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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
12권 1호
초록
지금까지 Martin 등(1999)의 선형관계식에 의한 스폴링 깊이 평가법이 널리 이용되어 왔으나, 이 방법은 원형 공동에만 적용될 수 있으며 실제 스폴링 발생현장에 적용한 결과 과대평가하는 결과를 보였다. 한편, 스폴링 폭을 평가하는 방법은 아직까지 제시되어 있지 않아 적절하게 평가가 이루어지지 못했다. 그러나, 스폴링 영역에 대한 적절한 보강을 위해서는 스폴링 깊이와 스폴링 폭에 대한 정량적인 평가가 필수적이다. 본 연구에서는 스폴링 관측사례와 스폴링 발생현장의 CWFS 수치해석 사례를 통해 3가지 스폴링 평가인자의 함수로 표현되는 정규화 스폴링 깊이와 정규화 스폴링 폭의 선형회귀식을 도출하였고, 통계추론에 의한 95% 신뢰구간을 통해 회귀식의 신뢰성을 검증하였다. 제안된 선형회귀식으로부터 예측된 스폴링 깊이와 스폴링 폭은 회귀관계의 분산도를 고려한 가중치를 적용함으로써 현장관측결과를 합리적으로 예측할 수 있었다.
Abstract
Until now, the evaluation method of spalling depth using Martin et al. (1999)’s linear regression relations has long been known applicable. However, it is not likely that the proposed equation is applicable to the openings other than circular type and mostly overpredict the spalling depth in comparison with actual spalling cases. Moreover, the evaluation method to estimate the spalling width has not been presented yet; it is essential to evaluate the spalling width in addition to the spalling depth, because the shape of the spalled region influences the choice of suitable rock reinforcement. In this study, linear regression equations, in which normalized spalling depth () and normalized spalling width () are functions of three spalling evaluation indices, , and , are established based on in-situ spalling observations and CWFS simulation results. Confidence intervals of 95% using the statistical inference theory are used in verifying the reliability of linear regression equations. Spalling depth () and spalling width () predicted from the proposed linear regression relations, which take three spalling evaluation indices into account, showed reasonable match with in-situ observations by adopting weighting factors considering the degree of variance of linear regression relations.
초록
스폴링 현상은 높은 현지응력하에서 확장균열의 발달로 암반공동 주변에서 발생하는 파괴형태이다. 기존 연구에 의하면 3가지 스폴링 기준은 범위로 제시되어 있어 기준 자체의 애매모호함이 상존하고 있다. 본 연구에서는 퍼지확률이론을 적용한 새로운 스폴링 발생 종합 평가모델을 제안하였고 스폴링 발생현장에 평가모델을 적용한 결과 현장관측결과와 일치하는 결과를 보였으며, 정량적으로 스폴링 발생확률을 산정할 수 있었다. 특히, 3가지 스폴링 평가인자별 상대중요도를 고려한 가중치를 적용함으로써 실제 스폴링이 관측된 현장이 스폴링이 발생하지 않는 것으로 평가되는 오류를 해결하였다. 또한, Martin 등(1999)의 손상지수에 형상계수를 도입한 수정손상지수가 포함된 스폴링 평가인자를 스폴링 발생 종합 평가모델에 적용한 결과 합리적인 스폴링 발생확률을 산정할 수 있었다.
Abstract
Spalling is a kind of instability phenomenon of surrounding rock around underground openings subjected to high in-situ stress according to the development of extension fractures. Three kinds of spalling criteria have been presented so far; however, all spalling criteria have the range of values so that the fuzziness and vagueness of spalling criterion cannot be avoided. In this study, a new fuzzy probability model is proposed to predict the probability of spalling in a systematic way by using fuzzy probability theory. Many of the underground opening projects worldwide are evaluated with the proposed method. Prediction results expressed as the spalling probability agree well with the in-situ observations. In particular, a new fuzzy probability model considering all three evaluation indices of spalling by adopting weighting factors based on relative reliability among three evaluation indices is able to resolve erroneous prediction of spalling by choosing only one prediction method. Moreover, the more reasonable value of spalling probability could have been obtained by adopting the modified damage index to the newly proposed fuzzy probability model.
