논문집 개요 소개

GIS 기반의 도심지 지반침하지도 작성 사례33_10_1.pdf

● 논문집 개요 소개 | 2017년 10월 제 33권 10호

최은경 (정회원, (주)지아이 지반정보연구소 책임연구원)

김성욱 (정회원, (주)지아이 지반정보연구소 대표이사)

조진우 (정회원, 한국건설기술연구원 지반연구소 수석연구원)

이주형 (정회원, 한국건설기술연구원 지반연구소 연구위원, leejh73@kict.re.kr)

자연사면의 붕괴를 예측하기 위한 위험지도는 지형학적, 수문학적 및 지질학적 요소의 조합으로 구성된다. 지형적인 요소는 수치고도모형(DEM)으로부터 추출하여 작성된 방위도, 경사도, 곡률, 지형지수를 포함하며, 풍화대의 심도를 반영하고 있다. 수문학적 요소는 토양배수(soil drainage), 습윤지수가 불안정성을 판단하는 주요 요소이다. 그러나 대부분의 도시 지역은 평야(저지대)에 위치하므로 지형요소와 수문요소만으로 위험지도를 작성하기는 어려운 것으로 판단된다. 본 연구에서는 도심지와 같은 평탄한 저경사 지역의 붕괴 위험을 판단하기 위하여 고수계, 토양심도(풍화토 심도)와 지하수 수위 데이터 등과 같은 다양한 자료를 수집하여 해석 요소로 사용하였으며, 위험지도의 신뢰성을 판단하기 위하여 강남구와 여의도 지역에서 과거 발생한 재해 기록과 비교하여 분석을 진행하였다. 기존에 작성된 재난안전연구원의 재해위험도는 지형적인 요소만이 반영되었으므로 도심지는 대체로 안정된 지역으로 분류되고 있고, 과거 붕괴 이력이 반영되지 않았다. 본 연구에서 제시된 붕괴위험도는 풍화대 심도, 토양 배수조건, 지하수 조건, 고수계 등을 입력자료로 추가하였다. 그 결과 실제 붕괴가 발생한 지점에서 취약성이 증가하는 결과를 보였다. 실제 붕괴이력과 지반침하지도의 결과를 비교 분석한 결과 기존 방식에 의한 붕괴위험 지도에서는 3등급은 12%, 4등급은 88%로 분석되었으나, 도심지 특성을 고려한 지반침하지도에서는 2등급 2%, 3등급 29%, 4등급 66%, 5등급 2%으로 재해취약성의 변화가 잘 나타났으며, 실제 붕괴가 발생한 지점에서 위험도가 증가하였고 상당한 유의성을 나타내었다.

연약점토지반에 설치된 IER 지주식 흙막이의 효과적인 수평변위억제 방법에 관한 연구33_10_2.pdf

김자영 (정회원, 부산대학교 사회환경시스템공학과 박사과정)

임종철 (정회원, 부산대학교 사회환경시스템공학과 정교수, imjc@pusan.ac.kr)

서민수 (정회원, 부산대학교 생산기술연구소 특별연구원, 공학박사)

김창영 (정회원, 부산대학교 생산기술연구소 특별연구원, 공학박사)

박은경 (비회원, 경상남도 창원시 진해구청 안전건설과, 공학석사)

박태건 (정회원, 부산대학교 사회환경시스템공학과 박사과정)

기존 흙막이 공법을 개선함으로, 자립이 가능하게 IER공법이 개발되었다. IER 공법의 안정성은 실내모형실험과 현장실험을 통해서 확인되었다. 특히, 점토지반에서의 실내모형실험의 결과 상당한 변위 감소효과를 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 IER을 점토지반에 실제 적용하여 계측데이터를 수집하였으며, 이것을 이용하여 연약점토지반에서의 적용성에 대해 분석하였다. 그리고 수치해석을 통해 동일한 개수의 H-pile이 적용된 일열 H-pile 흙막이에 비해서 IER 공법의 수평변위가 70.9% 감소하는 것을 확인하였다. 그러므로 IER 공법을 연약점토지반에 적용하면 높은 수평변위억제효과로 인해 지반의 안정성은 상당히 많이 증대될 것으로 판단된다. 또, 점토지반에서의 수평변위억제방법으로 전면지주의 근입부에 DCM보강을 제안하여, 수치해석을 통해 DCM 최적의 보강위치를 분석하였다. 그 결과, 굴착저면에서 전면지주의 근입부의 중간지점까지 DCM 보강하는 것을 제안하였다.

