• 터널과지하공간
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• 제28권6호
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• pp.596-608
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• 2018

도시 기반시설이 노후화됨에 따라 도시 재난 발생 가능성이 증가하고 있다. 특히, 하수관로, 상수도관망, 지하철 등 노후화된 지하 시설물은 도심지 지반함몰을 유발하는 잠재적 원인이 된다. 도심지 지반함몰은 토양 침식 혹은 유실로 인해 생성된 지하 공동이 확장하여 지역적이고 갑작스런 지반 붕괴까지 이르는 현상으로 정의할 수 있다. 이는 석회암과 같은 용해성 암반에서 발생하는 싱크홀과는 구분된다. 지반 거동과 관련된 전통적인 계측 방식은 좁은 측정 범위와 각 센싱 지점에서의 계측값을 제공하기 때문에 불특정 다수 지역에서 발생할 수 있는 지반함몰 감시체계로서 한계가 있다. 따라서, 도시에 발생하는 지하 공동에 의한 지반함몰을 예방하기 위한 감시체계로서는 적절하지 않으며 지반 내 물리적 환경변화를 감시할 수 있는 새로운 상시 영역 감시 기술이 필요하다. 본 연구에서는 비방사 유도 자기장(자기공명) 기반 감시 체계의 기술적 타당성을 실험적으로 검토하였다. 공기, 물, 흙 등 매질과 공진 주파수, 임피던스 그리고 송 수신기 거리 등과 같은 환경변수에 따른 경로 손실 변화를 측정하는 방식으로 이루어졌다. 이론적으로 자기장의 전달 특성은 매질의 밀도와 독립된 것으로 알려졌으나, 실험 결과 매질의 조건에 따라 경로 손실에 의미있는 차이를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 매질의 물리적 환경변화에 따라 경로손실보다는 반사계수가 명확한 차이를 보였으며, 입력 반사계수가 출력 반사계수에 비해 보다 판별이 용이한 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권3호
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• pp.269-275
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• 2019

경제 규모의 확장으로 국가 산업이 점차 발전해 나갈수록 사회 인프라를 구축하기 위한 대형 초고층 구조물의 건설이 증가함에 따라 상부의 큰하중을 하부의 암반지지층까지 안전하게 전달할 수 있는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 우리나라의 단단한 암반층을 활용하여 지지력을 극대화 할 수 있도록 PHC의 콘크리트 압축강도를 기존 80 MPa에서 110 MPa로 높인 초고강도PHC에, 말뚝의 선단을 확장시킨 선단확장PHC를 항타공법과 매입공법으로 시공한 후 재하시험을 통해 지지력의 경향성을 확인해 보았다. 항타공법을 사용하여 선단확장PHC의 지지력을 측정해 본 결과 주면마찰력이 일반 PHC에 비해 작게 나타났으며, Stet-up 효과도 미미하게 나타나 지지력 측면에서 우위를 가질 수 없었다. 그러나 매입공법 적용시 주면마찰력의 발휘 효과는 주면부와 지반의 간격이 넓어 시멘트페이스트가 밀실히 채워질 경우 지지력 증가효과가 기대된다. 또한 초고강도PHC가 일반PHC에 비해 높은 지지력이 나타났으며, 허용항타응력도 60% 이내로 나타나 좀 더 견고한 지반까지 안전한 시공이 가능하였다. 따라서 초고강도PHC의 높아진 강도를 활용하기 위해서는 말뚝의 선단부를 연암의 강도를 지닌 지반에 설계하는 것이 말뚝 본수를 크게 절감 할 수 있으며, 시공비 절감과 공기단축의 효과도 얻을 수 있을 것이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.15-22
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• 2022

