• 지질공학
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• 제26권3호
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• pp.383-392
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• 2016

본 연구는 무등산국립공원 주상절리대 중 입석대 주상절리대를 대상으로 물리역학적 특성을 살펴보았다. 이를 위하여 무등산응회암에 대한 물리적 및 역학적 성질과 불연속면 특성, 주상절리대 주변의 진동 및 국지 기상 측정, 그리고 주상절리대 자체하중에 의한 지반변형을 살펴보았다. 물리적 성질의 경우 평균 공극률은 0.65%, 평균 비중은 2.69, 평균 밀도는 2.68 g/cm³, 평균 종파속도는 2411 m/s로 나타났다. 역학적 성질의 경우 평균 일축압축강도는 323MPa, 평균 탄성계수는 81 GPa, 그리고 평균 포아송비는 0.25로 나타났다. 절리면 전단시험의 경우 평균 수직강성은 3.15 GPa/m, 평균 전단강성은 0.38 GPa/m, 평균 점착력은 0.50 MPa, 그리고 평균 내부마찰각은 35°로 나타났다. 절리면 거칠기를 측정한 결과 거칠기 상수(JRC) 표준도에 따르면 4~6 범위, JRC 차트에 따르면 1~1.5 범위가 우세하게 나타나 약간 거침 상태를 보였다. 또한 주상절리 표면에 대한 실버슈미트해머 반발경도 Q값을 측정한 결과 평균 57(약 90MPa)로 나타났으며, 이는 원래 일축압축강도의 약 28% 수준이다. 입석대 주상절리대 주변의 진동을 측정한 결과 최대 진동값은 0.57 PPV (mm/s)~2.35 PPV (mm/s) 범위를 보여 주상절리대 주변의 탐방객들에 의해 발생되는 진동은 미약한 것으로 나타났다. 주상절리의 표면 및 부근에서 온도, 습도, 풍속 등 국지기상을 측정한 결과 측정 당일의 날씨 영향을 크게 받은 것으로 나타났다. 입석대 주상절리대 자체하중에 의한 지반변형 상태를 수치해석한 결과, 오른쪽 지반에서 최대 변위는 지반거리가 약 2.5m일 때 최대값을 보이며, 6m까지 급격하게 감소하다가 그 이후부터는 미미하게 증가했다. 중간 지반에서 최대 변위는 지반거리가 0~2 m에서 최대값을 보이며, 3 m에서 급격하게 감소하다가 12m에서 미미하게 증가하는 경향을 나타냈다. 그리고 왼쪽 지반에서 최대 변위는 지반거리가 5~6 m일 때 최대값을 보이며, 6~10 m까지 급격하게 감소하다가 그 이후부터는 미미하게 증가하는 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제1권1호
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• pp.54-67
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• 1991