고준위폐기물 처분시설 완충재의 온도변화에 따른 열물성33_10_3.pdf

윤 석 (정회원, 한국원자력연구원 방사성폐기물처분연구부 선임연구원, syoon@kaeri.re.kr)

김건영 (비회원, 한국원자력연구원 방사성폐기물처분연구부 책임연구원)

박태진 (비회원, 한국원자력연구원 방사성폐기물처분연구부 선임연구원)

이재광 (비회원, 한국원자력연구원 방사성폐기물처분연구부 책임연구원)

완충재는 고준위폐기물을 처분하기 위한 공학적방벽 시스템에서 중요한 구성요소 중 하나이다. 완충재는 처분공 내 사용후핵연료가 담긴 처분용기와 암반사이에 채워지는 물질로써 고준위폐기물의 안전한 처분을 위해 필수적인 요소라고 할 수 있다. 완충재는 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지한다. 처분용기로부터 발생하는 고온의 열량은 완충재로 전파되기에 완충재의 열물성은 처분시스템의 안전성 평가에 매우 중요하다고 할 수 있다. 특히, 완충재의 설정온도는 고준위폐기물 처분시설의 설계에 큰 영향을 끼칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 온도변화에 따른 국내 경주산 압축 벤토나이트 완충재에 대한 열물성을 규명하고자 하였다. 열선법과 이중 탐침법을 이용하여 온도변화에 따른 압축 벤토나이트 완충재의 열전도도와 비열을 측정하였다. 22℃와 110℃ 구간에서는 온도 증가에 따라 포화도가 변화되기에 열전도도와 비열은 급격하게 감소하는 경향을 보였으나 110℃와 150℃ 사이의 고온 구간에서는 열전도도와 비열의 추가 변화가 거의 발생하지 않았다.

사질토지반에 설치된 소일네일 복합형 IER의 수평변위 억제효과에 관한 연구33_10_4.pdf

박태건 (정회원, 부산대학교 사회환경시스템공학과 박사과정)

임종철 (정회원, 부산대학교 사회환경시스템공학과 정교수)

유재원 (정회원, 부산대학교 생산기술연구소 특별연구원)

김창영 (정회원, 부산대학교 생산기술연구소 특별연구원)

강상균 (정회원, 부산대학교 사회환경시스템공학과 박사과정)

이우제 (정회원, 부산대학교 사회환경시스템공학과 박사과정)

지주식 흙막이 공법(Inclined Earth Retaining Wall; 이하 IER)은 지반 조건과 상재하중 등의 영향에 따라 다르지만 일반적으로 6.0˜7.0m의 굴착 심도에서 자립이 가능하다. 하지만 더 깊은 심도의 굴착과 이에 따른 안정성을 확보하기 위해서 다른 공법과 병행하여 적용 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 IER에 소일네일링 공법을 적용한 복합형 IER의 안정성을 확인하고 효율적인 설치방법을 제안하고자 실내모형실험과 3차원 유한요소해석을 실시하였다. 실내모형실험 결과 소일네일을 설치하였을 때가 설치하지 않았을 때와 비교하여 수평변위가 약 92% 감소하는 것으로 분석되었고, 3차원 유한요소해석 결과 소일네일 간격은 수평방향 × 수직방향 간격이 1.5m × 0.75m이고, 길이는 굴착심도의 86%일 때 경제성과 안정성이 최적인 결과가 나타나는 것으로 분석되었다. 또한, IER의 변위가 크게 증가하는 굴착 심도 이전의 굴착 단계에 소일네일을 설치하였을 때 최대 1.71배 더 굴착이 가능한 것으로 분석되었다.