본 연구는 국내 대표 암석의 팽윤성을 관찰하고 암석의 풍화와 관련하여 시험법의 활용과 선행 분석의 개선점을 제시하고자 한다. 국내 고속도로 시공현장에서 지반조사를 위해 획득한 시추코어를 대상으로 스웰링시험 및 분석하였다. 연구 시험용 암종의 선정은 암석의 분류기준과 분포면적을 고려하였으며, 화성암은 화강암을 선정하였고 퇴적암은 사암과 이암을 선정하였다. 변성암은 편암과 편마암을 선정하였다. 암석의 흡수팽창지수를 결정하는 방법은 ISRM과 한국암반공학회 표준암석시험법(2005) 중 "암석의 시료채취와 시험편 제작 표준법"에 제안된 방법을 이용하였다. 팽창변위의 측정을 위한 시편은 높이 10cm, 지름 5cm의 원주형 이었다. 이에 수직되는 단면에 대해 흡수팽창변형률을 측정하였으며 단면 방향의 변형률은 팽창 방향의 길이를 보정하였다. 본 연구의 스웰링에 의한 풍화민감도 분석 시험 결과, 최대팽창변위보다 변화율이 암석의 팽윤성 판단에 효과적임을 알 수 있었다. 기존 스웰링분석법은 팽창변위의 최고점(최대팽창변위)을 이용하여 풍화민감도를 평가하고 있으나 암반등급별 구분이 불명확하므로 침수시간에 따른 팽창변위의 변화율(기울기)을 이용하는 것이 타당하다. 암반등급외 암석의 등방성과 이방성의 구분, 암종별 장축과 단축의 팽창변위(차이)를 활용한 풍화 특성의 판별이 필요하다. 풍화변질과 단층변질을 구분한 실험이 필요하며 이를 위해 선행적으로 구성 광물의 정량 분석이 필요하다. 또한, 화학적 풍화 단계의 팽창변위 분석을 통한 암종별 장기풍화 예측기술이 필요하다.

• 대한토목학회논문집
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• 제42권2호
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• pp.197-208
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• 2022

암반층이 얕은 깊이에서 출현하는 국내 지층 조건과 지하 공간의 활용도 증가로 인해서, 발파에 의한 굴착은 여전히 이용되고 있다. 발파 천공 이후에 존재하는 물이 있는 조건에서 실시되는 표준 발파는 폭굉압력 감소, 일정 장약량 사용, 디커플링과 같은 기술적인 어려움이 있다. 하지만, 기존의 표준 발파 공법을 대체할 만한 공법이 없는 실정이다. 본 논문에서는 건공화 펌프 시스템을 이용하여, 천공 내부에 존재하는 물을 제거하는 건공화 ANFO (Ammonium Nitrate Fuel Oil) 발파와 발파 성능의 비교를 위해서 추가적으로 표준 발파를 수행하였다. 각각의 발파 공법에서 계측된 진동 속도 데이터들과 환산거리의 함수로 이루어진 경험적인 발파진동 추정식을 이용하여, 최소제곱법에 의한 선형회귀분석을 실시하고, 궁극적으로 발파 성능을 정량적으로 분석하였다. 그 결과, 건공화 ANFO 발파에서 진동 감쇠가 더 크게 발생하고, 암반 파쇄에 더 많은 에너지를 소비하여, 더 가까운 거리에서 진동 허용 기준을 만족하는 진동 속도를 보였다. 또한, 표준 발파의 발파 진동 영향권이 건공화 ANFO 발파보다 더 멀리 있고, 발파 패턴의 범위가 더 넓은 것으로 나타났다. 본 연구에서 수행된 현장 발파 실험 결과로부터, 건공화 ANFO 발파 공법의 발파 성능이 효율적임을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권5D호
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• pp.797-804
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• 2006

