• 터널과지하공간
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• 제12권3호
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• pp.171-178
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• 2002

본 연구에서는 마제형터널 주변에 공동이 존재하는 경우에 대해 동적해석을 수행함으로써 터널주변의 공동이 터널의 동적거동에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 반무한 평면상에서 터널의 동적응답해석을 수행할 수 있는 해석기법을 개발하였다. 먼저 주파수 영역에서의 다층 반무한 지반내에서의 동적 기본해를 유도하였고 이를 경계요소에 적용하였다. 외부영역을 모형화한 경계요소를 내부영역의 유한요소와 조합하여 반무한 영역에서의 터널구조의 동적응답을 구할 수 있도록 하였다. 개발된 기법의 검증을 위하여 단층 및 다층 반무한 구조계에 대해 Ricker 파형을 이용한 동적해석을 수행하여 기존의 해석결과와 비교하였고, 개발된 기법을 이용하여 석회암층에 있는 터널에 대해 공동의 유무 및 터널과의 이격거리에 따른 터널의 동적거동을 고찰하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회 3차
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• pp.113-116
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• 2010

Ground cave-in is usually initiated by the formation of cavity within the ground due to soil loss. When the location of the cavity is deep in the ground, the detection of the cavity is not easy. Then it is possible that the hidden cavity expands for a long time to eventually cause sudden large-scale collapse. A case of large scale ground collapse in the old fill ground was studied and described in this paper. The underground cavity appeared to be caused by subsurface erosion deep in the ground and to expand/extend upward till it was ended by the catastrophic ground failure. It highlighted the importance of proper drainage work in a large scale land fill.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권3호
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• pp.69-75
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• 2001

본 논문에서는 지하공동 위에 설치된 띠 기초의 지지력에 대하여 upper bound theory를 이용하여 연구하였다. 기초 크기, 공동의 크기 및 위치, 그리고 지반의 물성치의 영향에 관하여 고찰하였으며 10개의 파괴 형상에 대하여 분석을 수행하였다. 각각의 파괴형상은 지반의 물성치 및 기하학적인 형상에 관한 함수로 표현되어 컴퓨터 해석을 통한 최소화를 시행하였다. 최소화를 위한 프로그램은 Boland C++ Builder를 이용하여 작성한 후 PC에서 수행되었다. 10개의 파괴형상 중 최소의 기초 지지력을 작성된 컴퓨터 프로그램을 통하여 구하였고 이를 해당 기초의 극한 지지력으로 추정되었다. 본 연구의 결과를 종합 정리하여 지하공동 위에 위치한 띠 기조의 극한 지지력을 구할 수 있는 간단한 식을 제시하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제20권5호
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• pp.399-410
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• 2020

Cavities often develop behind the vault during the construction of double-arch tunnels, generally in the form of various defects. The study evaluates the impact of cavities behind the vault on the mechanical and failure behaviors of double-arch tunnels. Cavities of the same sizes are introduced at the vault and the shoulder close to the central wall of double-arch tunnels. Physical model tests are performed to investigate the liner stress variation, the earth pressure distribution and the process of progressive failure. Results reveal that the presence of cavities behind the liner causes the re-distribution of the earth pressure and induces stress concentration near the boundaries of cavities, which results in the bending moments in the liner inside the cavity to reverse sign from compression to tension. The liner near the invert becomes the weak region and stress concentration points are created in the outer fiber of the liner at the bottom of the sidewall and central wall. It is suggested that grouting into the foundation soils and backfilling injection should be carried out to ensure the tunnel safety. Changes in the location of cavities significantly impact the failure pattern of the liner close to the vault, e.g., cracks appear in the outer fiber of the liner inside the cavity when a cavity is located at the shoulder close to the central wall, which is different from the case that the cavity locates at the vault, whereas changes in the location of cavities have a little influence on the liner at the bottom of the double-arch tunnels.