정수압을 고려한 그라우팅의 성능에 대한 실험적 연구33_10_5.pdf

전경재 (정회원, 강릉원주대학교 토목공학과 박사수료)

오명학 (정회원, 한국해양과학기술원 연안방재센터 책임연구원)

윤찬영 (정회원, 강릉원주대학교 토목공학과 부교수, yune@gwnu.ac.kr)

일반적인 지반보강 그라우팅은 지하수위의 영향이 없거나 미약한 얕은 심도에서 이루어진다. 그러나 최근들어 대심도 굴착이나 항만성능 향상을 위한 증심공법 등이 대두되면서 높은 수압과 상재압의 영향을 고려한 효율적인 그라우팅에 대한 연구의 필요성이 점차 높아지고 있다. 이에 본 연구에서는 주입압, 상재압, 수압을 조절 가능한 그라우팅 모사장비를 개발하여 정수압을 고려한 그라우팅 성능 분석 실험을 수행하였다. 그 결과, 일반적으로 주입압을 증가시키면 주입량도 증가하나, 수압이 작용하는 경우에는 주입량이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 또한 그라우팅 주입량에 따른 시료의 체적변화를 비교한 결과, 시료의 입경이 크고 간극 크기가 클수록 침투로 인한 다짐효과가 커진다는 것을 확인할 수 있었다.

상대변위측정기를 이용한 지반앵커의 보유인장력 측정33_10_6.pdf

정현식 (정회원, 경기대학교 토목공학과 박사과정)

한광석 (정회원, 경기대학교 토목공학과 박사과정)

이영생 (정회원, 경기대학교 토목공학과 교수, yslee@kyonggi.ac.kr)

지반내 근입된 앵커의 인장력은 시간이 경과하면서 점차 변화하게 되는데 이때 초기 인장력의 변화는 보통 정착헤드의 정착조건과 인장자재의 기계적 특성에 의해 1차적으로 감소하게 되며, 이후 추가적인 인장력의 변화는 대부분 정착장의 정착조건과 주변 지반특성에 기인한 시간의존적인 정착거동에 좌우된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 인장력 변화를 비교적 쉽게 측정 및 분석할 수 있는 상대변위측정기를 이용한 측정시스템에 대해서 연구하였다. 검토결과 실규모 모형시험을 통해서 본 측정시스템의 적용성을 확인 하였으며, 또한 풍화암에 정착된 지반앵커를 대상으로 실시한 현장 시험결과와도 유사함을 확인함에 따라 본 측정시스템의 적용성을 확인하였다. 그리고 초기인장력이 비교적 크게 감소된 시험앵커를 대상으로 추가적인 인발시험을 실시하였으며 이를 통해 인장형 앵커의 인발거동을 확인하였다.

● 논문집 개요 소개 | 2017년 11월 제 33권 11호

Flat TDR 시스템을 이용한 흙의 함수비와 건조단위중량 측정33_11_1.pdf

김완민 (비회원, 조선대학교 토목공학과 석사)

김대현 (정회원, 조선대학교 토목공학과 교수, dkimgeo@chosun.ac.kr)

서 혁 (비회원, 조선대학교 토목공학과 석사과정)

본 연구는 전통적인 다짐관리방법의 문제점을 보완하고자 TDR(Time Domain Reflectometry)을 이용하여 지반의 함수비와 건조단위중량을 측정하는 연구를 수행하였다. 개발된 Flat TDR 시스템의 측정값을 검증하기 위해 여섯 가지 시료를 대상으로 실내실험을 수행하였다. 또한 실내실험을 바탕으로 현장시험을 수행하여 현장 적용성을 검토하였고, 신뢰성을 확보하기 위해 Purdue TDR 시스템과 비교실험을 수행하여 정밀도를 확인하였다. 또한 유한요소해석을 수행하여 Flat 프로브의 영향범위를 확인하였다. 그 결과 약 10cm의 영향범위를 확인하였고, 실내실험결과 함수비는 평균적으로 약 0.4%의 오차를 보이며, 건조단위중량의 경우 약 1.6%의 오차를 보였다. 현장시험의 경우 함수비는 0.8%, 건조단위중량의 경우 2.5%의 오차를 보였다. 실험 결과를 통하여 Flat TDR 시스템의 측정값은 기존의 TDR 시스템보다 정확한 값을 도출하는 것을 확인할 수 있었다.