본 연구에서는 비파괴 시험 장비인 FWD(Falling Weight Deflectometer)에 의한 처짐곡선을 활용하여 아스팔트 포장구조체의 물성을 합리적으로 추정할 수 있는 방법을 개발하였다. 2004년 국도 PMS(Pavement Management System)의 FWD 자료로 다층탄성이론에 근거한 역산프로그램을 사용하여 역해석을 실시하였다. 3층 포장구조체로 기반암을 고려하여 역해석을 실시하였으며, 통계분석을 통하여 각 층 탄성계수의 95% 신뢰구간을 선정하였다. 이 신뢰구간의 범위와 기존 문헌상의 범위를 비교한 결과 차이가 없었으며, 그 결과를 바탕으로 회귀분석을 실시하여 탄성계수를 직접 추정할 수 있는 회귀 분석 모델을 제시하였다. 회귀 분석모델의 적합성 및 유의성 검증, 다중공선성 분석, 잔차 분석 그리고 분산 분석을 통하여 본 연구에서 제시한 회귀 분석모델이 유의하며 높은 적합성을 갖고 있음을 증명하였다. 따라서, 본 연구에서 제시한 회귀 분석 모델을 통해 FWD 시험시 현장에서 역해석을 실시하지 않고도 직접 탄성계수를 추정하여 포장구조체의 상태평가를 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 아스팔트층의 탄성계수는 온도변화에 따라 많은 차이를 나타내므로 기준온도로 온도보정을 실시하였으며 그 결과를 토대로 현재 공용중인 국도 아스팔트 포장구조체 각 층의 탄성계수와 95%신뢰구간의 탄성계수를 제시하였다.

• 지질공학
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• 제26권2호
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• pp.261-276
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• 2016

본 연구에서는 용인지역 ○○마을 지하수내 우라늄 및 라돈-222와 같은 자연방사성물질의 산출과 이와 관련된 수리지화학 특성 및 지질과의 상관성을 알아보고자 하였다. 이를 위하여 지하수 19점, 지표수 5점을 2회에 걸쳐 채취하였다. 연구결과 지하수의 pH는 5.81~7.79의 범위를 보이며, 지하수의 화학적 유형은 Ca(Na)-HCO₃에서 Ca(Na)-NO₃(Cl)-HCO₃ 유형에 걸쳐 분포한다. 우라늄과 라돈-222의 함량은 각각 0.06~411 μg/L의 범위와 5.56~903 Bq/L의 범위를 보인다. 마을 공용음용수로 사용되었던 암반지하수 2점은 우라늄과 라돈-222의 함량이 미국 EPA 권고치를 초과하였으며, 마을 내 생활용수로 사용하는 지하수중 우라늄과 라돈-222가 각각 3점과 12점에서 미국 EPA 권고치를 초과하였다. 초과한 지하수의 분포지역 지질은 중생대 쥬라기의 편마암상 각섬석-흑운모화강암이다. 우라늄과 라돈의 고함량 산출의 상관성을 보인 지하수는 마을 음용수로 사용되어온 심부지하수 2점에 국한되며, 다른 지하수에서는 특별한 상관성을 보이지 않는다. 지하수내 고함량 우라늄의 영향 범위는 지하수공 주변 수십 m 이내로 한정되는 것으로 보이며, 불활성 기체인 라돈의 고함량 범위는 보다 넓은 범위이므로 우라늄과 기원이 서로 상이하거나, 만약 동일한 기원이라면 암반의 단열대 등을 통한 확산이 비교적 넓게 진행된 것으로 보아야 할 것이다. 지표방사능 세기와 우라늄의 산출의 상관성도 대체로 일치함을 보여, 주변 최대 200 m 정도까지 고함량 우라늄의 영향범위로 추정된다. 암석 내 우라늄과 토륨은 토라이트와 모나자이트 광물에서 높은 검출을 보인다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.279-299
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• 2019

