• Geomechanics and Engineering
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• 제38권6호
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• pp.571-581
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• 2024

Concrete linings in tunnels constructed by drilling and blasting such as NATM serve as a secondary support structure. However, these linings can face unexpected earth pressures if the primary support deteriorates or if ground conditions become unfavorable. It is crucial to determine the loosening earth pressure that allows the lining to maintain its structural integrity and prevent damage caused by this pressure. This study proposes a numerical model for simulating the trapdoor test and developing a method for calculating the loosening earth pressure. The discrete element method (DEM) was employed to describe the soil characteristics around the tunnel. Using this numerical model, a sequence of experimental trapdoor steps was simulated, and the loosening earth pressure was analyzed. Contact parameters were calibrated based on an analysis of a triaxial compression test. The reliability of the developed model was confirmed through a comparison between simulation results and laboratory test findings. The model was used to calculate the contact force applied to the trapdoor plate and to assess the settlement of soil particles. Furthermore, the model accounted for the soil-arching effect, which effectively redistributes the load to the surrounding areas. The proposed model can be applied to analyze the tunnel's cross-sectional dimensions and design stability under various ground conditions.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권8호
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• pp.13-24
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• 2014

지반아칭을 규명하기 위해 일련의 트랩도어 모형실험을 실시하였다. 이 모형실험에서 지반아칭현상은 모형토조바닥에 작용하는 연직토압의 변화를 관찰함으로서 확인할 수 있었다. 트랩도어 재하판의 하강으로 지반변형을 발생시킴으로서 트랩도어 상부지반에 이완영역이 발생하였다. 이때 이완영역내의 응력은 지반아칭현상에 의해 트랩도어 주변의 정지영역으로 전이됨을 알 수 있었다. 즉 연직토압은 이완영역 내에서는 급격히 감소하였고 정지영역에서는 크게 증가하였다. 이완영역 내 연직토압의 최대감소율과 정지영역에서의 연직토압의 최대증가율은 지반밀도에는 영향을 받지 않았으나 트랩도어 재하폭의 크기에는 영향을 크게 받았다. 이완영역은 타원형상으로 정의할 수 있었으며 이타원의 장축은 트랩도어 중앙에서의 이완영역높이의 두 배 크기에 해당하였고 단축은 트랩도어 폭 크기에 해당하였다. 여기서 트랩도어 중앙에서의 이완영역높이는 트랩도어 폭의 1.5배 크기로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.65-80
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• 2014

본 연구에서는 실제 터널 단면의 형상을 갖는 Trapdoor시험과 수치 해석을 수행하여 주변지반의 거동, 이완하중의 분포 및 점진적인 파괴 현상에 대하여 분석하였다. 지반하중은 Trapdoor의 하강에 따라 급격히 감소 후에 다시 크게 증가하여 일정한 이완하중에 도달하여 아칭효과를 확인 할 수 있었으며, 느슨 모래의 경우가 조밀 모래 보다 상대적으로 큰 값을 나타내었다. 전단대의 형성은 터널 어깨부에서 발생하여 터널 측벽에서 $63^{\circ}$(느슨) 및 $69^{\circ}$(조밀) 방향으로 시작하여 완만한 곡선을 이루며 지표를 향하여 진행하는 형상을 나타내었다. 터널 상부에서의 전단대의 폭원은 1.83b~1.92b(b는 터널폭)로서 기존 제안식으로 구한 값과 유사한 범위를 보였으나, 전단대의 높이는 대심도의 경우 터널고의 1.5~2.0배 정도로서 기존의 제안 값(약 3.0배) 보다 상대적으로 낮은 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권10호
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• pp.31-40
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• 2016

트랩도어 하강이 일어나는 토체 내부에서 발생하는 흙 아치 구조의 변화를 관찰하기 위해서 광탄성 측정 기법을 이용하여 입상체의 다양한 거동을 관찰하였다. 광탄성 반응 재료로 코팅된 원주형 모형 입자를 적층하여 입상체를 구성하였다. 광탄성 기법을 이용하여 입상체 내부에서 발생하는 입자 간 접촉력 전달 구조의 변화를 촬영하여 관찰하였으며 이를 입상체 하부 로드셀에서 측정된 압력 변화 및 내부 활동면의 변화 양상과 비교 분석하였다. 트랩도어 하강 초기에 형성된 흙 아치 구조는 하강이 지속되면 붕괴되지만 다시 확장된 아치 구조가 새롭게 형성되었다. 트랩도어 하강 초기에 일치하였던 흙 아치 구조의 경계면과 활동면은 트랩도어 하강이 진행되면서 활동면이 포함된 영역이 접촉력을 잃은 영역 내부에 포함되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권4호
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• pp.341-358
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• 2024