초록
본 연구에서는 실험 및 수치해석적인 접근방법을 통하여 대심도 과지압 구간에서 발생하는 암반의 스폴링(spalling) 및 팽창모드에 대한 모델링 기법을 연구하였다. 이에 대한 실험적 접근 방법으로서 축 방향 압축을 받는 직사각형 인공암석 보(beam)에 4점 휨 시험을 결합한 축방향 압축 휨 시험을 수행하여 대심도 지하공간의 응력모드와 유사한 조건 하에서의 암석의 균열 팽창 및 스폴링 과정을 고찰하였다. 또한, 수치해석적 접근방법으로서 기존의 연속체 해석으로는 모사하기 힘든 암석의 균열과정 및 팽창특성을 개별 입자해석 프로그램인 PFC2D를 이용하여 모델링 하였다. 본 연구 결과 휨 실험에서 구한 팽창시점은 스폴링에 요구되는 응력수준을 평가하는데 중요한 지표가 됨을 알 수 있었으며, 또한 수치해석 결과도 유사한 결과를 모사할 수 있음을 보여주었다
Abstract
This paper presents both numerical and physical modeling approaches for the dilation and spalling of rock recognized as typical process of rock around an underground opening at depth. For physical approach, laboratory testing of rectangular beams using a synthetic rock was used to investigate the onset of dilation and spalling. The beams are axially compressed and subjected to 4-point bending to provide non-uniform compressive stresses which are similar to the maximum tangential stress distribution around circular openings. Discrete element numerical analyses using commercial code PFC2D (Particle Flow Code) were performed to evaluate the stress path at various locations in the beams. The findings from these approaches suggest that the onset of dilation in laboratory tests appears to be a good indicator for assessing the stress magnitudes required to initiate spalling.
초록
도로터널내의 피난연락갱은 화재시 터널내 통행자의 안전성 확보를 위한 방재시설 중 하나이며 국내의 경우 500 m이상 터널에서는 250 m 간격 이하로 설치하도록 규정하고 있다. 그러나 이러한 일괄적인 피난연락갱 간격 산정은 터널 내 풍속이나 구배, 화재강도 및 터널의 내공단면적 등 터널의 특성에 대한 고려가 되지 않기 때문에 과대 및 과소 설비가 될 우려가 발생한다. 본 연구에서는 터널 내 풍속 및 구배의 영향을 고려한 피난연락갱 적정간격 산정 방식을 제시하여 터널 설계시 피난연락갱의 효율적인 적용을 목표로 한다. 결과로 터널내 풍속이 0 m/s와 1.0 m/s의 경우 구배에 의한 영향이 뚜렷한 것으로 분석되었으나 2.0 m/s 이상의 경우 터널내 구배에 의한 연기의 이동은 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 터널 내부 기류속도 및 터널 구배에 따른 적정 피난연락갱 간격이 상이하게 나타나 250 m 간격인 기존의 일괄적인 피난연락갱 간격 산정이 아닌 터널 내 풍속이나 구배, 화재강도 및 터널의 내공단면적 등 터널의 특성에 대한 고려값을 적용한 적정 피난연락갱 산정이 필요하다.
Abstract
The escape connecting gallery in a tunnel on a road is one of emergency equipment to ensure safety for passer in the tunnel against the tunnel fire. Government stipulate over 500m tunnel has the cross passage at intervals of less then 250 m. However, this lump estimated interval is generated the concerns of exaggeration and under construction because peculiarity of the tunnel ex. The velocity of the tunnel airflow, an incline, degree of a fire, and innering area are not considered. The study indicate the way to estimate of the cross passage considered an incline and the velocity of the tunnel airflow for efficient application of cross passage on the tunnel design. As a result, in 0.0 m/s and 1.0 m/s of the velocity of the tunnel airflow case, the movement of smoke is influenced by the incline however, in 20 m/s case, it isn’t influenced by incline much. According to the velocity of tunnel airflow and the incline, optimum interval of cross passage is not corresponded. Therefore established lump estimate that has 250 m intervals would be changed to estimate of optimum interval of cross passage that considered about the properties of tunnel, the velocity of the tunnel airflow, incline, degree of a fire and innering area of the tunnel.
초록
최근 새로운 형태의 폴리올레핀 섬유에 대하여 성능향상 개발이 이루어지고 있으며, 기존 섬유와 혼입하여 사용하거나 폴리올레핀 섬유만을 사용한 콘크리트 특성에 대하여 연구와 검증이 필요하다. 본 연구의 목적은 강섬유와 폴리올레핀 섬유를 사용한 콘크리트의 휨 인성 및 휨 인장강도에 대한 성능을 확인하기 위하여 324개의 보 시편을 제작하고, KS F 2566과 ASTM C 1399-02규격에서 제시한 4점 휨 실험을 수행하여 휨 인성지수, 등가 휨 인장강도, 평균잔류강도를 분석하였다. 실험결과, 섬유 혼입률, 섬유 형상비에 대한 휨 인성 및 인장강도에 대한 효과가 확인되었으며, 강섬유와 폴리올레핀의 최적의 혼입비율을 제시하였다.
