사용자 프로그램을 별도로 작성하였으며, 결과를 통해 사전에 입력한 운전 범위 내에서 굴진 해석이 가능하였다.

• 지질공학
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• 제25권3호
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• pp.357-368
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• 2015

대전지역 중생대 화강암 암반을 대상으로 경험적 해석과 수치해석 모델링을 사용하여 심도에 따른 취성파괴 예측 연구를 수행하였다. 먼저 손상제어시험 등의 실내시험으로 경험적 해석과 수치해석 모델링에 필요한 입력 변수를 측정하였고, 측정결과를 바탕으로 연구지역의 암반을 경암에 속하는 그룹 A와 극경암에 속하는 그룹 B로 구분하여 각 그룹별 대표 물성치를 사용하였다. 취성파괴의 해석에는 해석구간의 심도와 측압계수(k)로 결정되는 원위치응력 값이 필요하나 연구지역의 원위치응력 값은 측정되지 않았다. 그러므로 다양한 원위치응력 상태를 고려하기 위하여 3가지의 측압계수 (k=1,2,3)를 분석에 적용하였다. 경험적 해석과 수치해석 모델링에서 측압계수가 1일 경우, 연구지역의 암반에서는 1000 m의 심도까지도 취성파괴가 발생할 가능성이 매우 낮은 것으로 분석되었다. 그러나 측압계수가 2일 경우에는 심도 800 m 구간에서부터, 측압계수가 3일 경우에는 심도 600 m 구간에서부터 취성파괴가 발생될 가능성이 높을 것으로 판단된다. 이 연구에서는 점착력약화-마찰각강화(CWFS) 모델과 Mohr-Coulomb 모델이 사용되었으며, CWFS 모델은 암반의 취성 파괴영역의 범위와 깊이를 잘 모사하였으나 모아-쿨롱 모델은 이러한 변화를 구현하지 못하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.69-86
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• 2022

철도는 정시성과 수송능력을 갖춘 여객 및 물류 운송 수단으로서 널리 사용되고 있다. 근래의 급격한 건설기술의 발전으로 철도는 대륙과 대륙, 대륙과 섬을 잇는 다양한 해저철도의 건설이 계획되고 있으며 국내에는 보령 해저터널(2021), 가덕 해저터널(2010) 등 유사 설계 및 시공 경험이 축적되고 있다. 그러나 최근 국내외적으로 다양한 규모의 지진이 빈번하게 발생함에 따라 지진위험에 대한 인식이 증대되고 있으며, 국내 지진의 발생빈도 또한 증가하고 있다. 해저터널에 대한 지진의 영향은 매우 복잡하나 주로 지반조건, 지진하중 등에 의하여 큰 차이를 보일 수 있다. 본 연구에서는 외부수압이 작용하는 가상의 해저철도 쉴드터널에 대하여 지반구성과 지진파 의한 영향을 파악하기 위하여 토사, 암반, 복합지반 및 파쇄대로 구성된 4 가지 지반조건을 반영한 3차원 수치해석 모델을 구축하였다. 각 해석 모델에 대하여 장주기, 단주기, 그리고 장단주기 특성을 모두 가지는 인공지진파를 각각 적용하여 유한차분해석법에 의한 동적해석을 수행하여 변위 및 터널 부재력 응답을 검토하였다. 그 결과 터널 변위는 토사지반에서 터널 진행방향에 연직방향 지진하중이 작용 시 장주기파의 영향이 우세하고 암반지반에서는 단주기파의 영향이 우세한 결과를 얻었다. 또한 국부적 취약구간인 파쇄대에서는 인공지진파의 영향이 우세하였다. 터널 세그먼트의 부재력 검토 결과 지반 및 세그먼트의 구속효과로 인하여 지진하중이 변위보다 부재력에 미치는 영향이 크게 나타남을 확인하였다. 