지하투과레이더를 이용한 이상구간 평가 시 안테나 지향성의 영향33_11_2.pdf

강성훈 (정회원, 고려대학교 건축사회환경공학부 박사수료)

이종섭 (정회원, 고려대학교 건축사회환경공학부 교수)

이성진 (정회원, 한국철도기술연구원, 광역도시교통연구본부 책임연구원)

박영곤 (정회원, 한국철도기술연구원, 광역도시교통연구본부 책임연구원)

홍원택 (정회원, 고려대학교 건축사회환경공학부 박사수료, 01698788767@korea.ac.kr)

지하투과레이더 신호는 같은 대상지반에 대하여 탐사를 수행하더라도 안테나의 지향성에 따라 신호의 진폭이 다르게 측정될 수 있으므로 이상구간 평가 시 안테나의 지향성을 고려하여야 한다. 본 논문의 목적은 전자기파의 반사특성 분석을 통하여 안테나의 지향성을 조사하고, 지향성에 따른 이상구간의 검측이 가능한 각도의 유효범위를 평가하는 것이다. 지향성 측정을 위하여 원형의 금속봉을 반사체로 설정하고 전자기파의 E-평면(E-plane)과 H-평면(H-plane)에 대하여 안테나와 이루는 각도와 거리를 조절하며 반사파를 측정하였다. 측정된 반사파의 분석을 통하여 안테나에 대한 영역의 경계를 설정하였으며, 근거리장 및 원거리장 영역에서 각각 서로 거리가 다른 두 지점을 설정하여 근거리장 및 원거리장 영역에서의 방사 패턴을 조사하였다. 방사 패턴 측정 결과, 근거리장에서는 E-평면 및 H-평면 모두 최소 50° 이상의 구간에서 부엽이 나타나 주엽 방향 및 부엽 방향에 대하여 지향성을 보인 반면, 원거리장에서는 주엽 방향에 대해서만 지향성을 보였다. 근거리장 영역에서는 반사파의 진폭이 변동을 보이긴 하나 반사파와 잡음의 구분이 가능하여 분석의 신뢰도가 높은 반면 원거리장 영역에서는 반사파의 진폭은 안정된 모습을 보였으나 전자기파 손실이 크기 때문에 반사파와 잡음의 구분이 어려워 분석의 신뢰도가 낮을 것으로 판단되었다. 본 연구에서 수행된 근거리장과 원거리장에서의 지향성 평가는 도심지와 같이 임의의 위치 및 깊이에 존재할 수 있는 이상구간 평가 시 신뢰도 향상에 활용될 수 있음을 보여준다.

돌기형 저항체를 설치한 앵커의 인발저항거동33_11_3.pdf

유민구 (정회원, 아주대학교 건설교통공학과 박사과정)

이상덕 (정회원, 아주대학교 건설교통공학과 교수, lsangduk@ajou.ac.kr)

본 연구에서는 정착부 표면에 저항체를 설치한 앵커의 인발거동특성을 모형시험을 통해 규명하였다. 모형시험은 원형의 토조 중앙에 앵커체를 설치한 후 앵커를 등속으로 인발하면서 인발저항력을 측정하였다. 본 연구에서는 앵커 형식(저항체 설치 유무), 앵커체 표면의 마찰조건(1/3, 2/3, ) 과 돌기형 저항체 개수(1set, 2set, 4set), 돌기형 저항체 높이(0.05d, 0.10d, 0.20d) 등 총 10가지의 조건에 대하여 인발시험을 실시하였다. 인발시에는 일정한 속도(1mm/min)를 유지하였으며, 최대 80mm까지 인발하여 각 조건별 인발하중 및 변위를 측정하였다. 인발시험 결과 확장형 앵커는 마찰형 앵커와 비교하여 최대 인발저항력 뿐만 아니라 잔류 인발저항력도 크게 발생하는 것으로 분석되었다. 돌기형 저항체의 설치개수 증가에 따라 최대 인발저항력이 증가하였으며, 잔류 저항력 비율은 171˜591%로 마찰형 앵커에 비해 현저하게 증가하였다.