최근 발생한 경주 및 포항지진은 한반도가 더 이상 지진으로부터 안전지대가 아님을 상기시키는 계기가 되었다. 그에 따라 내진설계에 대한 중요성이 대두되고 있으며, 설계응답스펙트럼(design response spectrum)에 대한 연구 또한 많은 연구자들에 의해 활발히 이루어지고 있다. 현재 터널의 내진설계는 라이닝(Lining) 설치 완료 후 동적해석을 수행하여 안정성을 검토하는 과정으로 수행되어 시공 중에 지진 발생에 대한 고려는 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 단층파쇄대에 시공 중인 터널의 현장계측 결과를 이용하여 역해석을 수행한 후 지진파를 고려한 수치해석을 수행하여 그로 인한 1차 지보재(록볼트, 숏크리트)의 거동 특성을 분석하였다. 지진파는 주기특성에 따라 단주기와 장주기로 구분하여 적용하였다. 수치해석 결과 지진의 주기 특성에 의한 영향은 미미한 것으로 나타났으며, 터널 천단 변위(crown displacement)는 28~31%, 단층파쇄대에 접한 좌측부의 변위는 약 14~16% 증가하는 것으로 나타났다. 기반암과 접하고 있는 우측부의 경우 약 13~27%가량 증가하는 것으로 나타났다. 숏크리트의 경우, 지진하중 고려에 따라 천단부에서의 축력이 약 113~115% 증가하였으며, 단층파쇄대와 접하고 있는 좌측부의 경우 102%, 기반암과 접하고 있는 우측부의 경우 106~110%가량 증가하는 것으로 각각 나타났다. 록볼트는 천단부, 좌측부, 우측부에서 정착지반이 단층파쇄대, 단층파쇄대와 기반암, 기반암인 경우로 선정하여 변위와 축력을 분석하였으며, 단층파쇄대와 기반암에 동시에 정착되어 있는 록볼트의 변위 및 축력이 지진으로부터 가장 취약한 것으로 나타났다.

• 자원환경지질
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• 제51권2호
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• pp.99-111
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• 2018

본 연구에서는 원자력 시설물에 존재하는 핵종의 의도치 않은 유출사고를 대비하기 위해서 세 가지 대표 핵종 ($^{60}Co$, $^{137}Cs$, $^{125}Sb$)을 원자력 시설물 지역에서 채취한 시료와 반응하여 핵종들의 흡착 및 거동 특성을 조사하였다. 가장 높은 흡착계수 값들은 ($^{60}Co=947mL/g$, $^{137}Cs=2105mL/g$, $^{125}Sb=81.3mL/g$) 지하수 환경일 때 상부토층 시료에서 나타났으며, 파쇄대 > 기반암 시료의 순으로 $K_d$ 값이 감소하였다. 상부토층과 파쇄대에서 $^{60}Co$의 높은 흡착계수는 상부토층 및 파쇄대에 존재하는 점토광물에 의한 것으로 사료되며, 해수 조건에서는 높은 이온강도로 인해서 $K_d$ 값은 약 58 - 69 % 감소하였다. $^{137}Cs$의 흡착은 주로 백운모의 Flayed edge site (FES)에서 $K^+$과의 이온교환 반응에 의한 것으로 사료된다. $^{137}Cs$의 흡착이 해수 조건에서 가장 크게 영향을 받으며 (89 - 97 % 감소), $^{125}Sb$은 대표 핵종 중 해수에 의한 이온강도 변화에 가장 미미한 변화를 보였다. 칼럼 및 배치 흡착 실험 결과 파쇄대 시료 (F-1, F-2)에서 $^{137}Cs$의 지연계수 (R) 값은 약 5400 - 7400, $^{60}Co$의 경우는 약 2000 - 2500, $^{125}Sb$의 경우는 약 250 - 415의 범위를 보여주므로 대표핵종들이 파쇄대에서도 매우 낮은 거동을 보일 것으로 사료된다. 대표 핵종 $^{137}Cs$, $^{60}Co$, $^{125}Sb$들은 모두 상부토층 및 파쇄대에서 가장 높은 $K_d$ 값을 나타내므로, 원전 시설물에서 예상치 못한 중대사고가 발생하여 핵종이 환경으로 유출되더라도 상부토층 및 파쇄대 구간에서 대부분 흡착되어 이동이 상당히 지연될 것으로 예측된다. 이러한 결과는 원자력 시설물의 안전성 및 환경영향 평가 자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권7호
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• pp.41-53
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• 2012

