• 대한토목학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.1227-1240
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• 2014

휴 폐광산지역은 복합지질재해지역으로 집중호우에 의해 토사재해와 산성광산배수를 발생시킨다. 본 연구는 폐석적치장 전반에 걸쳐 토사재해가 관측된 임기광산에 대해 지반공학적 유변학적 시험을 수행하고 얻어진 시험결과를 토대로 1-D 토석류 수치해석을 수행함으로써 토석류의 확산성을 조사하였다. 모래와 자갈로 구성된 광산폐석 시료의 유변학적 특성을 조사하기 위해 베인관입형 레오미터(Vane-penetrated rheometer)를 사용하였으며, 전단응력 제어를 통한 전단응력(${\tau}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$)와 점도(${\eta}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$) 간의 상관관계를 얻었다. 또한 광산폐석 시료에 대해 잘 알려진 유변학적 모델들(Bingham, Herschel-Bulkley, Power-law, bilinear 및 Papanastasiou 모델)을 적용함으로써 수치해석에 필요한 유변학적 매개변수(항복응력과 소성점도)를 결정하였다. 실험결과에 따르면, 체적농도에 무관하게 전형적인 전단담화(shear thinning) 거동이 관측되었으며, 함수비가 증가할수록 Bingham 유체처럼 거동하는 것으로 나타났다. 또한 사용된 모든 유변학적 모델들은 파괴 후 거동에 적합한 모델들로 밝혀졌다. 토석류 흐름특성을 조사하기 위해 실험결과를 토대로 토석류 크기(5 m, 10 m 및 15 m)와 항복응력(100 Pa, 200 Pa, 300 Pa 및 500 Pa)을 선정하여 1-D BING을 통해 수치해석을 수행하였다. 그 결과, 토석류 이동거리와 이동속도는 항복응력의 크기에 반비례한 것으로 나타났으며, 토석류 항복응력이 500 Pa 이하인 경우 대부분의 토사는 계곡부까지 흘러갈 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 집중호우 기간에 산악지역에 방치된 광산폐석은 토사재해에 취약하고 2차적으로 인근 수계로 유입되어 환경적 문제를 야기시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.643-653
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• 2013

기존의 연약지반 개량공법의 대체공법으로 유럽과 국내에서는 소정의 인장강도를 갖는 토목섬유로 골재말뚝의 외벽을 감싸는 공법에 대한 연구가 많이 증가하였다. 이 연구에서는 이와 같은 공법에서 골재말뚝의 외벽을 감싸는 원주형 섬유의 인장강도에 따른 지반보강 효과 및 보강 메커니즘 등을 파악하기 위하여 모래-팩, 점토-팩 복합토에 대한 삼축압축시험을 실시하였다. 또한 모래다짐말뚝공법을 모사하는 모래-점토 복합토와 모래다짐말뚝을 원주형 섬유로 보강한 모래-점토-팩 복합토에 대한 삼축압축시험을 실시하여 치환율(${\alpha}_s$)과 인장강도($T_{\alpha}$)에 따른 보강효과와 거동의 차이를 비교하였다. 시험결과 섬유의 보강효과로 인한 강도증가는 섬유의 수평방향 인장강도와 밀접한 관계가 있고, 섬유에 의한 구속응력 증가효과(${\Delta}{\sigma}_3$)에 의해서 점착절편(c, c')의 증가효과가 매우 크게 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 모래다짐말뚝이 토목섬유로 보강된 경우(모래-팩-점토)와 그렇지 않은 경우(모래-점토)를 비교해 볼 때 삼축압축시 전단거동(전단강도, 파괴시 간극수압계수, 응력비 등)에 있어서 큰 차이를 보이는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.5-13
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• 2013

사질토 지반에 근입된 말뚝의 주변부에서는 말뚝의 수직하중에 의한 전단변형 시, 반경방향으로의 변위가 구속된다. 이러한 연직변위 구속상태에서의 전단강도는 기존의 직접전단실험으로는 모사하는데 어려움이 있다. 본 연구의 목적은 직접전단동안 연직변위를 허용하는 연직변위 허용조건(Free Normal Displacement: FND)의 직접전단실험과 연직변위를 허용하지 않는 연직변위 구속조건(Constrained Normal Displacement: CND)의 직접전단실험을 통하여 연직변위 구속여부가 전단강도에 미치는 영향을 평가 하는 것이다. 직접전단실험은 균등한 입도분포를 갖는 주문진 표준사를 사용하여, 연직변위의 구속여부에 따라 다양한 상대밀도와 초기응력조건 상태에서 수행되었다. 실험결과, CND 직접전단실험에서 얻은 전단강도는 FND 직접전단실험에서 얻은 전단강도보다 크게 나타났다. 또한, 상대밀도가 클수록 연직변위의 구속효과로 인한 전단강도의 증분이 더욱 늘어남을 보여주었다. 반면, 초기 연직응력의 증가는 구속효과로 인한 전단강도 증분의 감소로 나타나는 것을 관찰하였다. 본 연구에서는 경계부가 구속된 사질토지반의 안정성 평가 시, 전단강도에 대한 연직변위의 구속효과를 고려해야 함을 보여준다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제10권3호
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• pp.55-78
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• 1994