This paper reports several plane-strain trapdoor tests conducted to investigate the effects of reinforcement on soil arching development under localized surface loading with a loading plate width three times the trapdoor width. An analogical soil composed of aluminum rods with three different diameters was used as the backfill and Kraft paper with two different stiffness values was used as the reinforcement material. Four reinforcement arrangements were investigated: (1) no reinforcement, (2) one low stiffness reinforcement R1, (3) one high stiffness reinforcement R2, and (4) two low stiffness reinforcements R1 with a backfill layer in between. The stiffness of R2 was approximately twice that of R1; therefore, two R1 had approximately the same total stiffness as one R2. Test results indicate that the use of reinforcement minimized soil arching degradation under localized surface loading. Soil arching with reinforcement degraded more at unloading stages as compared to that at loading stages. The use of stiffer reinforcement had the advantages of more effectively minimizing soil arching degradation. As compared to one high stiffness reinforcement layer, two low stiffness reinforcement layers with a backfill layer of certain thickness in between promoted soil arching under localized surface loading. Due to different states of soil arching development with and without reinforcement, an analytical multi-stage soil arching model available in the literature was selected in this study to calculate the average vertical pressures acting on the trapdoor or on the deflected reinforcement section under both the backfill self-weight and localized surface loading.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권6호
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• pp.407-416
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• 2010

현재 널리 적용되고 있는 대표적인 터널보조공법인 강관다단그라우팅공법은 그라우팅 기술을 도입하여 지반의 물성치를 개선하는 개념이나, 풍화토 지반조건에서는 그라우트재 주입 시 입자의 막힘현상으로 주입범위가 극히 제한되어 계획했던 보강 범위 형성이 어려운 문제가 있다. 본 연구에서는 천공홀 가압 팽창 개념을 도입하여 터널 막장면에 Umbrella Type으로 천공홀을 설치하고 팽창형 강관을 삽입하여 터널을 보강하는 신공법에 대한 연구를 수행하였다. 신공법은 삽입된 강관을 팽창시킴으로서 주변 지반 다짐으로 인한 지반응력상태 변화를 유도하고 이로 인하여 터널 굴착에 의한 지반 거동을 안정하게 하는 공법이다. 본 연구에서는 천공홀 팽창으로 인한 주변 지반의 거동을 연구하기 위해서 챔버모형을 실시하였다. 세 가지 형태의 시험적인 팽창관에 대해 팽창 실험을 실시하여 천공홀 벽면에서의 응력과 변위를 이론과 챔버모형실험을 모델링한 수치해석 결과와 실험결과를 비교하였으며, 그 결과가 유사한 것을 확인하였다. 신공법의 터널 보강 효과를 평가하기 위하여 신공법과 강관다단그라우팅공법을 적용한 2차원 터널 수치해석과 Trapdoor 모형토조실험을 수행하였으며, 수치해석 결과와 실험 결과에서 모두 삼방향 팽창형 강관(하부 방향 무가압) 신공법을 적용하였을 경우에 터널 굴착 시 내공변위가 감소하는 결과를 보여주어 신공법의 적용가능성을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.535-544
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• 2016