일반적으로 모든 암석은 외경상의 특징과 무관하게 어느 정도의 구조적 및 역학적 이방성을 갖고 있다. 점재하강도지수(point-load strength index : I$_s$)를 이용한 일축압축강도(uniaxial compressive strength, UCS : ${\sigma}_c$)의 추정시, 이들 두 값은 암석이 갖는 취약면구조의 방향에 따라서 그 변화 양상에 차이가 있다. 일반적으로 재하의 방향과 취약면이 이루는 각이 직교 및 평행일 때 ${\sigma}_c$는 최대치를 나타내며, 약 30$^{\circ}$~60$^{\circ}$ 범위에서 값의 변화가 심하다. 이에 대하여, I$_s$의 경우 취약면이 방향에 따라 강도이방성 현상은 ${\sigma}_c$의 경우와 구별된다. 수직 방향으로 채취한 시추 코아에서 수평 방향으로 측정한 직경점재하강도지수(diametral point-load strength index : I$_{sd}$)는 코아의 축방향과 취약면에대한 법선과이루는 각($\beta$)이 0$^{\circ}$에서 90$^{\circ}$로 증가함에 따라 비례하여 증가하는데 반해서, 축점재하강도지수(axial point-load strength index : I$_{sa}$)는 감소하는 경향을 보인다. 청양군 운곡면 일원에 분포하는 호상편마암에서 ${\sigma}_c$와 I$_s$의 관계는 $\beta$가 0$^{\circ}$~40$^{\circ}$ 구간에서는 ${\sigma}_c$와 I$_{sa}$, 40$^{\circ}$~90$^{\circ}$ 구간에서는 ${\sigma}_c$와 I$_{sd}$가 각각 양호한 상관관계를 보여준다. 또한 상관비(K=${\sigma}_c$/I$_s$)는 약 13정도로서 일반적으로 적용되는 비, 24와 상당한 차이가 있다. 이러한 현상은 호상편마암의 구조적 및 역학적 이방성 특성으로 인한 결과라고 판단된다. 한편 맥암류에서 K가 약 23정도로서 일반적인 비 24에 상당히 접근한다. 따라서, 이방성 구조가 뚜렷한 암석에서 상관비 24는 항상 적용할 수는 없으며 일축압축강도시험과 병행 실시하여 적용하는 것이 바람직하다.

• 터널과지하공간
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• 제20권3호
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• pp.153-168
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• 2010

단일시험편의 일축압축시험에서 평면이방성 암석의 5개의 독립적 탄성상수를 얻기 위하여 제 5의 수식이 반드시 필요하다. Saint-Venant에 의하여 제안된 근사식은 오랫동안 전통적으로 사용되어 왔지만 시험편의 특성에 따라 문제를 해결하지 못하는 경우가 있다. 지난 일련의 연구에서 이 식을 대체할 수 있는 3개의 수식이 제안되었으며, 모델연구를 통하여 이들은 적용가능한 수식으로 밝혀졌다. Saint-Venant 근사식은 제안된 식들 가운데 첫째식과 같은 것으로 밝혀졌는데, 이로서 겉보기 탄성계수는 이방성각도에 따른 단조증가함수라는 특성이 있다. 본 연구에서는 단일시험편에 대한 일축압축시험을 수행하여 얻어진 4개의 독립적 변형률로부터 탄성상수를 구하는 자세한 방법이 언급되었으며, 제안된 수식의 필요성과 적합성이 검토되었다. 이방성각도가 중간 또는 큰 크기일 때에는 Saint-Venant 근사식의 적용으로 참값에 가까운 탄성상수를 결정할 수 있기 때문에 다른 수식의 제안은 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고 제안된 식들은 이와 비슷한 결과를 유도하므로 적용가능하다고 판단된다. 이방성각도가 작은 경우에는 Saint-Venant 근사식으로 일반적인 여러 구속조건을 만족시키는 값을 얻지 못하는 반면에, 제안된 식들은 참값에 가까운 결과를 유도할 수 있었다. 따라서 보다 더 적합한 수식이 알려지기 전에는 이들 식을 적용하는 것을 제안한다. 모델연구에서 얻어진 지침도를 활용하면, 3개의 수식 가운데 가장 적합한 수식을 결정할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제28권3호
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• pp.232-246
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• 2018

