• Geomechanics and Engineering
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• 제30권6호
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• pp.503-515
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• 2022

The permeability coefficient is an essential parameter for the study of seepage flow in fractured rock mass. This paper discusses the feasibility and application value of using readily available RQD (rock quality index) data to estimate mine water inflow and grouting quantity. Firstly, the influence of different fracture frequencies on permeability in a unit area was explored by combining numerical simulation and experiment, and the relationship between fracture frequencies and pressure and flow velocity at the monitoring point in fractured rock mass was obtained. Then, the stochastic function generation program was used to establish the flow analysis model in fractured rock mass to explore the relationship between flow velocity, pressure and analyze the universal law between fracture frequency and permeability. The concepts of fracture width and connectivity are introduced to modify the permeability calculation formula and grouting formula. Finally, based on the on-site grouting water control example, the rock mass quality index is used to estimate the mine water inflow and the grouting quantity. The results show that it is feasible to estimate the fracture frequency and then calculate the permeability coefficient by RQD. The relationship between fracture frequency and RQD is in accordance with exponential function, and the relationship between structure surface frequency and permeability is also in accordance with exponential function. The calculation results are in good agreement with the field monitoring results, which verifies the rationality of the calculation method. The relationship between the rock mass RQD index and the rock mass permeability established in this paper can be used to invert the mechanical parameters of the rock mass or to judge the permeability and safety of the rock mass by using the mechanical parameters of the rock mass, which is of great significance to the prediction of mine water inflow and the safety evaluation of water inrush disaster management.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.101-113
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• 2012

터널 노후화로 인한 배수능력 저하는 터널 주변 간극수압의 상승을 유발하고 이로 인해 터널 배면 라이닝 응력이 증가하여 터널 안정성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 시공된 지 30여년이 지난 재래식 터널인 남산 3호 터널을 대상으로 수발공 폐색에 따른 배수조건 변화와 그에 따른 터널 주변 간극수압 및 라이닝 안정성의 관계를 수치해석을 통하여 분석하였다. 해석방법은 남산 지역에 대하여 지하수 유동 모델링을 수행하고 이로부터 설정된 수리경계조건을 적용하여 터널 침투류와 응력-간극수압 연계 3차원 유한요소해석을 수행하는 것으로 하였다. 이를 통하여 운영 중인 터널 현장에서 비교적 간단히 측정가능한 수발공 유출량 데이터를 이용하여 터널 주변 간극수압과 라이닝 응력을 산정할 수 있었으며, 본 연구에서 적용한 해석방법은 기존 자료가 부족하고 현장 조사에 제약이 많은 운영 중인 노후터널에 대하여 현재 터널의 배수상태를 고려하여 터널 안정성을 평가하는데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.1-8
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• 1985

수위변화(水位變化)에 따른 상이(相異)한 자유수면(自由水面)으로 인(因)하여 제체내부(堤體內部)에 응력상태(應力狀態)가 달라지므로 제체(堤體)의 안정해석(安定解析)이 필요(必要)하다. 수위(水位)가 급강하(急降下)할 경우 상류측(上流側) 사면(斜面)에서의 자유수면방향(自由水面方向)이 기초(基礎)쪽으로 바뀌어질 때, 상류측(上流側) Fill의 안전율(安全率)을 찾아 보았다. 여기서 하강(下降)하는 자유수면(自由水面)과 파괴형태(破壞形態)를 찾았으며, 또 안전율(安全率)을 구(求)하였고. 이로 강하속도(降下速度) 및 동수경사(動水傾斜)를 비교(比較)하였다. 실험(實驗)에 의한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 자유수면(自由水面)의 강하(降下)로 인(因)하여 상류측(上流側) Fill에 침투류(浸透流)에 의한 골동파괴(滑動破壞)가 일어나고, 파괴고(破壞高)는 각(各) 각(各)의 모형(模型)에 따라, 5~10, 9~15, 13~21(cm)이다. 2. 침투류(浸透流)에 의한 간극수압(間隙水壓)의 영향(影響)을 고려(考慮)하여 안전율(安全率)을 구하였으며, 이때 강하속도(降下速度)와 안전율(安全率)과의 관계(關係)에서 제체(堤體)의 안전상(安全上) 강하속도(降下速度)는 0.21~0.28(cm/sec)이어야 하고, 동수경사(動水傾斜)와 안전율(安全率)과의 비교(比較)에서 동수경사(動水傾斜)는 각(各) 모형(模型)에서 0.36~0.43 값보다 적어야 함을 실험상(實驗上) 알았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권10호
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• pp.33-44
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• 2014