도심지에서 지하철과 같은 터널의 증가에 따라 특수한 설계, 및 시공 방법이 제안되어 왔다. 터널 붕괴 사고는 막대한 인명, 재산 피해를 가져오기 때문에 터널 굴착 및 주변지반의 거동을 관측하고 분석하는 작업은 매우 중요하다. 하지만 매번 현장시험을 하기에는 경제적인 측면에서 비현실적이다. 따라서 현장시험의 단점을 보완하고, 보다 정밀한 결과를 도출하는 연구가 지속적으로 발표되어 왔다. 본 연구는 군말뚝과 터널 사이 이격거리에 따른 2-arch 정거장 굴착 시 주변 지반의 거동을 측정하였다. 실내모형시험을 위해 trapdoor장치를 고안하였으며, 터널굴착은 2-arch 터널의 체적손실(VL)을 증가시킴으로써 모사하였다. 또한, 근거리 사진계측 및 이미지프로세싱을 통해 지반의 거동을 관측하였으며, 수치해석을 통해 실내모형시험의 결과와 비교하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.33-48
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• 2022

This paper presents illustrative examples of the application of advanced digital image correlation (DIC) technology in the geotechnical laboratory tests, such as shallow footing test, trapdoor test, retaining wall test, and wide width tensile test on geogrid. The theoretical background of the DIC technique is first introduced together with fundamental equations. Relevant reduced-scale model tests were then performed using standard sand while applying the DIC technique to capture the movement of target materials during tests. A number of different approaches were tried to obtain optimized images that allow efficient tracking of material speckles based on the DIC technique. In order to increase the trackability of soil particles, a mix of dyed and regular sand was used during the model tests while specially devised painted speckles were applied to the geogrid. A series of images taken during tests were automatically processed and analyzed using software named VIC-2D that automatically generates displacements and strains. The soil deformation field and associated failure patterns obtained from the DIC technique for each test were found to compare fairly well with the theoretical ones. Also shown is that the DIC technique can also general strains appropriate to the wide width tensile test on geogrid, It is demonstrated in this study that the advanced DIC technique can be effectively used in monitoring the deformation and strain field during a reduced-scale geotechnical model laboratory test.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.733-747
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• 2017

터널을 굴착하면 터널주변과 상부의 지반이 느슨해지고 변형되며, 이로 인해 터널주변지반의 응력이 변화된다. Terzaghi는 터널굴착으로 인한 천단 상부지반의 이완형태를 Trapdoor 실험을 통해 규명하였다. 그러나 Terzaghi는 터널천단부가 등변위 되는 조건만 생각하였으며, 터널천단부가 오목곡선이나 볼록곡선 등의 형태로 변형될 경우에 대해서는 생각하지 않았다. 따라서 본 과제에서 지반이완 형태와 터널천단부 변위형태의 상관관계에 대하여 실험적으로 연구하였다. 이를 위하여 터널천단부의 이완형태를 등변위, 오목곡선, 볼록곡선의 세가지 형태로 모사하여 실험을 수행하고 그 결과를 비교 하였다. 실험결과 이완지반의 하중전이는 지반변형특성에 따라 다양한 형태로 발생될 수 있음을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.83-97
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• 2018

터널은 도로, 철도, 지하철과 같은 교통의 통로이자 수로, 전력구, 비축기지와 같은 특수목적을 위해 널리 활용되고 있으며, 터널의 사용 목적, 주변 지반조건 및 경제성에 따라 다양한 터널 형상으로 시공되고 있다. 이에 대해 기존 터널과 주변지반 및 구조물에 관한 연구는 꾸준하게 발표되었으나 단일 형상에 대해 터널굴착 시 주변 지반과 구조물의 거동을 분석한 연구들이 대다수이다. 터널의 붕괴사고는 지상 구조물의 붕괴사고 보다 막대한 인적, 물적 손실을 가져오기 때문에 터널 굴착 및 주변지반의 거동을 관측하고 분석하는 작업은 매우 중요하며, 단일 형상이 아닌 다양한 터널 형상에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구는 trapdoor장치를 이용한 실내 모형시험을 통해 군말뚝 하부에 터널 정거장 굴착 시 주변지반의 거동을 측정하였다. 이때 터널 정거장 형상의 단면을 arch와 box 형태로 제작하였으며, 각 터널 정거장 형상 별 0.1B, 0.25B, 0.4B로 터널과 군말뚝 간 이격거리를 다르게 하여 다양한 조건에서의 지반거동을 분석하였다. 또한, 근거리 사진계측 및 이미지프로세싱 기법을 통해 지반의 거동을 관측하였으며, 유한요소 수치해석을 통해 실내 모형시험, 근거리 사진계측의 결과와 비교 분석하였다.