• 지질공학
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• 제27권2호
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• pp.143-152
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• 2017

최근 도심지에서 자주 발생하는 지반함몰 문제는 사회적 문제로 대두되고 있으며, 지반함몰에 대한 시민들의 우려는 증가하고 있다. 그에 비해 지반함몰 발생 메커니즘에 대한 이해는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 모형실험을 통해 다양한 지하수 조건에서 지하수와 토사가 동시에 유실될 때의 지반함몰 발생 메커니즘을 평가하고자 한다. 실험을 통해서 밝혀진 지반함몰 메커니즘의 주요 인자는 지하수 흐름 방향, 유출부위 주변 수두차, 지중 공동 유지를 위한 지반 내 강도 등이다. 첫째로 지하수와 토사가 동시에 유실될 때 토사의 유실은 지하수 흐름 방향을 따라 발생하며 이는 지중 공동 생성 및 공동 확장 방향을 결정짓는 요소임을 확인했다. 둘째로 지하수 및 토사가 유실되는 위치 주변의 수두차가 높아질수록 지반함몰 발생 속도가 급격히 빨라지는 것이 실험적으로 확인되었다. 마지막으로 지중 공동 확장으로 인해 최종적으로 갑작스런 붕괴를 일으킬 수 있음이 확인되었다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.459-468
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• 2019

연구목적: 본 연구는 지반함몰 예방을 위하여 도로하부의 공동탐사를 실시한 후 확인된 공동 중 포장층의 재포장 공사 등에 의한 공동 위치 및 이력 정보를 알 수 없게 되어 누구라도 정보를 정확하게 파악할 수 있도록 할 수 있는 RFID 시스템의 현장 적용성을 평가하였다. 연구방법: RFID 시스템을 이용하여 맨홀, 전력관, 가스관, 통신관 등 지하매설물 및 태그 종류에 따른 아스팔트 하부의 깊이별 인식거리와 인식율 등 임시복구시 고무마개 하단부에 전자태그칩을 부착하여 현장 적용성을 평가하였다. 연구결과: 전자태그의 위치에 대한 심도별 인식거리 및 인식율은 심도 15cm까지는 큰 영향이 없으나 심도 20cm인 경우 다소 약한 편이다. 그리고 매설물이나 강우 시 침수 등에 대한 영향은 적은 편이며 도로의 기상상황 특히 바람의 영향이 있어 측정 시 이를 감안하여야 할 것이다. 결론: 포장도로관리스템의 현장 적용을 위한 RFID 태그에 공동위치를 포함하여 공동에 관한 확인 일자, 공동의 규모, 발생원인, 주변 지하 매설물 등의 여러 가지 제반 정보를 저장하여 전산화 및 모바일 활용도 가능한 시스템으로 공동관리 효과를 극대화 할 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권5호
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• pp.621-640
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• 2019

지하공동에 관한 정량적인 안정성 평가는 전단강도감소기법 기반의 안전율로 제시가 가능하다. 또한 전단강도감소기법은 사면안정해석에서 일반적으로 사용되고 있는 안정성 평가방법 중에 하나이다. 하지만 지중에 발생 가능성이 많은 공동과 사면의 잠재 파괴면과의 관계를 안정성 평가 시 동시에 고려한 연구는 미흡한 형편이다. 본 연구에서는 소규모 지하공동이 사면의 파괴양상에 미치는 영향에 대해서 전단강도감소기법을 사용하여 분석하였다. 빙하학 연구 중에 일부를 고찰해보면, 빙하 내부에 존재하는 공동이 빙하의 슬라이딩 발생 조건 중 하나임을 제시한 사례가 존재한다. 본 연구에서는 전단강도감소기법이 지반공학적으로 사용되고 있는 지하공동의 안정성 및 사면안정해석 분야에 대해서 동시 발생 조건을 고려해서 영향 분석을 수행하였다. 산악도로 하부에 발생 가능성이 있는 지하공동의 형상, 위치 변화에 따른 사면안정해석에 대해서 FLAC3D 프로그램에 내장된 전단강도감소기법을 사용하여 분석하였고, 지하공동이 사면 안전율에 미치는 영향을 확인하였다. 사면의 잠재파괴면 인근에 지하공동이 존재하면 안전율 산정에 영향을 미치므로 이에 대한 사항을 고려해야 할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 지하공동 발생 가능성이 있는 사면에 대한 안정해석에 관한 기초자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.49-56
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• 2022