본 연구에서는 국내 서남해 해상지역 시범사업의 부유식 콘크리트 해상구조물 계류를 위한 기초시스템으로서 석션파일을 적용하기 위한 예비설계를 수행하였다. 설계에 앞서 시범사업 대상지역인 서남해안에 대한 지반 및 수리 조건, 재현주기 100년의 환경외력 등 현장 조건을 면밀히 검토하였다. 석션파일은 설계하중에 대한 수평방향 지지력을 만족해야하고, 뿐만 아니라 지반종류 및 강도정수, 유효응력, 침투압 등의 조건에 따른 관입성 검토가 수행되어야 한다. 본 설계에서는 석션파일 직경에 따라 설계외력에 대해 수평방향 안정성을 확보할 수 있는 목표 침설깊이를 설정하고, 침설단계별로 상한석션압 이내에서 관입력과 관입저항력 비교를 통해 설계석션압을 산정하였다. 검토결과 직경 3.0~5.0m 석션파일의 경우 목표 깊이까지 침설이 불가능하였고, 직경 6.0m와 7.0m 석션파일은 각각 침설깊이 8.5m와 8.0m에서 수평방향 안정성 및 설계석션압에 의한 침설을 모두 만족함을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.143-154
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• 2016

최근 국내 빈번하게 발생되고 있는 지반함몰 현상의 원인, 현황, 대책에 대하여 지반공학적인 접근 방법으로 조사하였다. 국내 발생된 지반함몰은 대부분 터널 굴착 공사와 지중매설관의 손상에 의한 것으로 나타났다. 용산역과 석촌 지하차도 지반함몰 사례와 같이, 굴착 공사 중 지반함몰은 지하수와 토사의 과다 유출이 주된 원인으로 나타났다. 특히, 충적층과 같은 연약지반에서의 기계식 굴착 시, TBM 굴착이 멈춘 지점에서 지반함몰 위험이 큰 것으로 나타났다. 서울시에서 발생된 지중매설관 손상으로 인한 지반함몰 사고를 종합하였을 때, 시공 시의 부주의, 노후화, 연약지반에서의 관의 부등침하 등이 지반함몰의 원인으로 나타났다. 터널 굴착 공사에 의한 지반함몰은 공사 시 발생되는 지하수, 토사의 이동에 대한 모니터링을 통해 대비할 수 있다. 지중매설관 손상으로 인한 지반함몰은 지중매설관의 생애주기 분석 및 유지관리 혹은 관 상부의 토압 분산 및 토압 지지력 증대를 통하여 대비할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.600-608
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• 2017

제체 내 누수와 관련이 있는 파이핑(piping) 현상은 제방 내에 큰 공동이나 수로를 만들어 제체의 붕괴 및 부등 침하를 일으키고 최종적으로 하천제방의 붕괴를 초래한다. 따라서 파이핑 현상에 의한 제방 붕괴에 적절하게 대응하고, 이에 대한 적절한 대책공법을 마련하기 위해서는 파이핑 현상에 의한 제방 붕괴 메카니즘을 분석할 필요가 있다. 이 연구에서는 축소 모형시험과 대형 모형시험을 수행하여 파이핑에 의한 제방 붕괴 형상 및 메카니즘을 분석하였으며, 침투압 시험을 수행하여 파이핑 대책공법으로 제안된 Hydraulic well의 침투압 분포 특성을 평가하였다. 연구 결과, 축소 모형시험을 통해 파이핑 안전율이 낮을수록 제방 붕괴 형상이 뚜렷하게 나타났으며, 대형 모형시험에서는 파이핑으로 인한 제방의 국부적인 손상 유형을 파악할 수 있었다. 또한 Hydraulic well의 침투압 시험을 통해 well의 중심 아래에서 파이핑 억제 효과가 가장 큰 것으로 평가되었다. 연구 결과의 신뢰성을 향상시키기 위해서 다양하고 연계성이 있는 모형시험 조건을 적용한 추가연구가 필요하지만, 이 연구는 파이핑에 의한 제방 붕괴 메카니즘 분석 및 대책공법 마련에 대한 기초 연구자료로 활용이 가능하다고 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권5호
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• pp.27-39
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• 2012

본 논문에서는 보편적인 제방 보강공법 중 하나인 보축 공법이 적용된 실제 제방을 대상으로 하여, 원심모형시험을 수행하고 조건에 따른 제방의 침투 거동을 분석하였다. 동일한 단면 조건에서 투수성이 낮은 양질의 재료가 제내지를 보축한 경우와 제외지를 보축한 경우에 대한 원심모형시험을 수행하고 각 경우를 비교하여, 보축 방향에 따른 영향을 분석하였다. 또한, 대상 현장의 제방은 투수성이 낮은 세립토층에 축조되어 있었으며, 이에 대한 영향을 분석하였다. 제외지 보축의 경우, 시간이 흐름에 따라 제내지 보축의 경우에 비해 포화영역의 확산이 적고 느리게 나타났다. 제내지 보축된 경우, 상대적으로 빠르게 포화영역이 확대되었으나, 제내지 보축의 낮은 투수성으로 침투수가 많이 유출되지는 않았다. 낮은 투수성의 하부 기초지반은 포화영역이 확대되었으며, 또한 기초지반 아래에서 배수층에 작용하는 압력으로 인한 과잉간극수압에 의해 보다 빠르게 포화가 진행되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권6호
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• pp.5-16
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• 2002