수치해석을 통한 샌드드레인과 열주입에 의한 연약지반의 압밀 해석33_11_4.pdf

고이 잔나릿 (Graduate Student, Dept. of Civil Engrg., Gangneung-Wonju National Univ.)

윤찬영 (Member, Prof., Dept. of Civil Engrg., Gangneung-Wonju National Univ., yune@gwnu.ac.kr)

연약지반의 압밀거동은 온도변화에 의하여 영향을 받는다. 연약 점토지반 내에 온도가 증가하면 간극수압이 증가하고 간극수압의 소산은 부피와 간극비를 감소시킨다. 또한 높은 온도는 간극유체의 점성을 감소시키므로 압밀속도가 빨라진다. 본 연구에서는 온도가 압밀침하량, 압밀시간, 간극수압과 같은 압밀거동에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 위하여 수리역학적(HM) 및 열수리역학적(THM) 거동에 대한 수치해석을 수행하였다. 열주입과 샌드드레인을 동시에 고려하였으며, 온도 변화 및 샌드드레인 직경 변화를 고려하여 해석을 수행하였다. 해석결과, 시료내부의 온도는 열원의 온도와 샌드드레인의 직경 증가에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 열주입은 과잉간극수압을 증가시키고 그에 따라 과압밀 영역에서는 추가적인 침하량을 유발하고 정규압밀 영역에서는 압밀시간을 감소시키는 것으로 나타났다.

뒷굽 길이가 짧은 캔틸레버 옹벽의 Coulomb 토압 산정에 대한 영향 인자 분석33_11_5.pdf

유건선 (정회원, 한라대학교 토목공학과 교수, ksyoo@halla.ac.kr)

본 연구에서는 사질토 뒷채움재의 캔틸레버 옹벽에서 뒷굽 끝단 연직면에 작용하는 주동토압을 산정하는 방법을 제안하였다. 캔틸레버 옹벽에서 뒷굽길이에 따른 전단 영역의 변화는 벽체의 벽마찰력, 뒷채움 경사에 따라 뒷굽 끝단 연직면에 작용하는 주동토압에 영향을 준다. 뒷굽길이에 따라 변하는 파괴면각도를 가정하여 토압을 산정하는 한계평형법은 적용하기에 매우 복잡하므로 본 연구에서는 한계해석법을 사용하여 토압을 구하였다. 한계해석법으로 뒷굽길이에 따라 실제 파괴면각도가 고려된 토압을 정확히 산정하고, 이로부터 뒷굽 끝단 연직면에 작용하는 수평토압과 연직토압을 분석하였다. 본 연구결과에 의하면, 뒷굽길이가 짧아짐에 따라 내측 파괴면 경사각은 이론식보다 증가한 반면에 외측 파괴면 경사각은 영향을 받지 않았다. 뒷굽 끝단의 연직면에 작용하는 배면마찰각은 지표면 경사각과 벽면마찰각 사이의 값을 나타내었으며, 주동토압 또한 감소하였다. 최종적으로 상대적인 뒷굽길이와 뒷굽 끝단의 연직면에 작용하는 마찰각(연직토압/수평토압의 비)의 상관관계를 사용함으로써 Coulomb 토압을 간편하게 산정할 수 있도록 하였다.