이 연구에서는 탄성파 속도를 이용한 암반분류(RMR)의 근거를 정량적으로 확인하기 위해 3공의 시추공 시추자료(지층 경계, RMR 등)와 현장 탄성파 측정 자료들과의 관계를 살펴보았다. 현장에서 획득된 탄성파 속도는 심도가 증가함에 따라 단조증가의 경향을 보인다. 각 시추공의 동일 심도에서 RMR, RQD, 절리간격 등의 상호상관성이 관찰되었으나, 탄성파 속도(Vp)는 RQD, 절리간격, UCS, 암편 Vp, RMR 등과 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 반면, 시추공(3공)에서 모든 자료에 대하여 심도를 고려하지 않고 분석하였을 경우 현장 탄성파 속도와 대부분의 RMR 인자들은 상관성이 낮지만(예: 일축압축강도와 절리간격의 결정계수: 각각 0.039와 0.091), RMR과 RQD는 상대적으로 높은 상관관계가 있는 것으로 나타났다(RQD와 RMR의 결정계수: 각각 0.193과 0.211). 이러한 결과는 현장 탄성파 속도로부터 각 심도 지점에서의 개별 인자 값의 유추는 불가능하지만, 암반의 전반적인 물성을 포함하고 있는 RMR의 상관관계를 이용하여 개략적인 지반특성의 파악은 가능하다는 점을 시사한다. 아울러, 널리 이용되는 품셈의 연암-보통암의 경계값이 시추조사를 통해 실제 지반의 연암-보통암 경계값에 비해 속도가 느림이 관찰되는데, 이는 품셈의 기준을 재정립할 필요가 있음을 지시한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.1499-1508
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• 2013

남극 암석의 동결-융해 풍화현상에 관한 연구를 위하여 테라노바 만 지역의 편마암을 대상으로 풍화등급에 따라 약한풍화(SW) 및 보통풍화(MW)로 분류하여 암석의 공학적인 특성 변화를 실험하였다. 동결-융해시험은 $-20{\pm}2^{\circ}C{\sim}20{\pm}2^{\circ}C$의 온도 조건에서 수행되었으며, 암석 시험편은 진공챔버에서 포화된 상태에서 5시간 동결과 5시간 융해 과정을 1 cycle의 동결-융해로 설정하였다. 본 논문에서는 전체 200 cycle의 동결-융해 과정을 진행하면서 20 cycle 마다 공극률, 흡수율, 초음파 속도 및 쇼어경도를 측정하였으며, 50 cycle 마다 일축압축시험을 수행하였다. SW 등급의 편마암은 동결-융해 1 cycle 마다 0.07 MPa 정도 일축압축강도가 감소하였으며, MW 등급의 암석은 0.2 MPa 정도 일축압축 강도가 감소하였다. 동결-융해가 200 cycle 진행되는 동안 SW 등급 암석의 흡수율은 0.23%에서 0.39%로 증가하였으며, P파 속도는 4,054 m/s에서 3,227 m/s로, S파 속도는 2,519 m/s에서 2,079 m/s로 감소하였다. 이와 유사하게 MW 등급 암석의 흡수율은 0.65%에서 1.6%로 증가하였으며, P파 속도는 3,207 m/s에서 2,133 m/s로, S파 속도는 2,028 m/s에서 1,357 m/s로 감소하였다. 동결-융해시험 결과, 남극 테라노바 만 지역의 SW 등급 편마암은 동결-융해가 200~300 cycle 반복될 경우 MW 등급 암석에 가깝게 풍화되는 것으로 밝혀졌다.

• 터널과지하공간
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• 제20권6호
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• pp.455-464
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• 2010

평면이방성 암석의 특성을 실험적으로 규명하기 위하여 이방성각도에 따른 일축압축강도 및 변형률, 탄성상수의 변화를 분석하였다. 실험에는 유상구조가 뚜렷한 유문암의 7개의 서로 다른 각도를 갖는 총 35개 시험편을 사용하였다. 본 연구의 제 1보에서는 시험자료의 각도에 따라 개별적인 분석을 주로 논의하였으며, 제 2보에서는 이들 자료를 종합적으로 검토할 것이다. 수평 및 수직시료에서는 가정식을 적용하지 않고 4개의 탄성상수를 얻을 수 있기 때문에 이들의 크기는 참값이라 결정할 수 있다. 변형률 측정에서 각도에 따라 자료의 분산 정도가 달라지는데, 작은 각도에서는 큰 각도보다 분산이 크게 나타났다. 겉보기 탄성계수의 변화는 각도에 따라 M자 또는 U자 형태로 측정되었다. 낮은 각도에서는 겉보기 탄성계수의 변화가 단조증가의 경향을 보이지 않으므로 Saint-Venant 식을 적용될 수 없으며, E1의 크기는 참값범위에 포함되는 값을 얻을 수 없다. 75도 각도의 시료는 변형률과 강도의 측정 편차가 가장 작게 나타났으며, 해석된 4개의 모든 탄성상수가 참값의 범위에 포함되었다. 따라서 만약 한 개의 시험편에서 평면이방성의 탄성상수를 얻고자하는 경우에, 이방성각도가 75도 근처의 시험편을 선정하는 것이 바람직하다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.1-10
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• 2018