• 터널과지하공간
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• 제33권2호
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• pp.95-107
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• 2023

본 연구에서는 휴·폐광산 채굴 공동을 다른 목적으로 사용코자 할 경우, 특히 갱도 내에서 발생하는 반복 교통 진동이 채굴 공동의 장기적인 안정성에 미치는 영향을 분석하였다. 연구 대상 광산은 주방식 채광법이 적용된 지하 석회석 광산이며, 해당 광산이 물류 창고로 활용되는 상황을 가정하여 동적 수치해석을 수행하였다. 특히 해당 광산에서 광산차량의 운행으로 실제 발생하는 교통진동을 직접 측정하여 이를 진동파형 형태로 동적수치해석용 입력자료로 반영하였다. 20,000회의 교통 진동이 반복된 상황을 고려한 동적수치해석 이후, 채굴 공동은 안정적인 것으로 분석되었지만, 해석 단면 전체에 걸쳐 최대주응력의 증가와 탄소성 거동 영역의 추가 발생이 확인되었다. 또한 채굴 공동 벽면의 변위와 체적 변형률, 최대주응력의 변화 양상에서 반복 교통 진동이 지속될 경우, 공동 주변의 응력 변화로 인해 공동의 불안정성이 증대될 수 있음을 확인하였다. 채굴 공동에 작용하는 교통 진동의 영향을 분석한 국내 연구 사례가 부족한 상황에서 본 연구는 국내 휴·폐광산 활용을 위한 기초연구자료로 활용될 것을 기대한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.1-17
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• 2024

터널 굴착으로 인한 지반의 거동 분석은 대변형 영역의 거동을 고려해야 한다. 따라서 본 논문에서는 TBM 터널 굴착으로 인한 주변 지반에 대한 영향을 실제 현장 조건과 동일 조건에서 분석하기 위하여 대변형 유한요소 해석을 수행하였다. 지반의 대변형 거동을 모사하고 예측함에 있어 가장 널리 활용되는 두 가지 해석 기법 - coupled Eulerian Lagrangian (CEL)과 auto-remeshing (AR) 기법 - 을 적용하여 TBM 굴착 과정을 모사하였고 그에 따른 주변 지반에 발생하는 손상영역의 범위를 예측하였다. 굴착손상영역의 범위는 두 기법을 통해 도출된 결과와 굴착손상영역을 정의하는 실험적인 기준을 종합하여 추정하였다. 해석 결과, 두 대변형 해석 기법을 이용하여 도출된 굴착손상영역은 서로 비슷한 크기로 수렴하였고, 기존 연구의 실험 및 계측을 통해 확인된 굴착손상영역 크기와 모양, 경향과도 일치하는 것으로 나타났다. 굴착 되는 지반의 RMR 등급이 좋을수록 굴착손상영역의 크기는 더 커지고, 터널의 직경과는 정비례하는 것으로 나타났다. 반면에, 터널의 심도가 깊을수록 지반의 구속압이 커져서 굴착손상영역은 상대적으로 작게 형성되는 것으로 확인되었다.

• 농업과학연구
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• 제19권1호
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• pp.79-90
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• 1992

화강토가 축조재료(築造材料)인 안동(安東)댐에 대하여 FEM에 의한 침하(沈下) 및 응력(應力)을 고찰(考察)해본 결과 다음과 같은 결론(結論)을 얻었다. 1. 안동다목적(安東多目的)댐의 층별(層別) 수직침하는 FEM에 의한 값과 실측치(實測値)가 잘 일치하며, 최대침하(最大沈下)는 중앙부분(中央部分)인 표고(標高) 130m 부근에서 40cm가 발생(發生)했으며 해석치(解析値)는 42cm를 나타냈다. 2. 중심(中心)부근에서의 침하(沈下)크기도 해석결과(解析結果)와 계측치(計測値)가 대체로 일치하며, 심벽부가 가장 크고 다음으로는 투과부(透過部), 안정부(安定部), 석괴부 순으로 나타났다. 3. 수평방향(水平方向)의 변위(變位)는 상류측(上流側)보다 하류측(下流側)에서 더 크게 나타났으며, 이는 상류(上流) 가물막이와 저수위(貯水位)의 영향(影響)으로 인한 결과(結果)로서 하류측(下流側)은 최대(最大) 21cm, 상류측은 17cm 정도가 일어났다. 4. 안동(安東)댐의 응력(應力)은 강성도(剛性度) 차이에 의해서 역(逆)아아칭작용이 발생했으며 이는 여과부(濾過部)의 강성(剛性)이 심벽부(心壁部)의 강성(剛性)보다 적기 때문이라고 판단된다. 5. Zone별(別) 주응력(主應力)값의 비(比)인 Load Transfer Ratio는 1.06 수준(水準)으로 역 아아칭작용이 발생하고 있음을 나타내고 있다.