사면 내의 지하수 유동과 사면의 안정성에 대한 강수의 영향을 평가하기 위하여 수리지질역학적 수치 모델이 제시되었다. 이 수치 모델은 변형성 지질매체 내에서의 포화-불포화 지하수 유동을 설명하는 완전 연동된 간극탄성론적 지배 방정식들과 Galerkin 유한요소법에 근거하여 개발되었다. 이렇게 개발된 완전 연동된 수리지질역학적 수치 모델은 다양한 강수량 조건 하에 있는 불포화 사면에 대한 일련의 수치모의실험에 적용되었다. 이러한 수치모의실험 결과들은 강수량이 증가할수록 사면의 전반적인 수리역학적 안정성이 저하되며 잠재적인 파괴가 사면 전단부에서부터 시작되어 사면 정상부 쪽으로 팽창됨을 보여주고 있다. 강수량이 증가함에 따라 수리지질학적으로는 압력수두와 전체 수리수두가 증가한다. 그 결과 지하수면이 상승하고 불포화대가 감소하며 삼출면이 사면 전단부로부터 사면 정상부쪽으로 팽창하고 이러한 삼출면에서의 지하수 유동 속도도 증가하게 된다. 한편 강수량이 증가함에 따라 지질역학적으로는 사면 전단부를 향해 수평 변위는 증가하지만 수직 변위는 감소하게 된다. 이는 강수량 증가에 따른 지하수면의 상승에 수반하는 부력에 기인하는 것으로 해석된다. 그 결과 사면의 전반적인 변형이 사면 전단부를 향해 심화되고 전단파괴 안전율이 1 이하인 불안전한 지역이 사면 전단부에서 두꺼워지면서 사면 전단부에서부터 사면 정상부 쪽으로 팽창하게 된다. 또한 수치모의실험 결과들은 이러한 잠재적인 전단파괴면과 지표면 사이의 지반에서는 잠재적인 인장파괴가 발생할 수 있음을 보여주고 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.135-143
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• 2005

본 논문에서는 시공 직후 집중호우 기간동안 발생한 보강토 옹벽의 붕괴사례를 다루었다. 붕괴 원인을 파악하기 위해 현장답사를 실시하여 옹벽의 제원 및 각종 시료를 채취하였으며 뒤채움흙에 대한 공학적 평가, 설계기준에 근거한 안정성 검토를 수행하였다. 또한, 지속적으로 내린 강우와 옹벽의 붕괴 연관성을 검토하기 위해 불포화토 개념의 침투해석을 수행하고 이를 토대로 사면안정해석을 수행하였다. 연구결과 옹벽의 붕괴는 부적절한 뒤채움흙 및 설계, 장기강우 등의 복합적인 원인에 기인하는 것으로 검토 되었다. 본 논문에서는 옹벽의 설계 및 시공, 각종 조사 결과를 제시하였으며 이들을 종합하여 실무적 측면에서의 중점 고려사항을 다루었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.49-57
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• 2008

라이닝 작용수압과 유입량은 지하수 수위 아래 혹은 하 해저터널 설계시 중요하게 고려되어야할 수리요소이다. 이 요소들은 수심, 심도, 수리경계조건의 영향을 받는다. 본 논문에서는 각 설계요소가 라이닝하중과 유입량에 미치는 영향을 수치해석적 도구를 이용하여 살펴보았다. 수심영향해석은 심도 30 m에 건설된 마제형 터널에 대하여 수심과 라이닝/지반 상대투수계수 비를 다양하게 변화시켜 조사하였고, 심도영향 해석은 수심 60 m의 터널에 대하여 심도 및 라이닝/지반 상대투수계수 비를 변화시켜 해석하였다. 해석결과 수리경계조건과 상관없이 수심 및 심도가 증가함에 따라 지반하중이 증가하였다. 이는 배수터널은 침투력의 영향으로, 비배수 터널은 정수압의 영향으로 수두가 증가함에 따라 지반하중이 증가함을 보여준 것이다. 수심, 심도의 증가에 따라 유입량은 선형적으로 증가하였으며, 라이닝/지반 상대투수계수비와 유입량관계는 펼쳐진 S자 곡선(stretched S-curve)형태로 나타남을 확인하였다.