쏘일네일링 공법은 일반적으로 중력식 그라우팅 방법으로 사용되고 있으나, 그라우팅으로 인한 공동발생 및 충진 불량 문제를 해결하고자 최근에는 가압식 쏘일네일링 공법의 개발과 적용사례가 증가하고 있다. 가압식 그라우팅은 일반적으로 포틀랜트 시멘트와 물을 혼합하여 사용하나 소요강도 발현까지 10일 이상 걸리기 때문에 초속경 시멘트를 혼합하여 사용하고 있다. 이에 이 논문에서는 가압식 그라우팅 주입시간을 고려하여 적정 겔타임이 확보되는 초속경 시멘트 혼합비 30%가 가압식 쏘일네일링을 하기에 적합하다고 판단하였다. 화강풍화토 지반을 대상으로 모형토조를 제작하여 네일체의 인발실험을 한 결과, 주입시간 10초에서는 변형률 15% 일 때의 인발력이 5.7kN으로 중력식과 비교하였을 때 약 1.5배의 보강효과가 나타났다. 압력시간을 10초, 20초, 30초, 40초의 조건으로 달리할 경우에는 주입시간 증가에 따른 마찰저항력이 선형적으로 증가하나, 한계주입압력을 넘는 수준의 주입시간에서는 수압파쇄 효과로 인해 마찰저항력이 감소하는 것을 확인하였다. 또한, 수치해석을 통하여 무보강 사면과 중력식, 가압식 쏘일네일링으로 보강된 사면의 안정을 비교분석 하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권9호
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• pp.5-16
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• 2022

최근 도시 및 지하공간 개발에 따라 지반재해가 증가하고, 사회문제로도 이어지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일반적으로 그라우팅 공법이 사용되나, 낮은 침투성, 겔화특성 등의 재료적 한계와 인장저항력 부족 문제를 가지고 있어 지반의 역학적 성능을 개선하지 못하고 있다. 따라서 최근에는 섬유를 혼합한 그라우트재 연구 등 역학적 성능 개선을 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나 일반적인 섬유는 교반 및 주입 시 주입구 막힘, 주입관 폐색 등의 문제를 유발해 실제 지반 주입에 많은 어려움을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 그라우트 인장보강재로 실제 주입이 가능한 CNT Powder를 사용해 'CNT-mixed grout재'를 고안하고, 역학적 거동 분석과 주입 가능성, 구근 특성, 적용성 분석을 수행하였다. 역학적 성능 시험결과 CNT Powder의 최적 함유량은 0.5 %로 확인되었고, 1차원 주입시험과 모형 구근 형성시험을 통해 적정 주입인자와 구근의 특성을 파악하였다. 수치해석을 통한 적용성 분석을 수행하여 CNT-Mixed grout재가 침하량과 소성영역 감소 등의 효과를 나타내어 지반에 주입 가능한 인장보강재로서 활용이 가능함을 확인하였다.