본 연구에서는 공동이 발생된 도로 하부지반에서의 영향인자 분석과 지반의 안정성을 평가하기 위하여 다양한 영향인자(공동형상 및 규모, 포장층 두께, 교통하중의 크기)를 고려한 유한요소 수치해석을 수행하였다. 본 연구에서 적용된 수치해석 방법 및 결과에 대한 신뢰성을 검증하기 위하여 기존 연구 및 현장계측 결과와 비교·분석하였다. 수치해석 결과로부터 얻은 연직변위분포, 지표침하분포 및 침하량, 응력비 분포, 안전율 분포를 통해 영향인자 간의 상관관계를 분석하였으며, 도로 하부지반의 전반적인 역학적 거동 분석을 통해 지반의 안정성을 평가하였다. 그 결과, 공동규모 및 교통하중이 증가하고 포장층 두께가 감소할수록 공동 상부의 연직변위 및 지표침하량이 크게 나타났으며 허용안전율 미만의 위험지반영역이 증가하여 지반의 안정성 감소가 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다. 또한 공동의 형상이 사각형일 경우 원형의 공동일 때보다 지반의 안정성 감소가 크게 나타났다. 이러한 결과를 통해 공동이 발생된 도로 하부지반의 전반적인 안정성에 대해 확인할 수 있었다.

• 한국재난정보학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.737-746
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• 2023

연구목적:도로에서 공동에 의해 지반함몰이 발생하는 경우에는 인명피해, 구조물의 기능성 저하 및 사회적 간접비용 증가와 같은 다양한 문제가 나타나게 된다. 따라서, 도로가 함몰되기 전에, 도로하부의 공동 탐사 및 복구를 통한 지반함몰 방지가 필요하다. 연구방법: 본 연구에서는 기존의 개착을 통한 공동규모 산정방법의 문제점을 보완하기 위하여, GPR 기반의 공동규모 확인실험을 수행하였다. 연구결과: 실제 도로에서 발생한 공동을 대상으로 GPR 탐사결과와 개착을 통해 공동의 규모를 확인하였다. 그 결과, 공동의 발생 깊이에 대한 예측결과는 확인공동의 토피고와 유사한 것을 알 수 있었다. 그러나 공동의 종단 및 횡단 규모 차이를 분석한 결과, GPR 탐사결과가 확인공동에 비하여 매우 크게 예측하는 것으로 분석되었다. 도로현장 실험에 있어서, 공동 규모의 차이 및 비율은 일정한 경향을 발견할 수 없었으며, 이는 공동 확인 과정에서 일부 공동의 붕괴 및 함몰과 같은 문제점이 원인으로 분석되었다. 결론: 실험 결과로부터 도출된 공동의 규모 비와 산정 식으로 보정된 규모 비를 비교한 결과, 산정식 기반의 경험적 산정 방법을 바탕으로 공동 규모의 정량적 예측이 충분히 가능한 것을 알 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권6호
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• pp.593-601
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• 2023

In this paper, an analytical solution of large-strain cylindrical cavity expansion in compaction grouting problem under temperature field is given. Considering the stress increment caused by temperature, the analytical solution of cavity expansion under traditional isothermal conditions is improved by substituting the temperature stress increment into the cavity expansion analysis. Subsequently, combined with the first law of thermodynamics, the energy theory is also introduced into the cylindrical cavity expansion analysis, and the energy dissipation solution of cylindrical cavity expansion is derived. Finally, the validity and reliability of solution are proved by comparing the results of expansion pressure with those in published literatures. The results show that the dimensionless expansion pressure increases with the increase of temperature, and the thermal response increases with the increase of dilation angle. The higher the exothermic temperature of grouting slurry, the greater the plastic deformation energy of the surrounding soil, that is, the greater the influence on the surrounding soil deformation and the surrounding environment. The proposed solution not only enrich the theoretical system of cavity expansion, but also can be used as a theoretical tool for energy geotechnical engineering problems, such as CPT, nuclear waste disposal, energy pile and chemical grouting, etc.