강우에 수반된 급경사지의 붕괴는 지반에 수분이 침투하여 평형상태에서 중력방향으로 지반이 이동하는 현상으로 지형과 지질 등에 의한 내적 요소와 강우, 지진 등에 의한 외적요인에 따라 붕괴의 정도가 달라진다. 암종에 따른 수분의 침투특성을 파악하기 위해 백악기말 고철질화강암이 분포하는 부산 금정산 지역과 퇴적암이 분포하는 지역 중 단양지역(사암), 진주지역(셰일), 포항지역(이암-미고결퇴적암) 등 4개 지역을 시범지역으로 선정하여 전기비저항 모니터링탐사를 실시하였다. 탐사기간은 우기가 시작되는 6월부터 하절기를 지나 건기에 해당하는 11월까지 수행하였다. 모니터링 결과 금정 지역과 진주 지역은 표준 강우량 산정 시 우기 동안의 선행강우량의 영향은 6월에서 10월까지의 전체 강우를 대상으로 산정할 필요성이 있고 반감기의 산정 시 이에 대한 고려가 필요할 것으로 판단된다. 또한 저비저항 이상대의 수직적인 분포는 수분의 침투가 지표에서 하부 지반으로 균일하게 발생하는 것이 아니라 풍화대의 균열이나 토층의 이완된 간극을 따라 발생하고 있다. 포항지역 미고결퇴적암은 수분의 침투 형태가 화강암 및 쇄설퇴적암과는 상이하며, 강우 이후 하부지반으로 침투되는 속도가 빠르고 하부의 암반대수층으로 함양되는 기간이 짧아 현재 사용되는 표준강우량 산정 시 적용하는 선행강우량의 영향기간과 유사한 시간을 보인다. 지반의 함수 정도에 의해 단양의 쇄설성 퇴적암 분포지의 하부 지반에서 관찰되는 저비저항 이상대의 유지 기간은 포항지역과 유사하며, 집중호우 시측방으로 수분이 확산되는 정도는 진주의 쇄설성 퇴적암과 같은 형태를 보인다. 이상의 분석결과에서 단양 지역은 선행 강우량이 미치는 기간이 3주 정도로 추정된다.

• 지질공학
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• 제16권1호
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• pp.69-83
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• 2006

본 연구는 지하유류저장공동 굴착 시 조사된 단열체계 및 수리 인자를 토대로 투수성구조영역과 수리암반영역으로 세분화하여 연구지역의 불규칙하고 복잡한 지하수유동체계를 해석해 보고자 하였다. 지하공동 내에서 확인된 단열분포특성과 지하공동굴착과 동시에 지표관측공 28개를 통해 측정된 지하수위 및 수평수벽공 95개와 수직수벽공 63개에 의해 일별로 계측된 압력 및 주입량을 통해 연구지역은 지하수의 방벽역할을 하는 3개의 투수성구조영역과 4개의 수리암반영역으로 구분이 가능하였다. 공동심도에 발달된 투수성 구조는 국지적 큰 규모 단열대인 NE-1과 2개의 국지규모 단열대로 구성되고 있으나, 수리암반영역은 국지규모 단열대에 의하여 4개 영역으로 구분된다. FZ-2 구조대와 인접한 수리암반영역 Domain-A와 B는 수평수벽공의 초기압이 최대 약 $15kg/cm^2$까지 높으며, 지하공동 굴착 시 상 하부의 지하수위변화의 차이가 $10\sim40m$로 상 하부의 수리적 연결성이 양호한 것으로 평가된다. 반면, FZ-1 구조대와 인접한 Domain-C와 D는 이중수위측정 시설 설치시 상부와 하부의 지하수위차는 최대 약 120 m로 매우 크게 나타났으며, 상부 지하수는 공동굴착 시 수위 가 크게 변화하지 않았다. Domain C, D의 하부암반의 수리 전도도$(7.2X10^{-10}m/sec)$는 상대적으로 낮은 지하수 함양량의 원인을 제공하고 있으며, 연속체개념 의 지하수유동모델링을 통해 계산된 4개 영역의 함양량은 연구지역의 20년간 평균 강수량(1,356 mm/year)의 2%로 계산되었다.