• 터널과지하공간
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• 제22권2호
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• pp.120-129
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• 2012

최근 친환경적 광산 개발에 대한 사회적 요구에 따라 갱외 시설물도 갱내화하는 경향이 있다. 지하 광산 구조물은 보통 높이보다 폭이 큰 공간을 필요로 하기 때문에 안정성 평가가 중요하다. 본 연구에서는 강도감소법을 이용하여 안전율을 분석하고, 강도감소법과 다변량 회귀분석을 조합하여 지하 광산 구조물의 규모 결정을 위한 수치해석적 설계의 접근방법을 수행하였다. 설계 매개변수는 암반의 전단강도와 측압계수 그리고 지하 광산 구조물의 폭과 설치심도이다. 지하 광산 구조물의 안정성은 입력된 매개변수의 서로 다른 조건하에서 강도 감소법으로 계산된 안전율의 개념으로 평가되었으며, 다양한 다변량 회귀분석을 통해 안전율에 대한 적합한 함수를 얻었다. 최종적으로 최적의 회귀모델을 사용하여 지하 광산 구조물의 규모 결정에 있어서의 초기 설계 정보를 제공하는 도표를 제안했다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제4권4호
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• pp.277-286
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• 2002

터널을 설계함에 있어서 굴착방법이나 지보패턴을 결정할 때 어려움을 겪는 주된 요인은 현지 지반에 작용하는 응력조건 및 암반상태를 정확히 파악하는데 한계가 있기 때문이다. 현장 장비의 제약, 터널을 굴착 위치까지 접근성이 난이함 등의 기술적인 제약뿐만 아니라 최근에는 민원이나 각종 인허가 등으로 더욱 많은 제약요건이 존재한다. 그럼에도 불구하고 최근들어 대안설계나 턴키설계를 통하여 직접적인 시추에 의존하지 않더라도 미지의 산악터널구간에 대한 지반정보를 획득할 수 있는 고급화된 물리탐사기술이 눈부시게 발전하는 추세이며 이를 통하여 터널굴착구간의 암반에 대한 직 간접적인 지반정보를 입수할 수 있다. 인공신경망 (ANN)의 장점은 이러한 적은 양의 지반정보와 생물학적인 로직화 과정을 통하여 입력변수에 대한 보다 신뢰성있는 결과를 제공하여 준다는 것이다. 본 연구에서는 미지의 터널굴착구간에 대한 예비 지반정보를 입력항목으로 하여 인공신경망의 오류역전파 학습알고리즘기법에 의하여 학습된 패턴을 가지고 미지의 터널굴착구간에 대한 예비 암반분류 (RMR)를 수행하는데 그 목적을 두었다. 이를 위하여 연장 4km에 달하는 ${\triangle}{\triangle}$터널현장에 대한 인공신경망 모형적용시 입력자료에 대한 적정성을 사전 평가하였고, 그 이후에 물리탐사자료를 입력변수로 활용하여 미지의 터널구간에 대한 RMR을 예측하였다. 그 결과 자료의 일치성이나 예측 RMR에 대한 신뢰도가 높은 것으로 나타났으며, 향후에는 학습효과를 높이기 위한 입력변수의 민감도 분석 (sensitivity analysis)수행 및 모델과정에서 노출된 몇가지 문제점 보완등을 통하여 설계에 적극적으로 활용하고자 한다.