• 한국분말재료학회지
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• 제9권6호
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• pp.394-408
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• 2002

Nanostructured high strength metastable Al-, Mg- and Ti-based alloys containing different amorphous, quasicrystalline and nanocrystalline phases are synthesized by non-equilibrium processing techniques. Such alloys can be prepared by quenching from the melt or by powder metallurgy techniques. This paper focuses on one hand on mechanically alloyed and ball milled powders containing different volume fractions of amorphous or nano-(quasi)crystalline phases, consolidated bulk specimens and, on the other hand. on cast specimens containing different constituent phases with different length-scale. As one example. $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$- based metallic glass matrix composites are produced by mechanical alloying of elemental powder mixtures containing up to 30 vol.% $Y_2O_3$ particles. The comparison with the particle-free metallic glass reveals that the nanosized second phase oxide particles do not significantly affect the glass-forming ability upon mechanical alloying despite some limited particle dissolution. A supercooled liquid region with an extension of about 50 K can be maintained in the presence of the oxides. The distinct viscosity decrease in the supercooled liquid regime allows to consolidate the powders into bulk samples by uniaxial hot pressing. The $Y_2O_3$ additions increase the mechanical strength of the composites compared to the $Mg_{55}Y_{15}Cu_{30}$ metallic glass. The second example deals with Al-Mn-Ce and Al-Cu-Fe composites with quasicrystalline particles as reinforcements, which are prepared by quenching from the melt and by powder metallurgy. $Al_{98-x}Mn_xCe_2$ (x =5,6,7) melt-spun ribbons containing a major quasicrystalline phase coexisting with an Al-matrix on a nanometer scale are pulverized by ball milling. The powders are consolidated by hot extrusion. Grain growth during consolidation causes the formation of a micrometer-scale microstructure. Mechanical alloying of $Al_{63}Cu_{25}Fe_{12}$ leads to single-phase quasicrystalline powders. which are blended with different volume fractions of pure Al-powder and hot extruded forming $Al_{100-x}$$(Al_{0.63}Cu_{0.25}Fe_{0.12})_x$ (x = 40,50,60,80) micrometer-scale composites. Compression test data reveal a high yield strength of ${\sigma}_y{\geq}$700 MPa and a ductility of ${\varepsilon}_{pl}{\geq}$5% for than the Al-Mn-Ce bulk samples. The strength level of the Al-Cu-Fe alloys is ${\sigma}_y{\leq}$550 MPa significantly lower. By the addition of different amounts of aluminum, the mechanical properties can be tuned to a wide range. Finally, a bulk metallic glass-forming Ti-Cu-Ni-Sn alloy with in situ formed composite microstructure prepared by both centrifugal and injection casting presents more than 6% plastic strain under compressive stress at room temperature. The in situ formed composite contains dendritic hcp Ti solid solution precipitates and a few $Ti_3Sn,\;{\beta}$-(Cu, Sn) grains dispersed in a glassy matrix. The composite micro- structure can avoid the development of the highly localized shear bands typical for the room temperature defor-mation of monolithic glasses. Instead, widely developed shear bands with evident protuberance are observed. resulting in significant yielding and homogeneous plastic deformation over the entire sample.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제21권10호
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• pp.5-10
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• 2020

해양투기 금지와 같은 여러 환경적 제약으로 인해 산업부산물의 재활용에 대한 요구가 증가함에 따라 이들의 재활용에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 이 중 석탄회는 화력발전에 따른 산업부산물로 석탄회중 비회의 재활용을 위한 연구는 활발히 진행되어 다방면에서 재활용되는 반면 저회의 경우에는 발생량의 일부분만 2~4mm 또는 2mm 이하의 입도로 1차 가공하여 주로 원예용 및 경량골재 등에 사용되고 대부분은 회처리장에 매립됨에 따라 저회의 활용방안을 모색하기 위한 다양한 연구가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 CLSM의 골재로 활용하기 위한 저회의 최적입도와 혼합비를 도출하기 위하여 화강풍화토와 저회의 혼합비, 혼합되는 저회의 입도 및 고결제 첨가율에 따라 제작된 CLSM을 대상으로 유동특성, 강도변화 특성 등을 구명하고, 중금속 검출시험을 수행하여 CLSM 골재로 저회의 활용성을 평가하였다.