수치해석을 이용한 대형원형강재 가물막이의 침투 안정성 분석33_11_6.pdf

Ssenyondo, Vicent (비회원, 동아대학교 토목공학과 박사과정)

Tran, Van An (비회원, 동아대학교 토목공학과 석사과정)

김성렬 (정회원, 서울대학교 건설환경공학부 부교수, sungryul@snu.ac.kr)

최근 재래식 가물막이의 문제점을 해결하기 위하여 새로운 해상 대형원형강재 가물막이 공법이 제안되었다. 본 연구에서는 침투 흐름해석을 수행하여 대형원형강재의 파이핑 현상에 대하여 분석하였다. 흐름해석에서 균질한 지반조건과 정상상태 흐름조건을 적용하였다. 흐름 조건의 경우 2차원 조건(2-D), 2차원 흐름집중 조건(2-DC), 그리고 2차원 축대칭 조건을 서로 비교하였다. 그 결과, 축대칭 흐름조건의 침투속도가 2-D와 2-DC 조건의 흐름속도와 비교하여 각각 1.5배와 2배 큰 침투속도를 보여주였다. 즉, 대형원형강재는 원형형상의 벽체 중심으로 흐름이 집중되므로 2차원 축대칭 흐름조건을 적용하였다. 대형원형강재의 직경, 벽체의 지중 근입깊이, 그리고, 벽체 내외부의 수위차 등을 변화시키며 변수연구를 수행하였다. 파이핑 안전율에 영향을 주는 유출동수경사는 벽체의 지중 근입깊이와 강재 직경이 증가할수록 감소하였다. 본 연구에서는 다양한 변수조건에서 안전율과 유출동수경사를 산정할 수 있는 간이 설계도표를 제안하였다. 그리고, 최종적으로 대형원형강재의 간이 설계에 적용할 수 있는 유출동수경사 산정식을 제안하였다.

암반지층 굴착벽체 작용토압에 대한 암반조건의 영향: 수치해석적 조사33_11_7.pdf

손무락 (Member, Prof., Dept. of Civil Engrg., Daegu Univ., mson@daegu.ac.kr)

Adedokun, Solomon (Former Graduate Student, Dept. of Civil Engrg., Daegu Univ.)

본 연구는 절리가 형성된 암반지층에서 암석종류, 절리경사각, 토압계수 및 지하수조건을 달리할 때 굴착벽체에 발생하는 토압의 크기 및 분포에 대해서 조사하였다. 모형실험(Son and Park, 2014)에 근거하여 확장연구를 수행하였으며, 이 때 암반-구조 상호작용과 암반의 절리특성을 고려하기 위하여 개별요소법을 이용한 수치해석을 수행하였다. 본 연구로부터 굴착벽체에 작용하는 토압은 암석종류, 절리경사각 및 토압계수 뿐만 아니라 지하수조건에 의해서 크게 영향을 받는다는 것을 파악하였다. 이와 더불어 본 연구로부터 조사된 토압을 토사지반에 적용되는 Peck의 경험토압과 비교하였으며, 이를 통해 절리형성 암반지층 굴착벽체에 발생하는 토압은 토사지반에서 발생하는 토압과 크게 다를 수 있다는 것을 확인하였다.

개량 벤토나이트와 현장토 혼합 차수층의 염수조건하에서의 투수성 평가33_11_8.pdf

서 흠 (정회원, 서울대학교 건설환경공학부 박사수료)

오명학 (정회원, 한국해양과학기술원 연안방재센터 책임연구원)

박준범 (정회원, 서울대학교 건설환경공학부 교수, junbpark@snu.ac.kr)

벤토나이트와 현장토를 혼합하여 차수재료로 폐기물 매립장의 차수층에 많이 적용하고 있다. 차수층으로 사용되는 재료는 일반적으로 투수계수가 1×10-7cm/s 이하인 재료를 사용한다. 벤토나이트를 현장에서 차수층 재료로 사용될 때 벤토나이트는 건조-수축 균열 발생 및 염수조건에서 팽창성 떨어지고 차수 기능을 상실하는 등의 문제점이 존재한다. 벤토나이트의 문제점을 극복하기 위해 본 연구에서는 균열 방지 및 해수조건에서 차수성을 확보할 수 있는 내염성 벤토나이트를 개발하였고, 건조수축균역 시험, 팽윤도 시험, 다짐시험 및 투수실험을 통해 내염성 벤토나이트의 혼합비 결정 및 성능을 평가하였다.

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