풍화화강토는 화강암이나 화강편마암이 풍화된 흙으로 건설현장에서 빈번하게 접하고 있는 우리나라의 대표적인 토질이며, 공기에 노출되거나 물과 접촉하면 강도특성이 쉽게 변화하는 문제성이 많은 토질로 알려져 있다. 이 연구에서는 이러한 풍화화 강토의 역학적 특성을 파악하기 위하여 기원과 구성성분이 다른 안동과 김천에서 풍화화 강토를 채취하여 실내다짐에 의하여 공시체를 제작한 후에 등방압밀배수 및 비배수시험을 실시하였으며, 시험결과를 분석하여 여러가지의 강도특성을 분석하고 Cam-Clay모델에의 적용성을 검토하였다. 안동과 김천시료의 기원은 상이하지만 전단저 항각과 압축특성은 실용적으로 동일하였다. 비체적대 평균유효응력공간에서 정규압축곡선과 한계상태선이 유일한 것으로 나타났으며 응력-변형률 거동특성은 점성토나 모래의 특성과는 다르게 나타났다. 과압밀비가 2이상일 경우에 유효 응력비가 한계상태에 수렴하였지만 응력-변형률 관계에서 최대음력이 나타나지 않았다. 응력경로는 이론적인 Roscoe면 아래로 이동하면서 한계상태에 접근하였다. 정규압밀비배수시험에서 간극수압계수(A,)는 1.3정도이었는데 이것은 전단중에 발생하는 입자파쇄현상에 의한 것으로 판단되었다. 과압밀비가 7정도에서 부(-)의 간극수압과 체적팽창현상이 발생하였다. 구성식에 의하여 실측치와 이론치를 비교한 결과, 배수거동에서는 만족할만한 결과를 구할 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권12호
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• pp.57-62
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• 2010

본연구에서는 실트함유량에 따른 다양한 실트질모래의 전단특성에 관한 효과를 평가했다. 두 종류의 삼축 압축시험은 다져진 낙동강 모래속에 실트 함유율 10%와 30%를 혼합한 조건에서 원형공시체를 성형하고 비압밀 비배수 상태로 실험을 수행하였다. 모든 동일한 공시체는 같은 초기함수비로 5층으로 나누어 준비하여 포화시킨 다음 초기 유효 구속압을 100~400kPa까지 증가시킨 후 전단한다. 모든 공시체는 파괴 후 변형이 감소하는 경향을 보이며 응력변형률 곡선과 축차응력은 실트함유율이 10%일때가 30%일 때 보다 크게 나타났다. 간극수압은 실트함유율 10%인 공시체가 파괴 후의 간극비 증가로 인해 부의 영향이 나타났지만 반면에 실트함유율 30%인 공시체는 양의 경향을 나타났다. 실트함유량이 낮은 다져진 공시체의 거동은 실트함유량이 높은 경우 보다 더 심한 다이러턴시 경향을 나타났고 최대축차응력은 실트함유량이 증가함에 따라 감소하였고 최대간극수압은 증가하였다.

• 자원환경지질
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• 제54권2호
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• pp.233-245
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• 2021

암석의 미세구조에 대한 많은 연구는 실제 암석 관찰 뿐만 아니라 다양한 실험 장비를 이용하여 미구조의 발달 과정과 그 메커니즘을 이해하기 위해 수행되어 왔다. 변성이나 변형 작용 중에 입자 성장이나 입도의 변화를 일으킬 수 있는 광물 군집 내 입자 경계 이동 작용은 주요한 재결정작용 메커니즘 중 하나이다. 특히, 변형 과정 중 나타날 수 있는 입자 경계 이동의 연속적 관찰은 암석 유사 실험을 이용하여 수행될 수 있었다. 이번 연구에서는 다양한 실험 방법 중 유사 물질을 이용한 입자 성장 및 변형 실험 방법에 대해 기존 방법을 개량할 수 있는 실험 장비의 개발과 이를 통한 효과적인 미구조 분석 방법을 제시하였다. 개발된 실험 장비는 유사 물질 실험이 가능한 변형 장치와 실체 현미경에 회전 조작이 가능한 편광판들을 장착하여 광학적 조작이 가능하도록 구성되었다. 이들 장치들은 마이크로 컨트롤러를 통해 온도 및 변형 속도 제어 및 실험 동안 관찰되는 미구조 변화를 연속적으로 촬영할 수 있도록 자동화하여 구성되었다. 또한 편광판 회전 조작을 통해 취득되고 합성된 디지털 이미지들은 보다 정확한 입자 경계를 구분하고 분석할 수 있게 해주었다. 실험 결과의 입도 및 형태와 같은 미구조 분석을 위해 선분 교점 측정 방법과 입자 경계 트레이싱 방식을 비교하여 적용하였다. 유사물질로써는 석영과 유사한 광학적 성질을 가지는 노캠퍼(Norcamphor, C7H10O)라는 물질을 사용하였다. 개발된 장비의 실효성을 검증하고자 노캠퍼를 이용한 정적 입자 성장 실험과 단순 전단 변형 실험 및 이에 대한 미구조 분석을 수행하였다. 정적 입자 성장 실험은 시간이 지남에 따라 입자 수의 감소와 입도가 증가하는 전형적인 입자 성장 작용의 특징과 온도에 따른 성장 곡선들의 명확한 차이를 보여주었다. 중온-저변형율 조건의 단순 전단 변형 실험 결과는 평균 입도의 큰 변화는 없었으나, 입자 형태에 대해 전단 변형이 증가함에 따라 전단력 방향에 수직한 방향에 대해 약 53°의 방향으로 신장률이 증가하는 변화를 보여주었다. 이러한 미구조의 발달과정은 주어진 실험 조건에서 변형에 의해 입자 내부의 소성 변형과 내부 회복 작용이 균형을 이루면서 진행된 것으로 해석된다. 개량화 및 자동화된 실험장치를 이용한 이들 입자 성장 작용 실험 및 변형 실험의 예는 유사물질 실험에서 목적하는 바와 같이 실험 과정 동안의 입자의 미구조 변화과정을 순차적으로 관찰할 수 있고, 전체 수행 과정동안 수동적 조작없이 효율적으로 실험을 진행할 수 있다는 장점을 보여주었다.