Abstract
Recently, a new type of polyolefin fiber having a good mechanical properties is being developed, and it is necessary to examine a possibility for the new fiber together to be used as a reinforcing fiber with other types of fiber or by itself. The objective of this study is to find flexural toughness and tensile strength of concrete reinforced with steel and polyolefin fibers. Four point beam tests were performed with 324 specimens following two standard tests methods: KS F 2566 and ASTM C 1399-02. From the test results, the effects of volume fraction of fibers, and aspect ratio of steel fiber on the toughness and tensile strength were investigated, and the optimal ratio of steel fiber to polyolefin fiber was suggested.
초록
국외에서는 대형·대단면 지하공간을 건설할 경우 기존의 이형철근 록볼트와 병행하여 시공이 간편하고 안정성을 확보할 수 있는 케이블볼트를 적용하고 있다. 그러나 국내의 경우 케이블볼트에 대한 인식 부족 및 대형 지하공간의 부재로 인하여 기존에 사용하고 있는 이형철근 록볼트를 계속 사용하고 있으며, 또한 케이블볼트의 성능 평가 및 검증에 대한 연구도 매우 적어 현재 현장 시험시공 수준에서 머무르고 있다. 따라서 본 연구에서는 외국에서 개발된 버튼형 케이블볼트를 수정·보완하여 콘형 케이블볼트를 개발하였다. 개발된 콘형 케이블볼트의 적용성 및 성능 평가를 수행하기 위하여 이형철근 록볼트, 일반(plane) 케이블볼트 그리고 외국에서 다양하게 개선된 케이블볼트 중에서 콘형 케이블볼트와 작용 매커니즘이 비슷한 벌브형 케이블볼트를 함께 사용하여 인발성능을 평가하였다. 실험 결과, 강도 관점에서 (콘형 케이블볼트≈벌브형 케이블볼트) > 록볼트 > 일반 케이블볼트 순으로 인발강도 값이 크게 산정되었다. 따라서 본 연구에서 개발한 콘형 케이블볼트는 기존에 외국에서 개발된 고성능 케이블볼트와 동등 이상의 성능을 보였으며, 결국 실제 현장에서 지보재로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
The cablebolt which secures a workability and stability has been used in foreign countries as one of supporting materials with rebar rockbolt especially in construction of large underground structures. However, only the rebar rockbolt has been applied up to now to all the constructions of underground structures in Korea due to an absence of recognition of cablebolt and large underground structure projects. Consequently, the research for a performance evaluation and verification of cablebolt is very limited and only the proto-type field tests have been conducted. In this study, the cone-shaped button cablebolt is developed by modifying an existing button cablebolt. To evaluate a performance and applicability of cone-shaped button cablebolt, the laboratory pull tests are conducted and bond capacity is analyzed under a various conditions. The rebar rockbolt, plane cablebolt, and bulb cablebolt which has a similar mechanical behavior with cone-shaped button cablebolt, are also tested and their bond capacities are evaluated and compared with cone-shaped button cablebolt under the same condition. The results show that the bond capacity is in the order of (cone-shaped button cablebolt≈bulb cablebolt) > rockbolt > plane cablebolt. It is found that the bond capacity of cone-shaped button cablebolt developed in this study is at least equivalent with an existing high performance cablebolt developed in foreign countries, therefore the cone-shaped button cablebolt could be used as one of supporting materials for underground structures in construction field.
초록
본 연구는 새로 개발된 쉴드 TBM 테일 보이드 동시주입용 무기계 가소성 그라우트의 현장적용 가능성을 평가하기 위하여 체적변화성 및 투수계수를 측정하였으며, 환경영향성 평가를 실시하였다. 또한, 무기계 가소성 그라우트의 현장 시험시공에 앞서, 쉴드 TBM 모형주입장치 및 후방주입 공동충전 시험체를 이용하여 실내실험을 실시하였으며, 실제 서울 전력구 쉴드 TBM 시공현장에 시험시공을 수행하였다. 기중에서 14일 양생시킨 공시체를 이용해서 무기계 가소성 그라우트의 체적변화성을 평가한 결과, 무기계 가소성 그라우트의 체적변화는 거의 발생하지 않았다. 그리고 투수계수를 측정하여 비교한 결과 무기계 가소성 그라우트의 우수한 차수효과를 확인 할 수 있었다. 어독성 시험과 용탈시험을 통한 환경영향성 평가를 수행한 결과, 무기계 가소성 그라우트의 경우 평균 pH가 8.0으로 측정되었으며, 96시간 경과 후 10%의 폐사율을 보였다. 용탈액에 대한 원자흡광분광 시험 결과 용탈에 의한 유해 중금속 성분은 수질관리 기준치 이하로 검출되었다. 가소성 그라우트의 현장 적용성 실험을 위하여 실내 모형실험을 수행한 결과 충전성은 확보되었으며, 실제 시공현장에 적용한 결과 우수한 주입성을 보였다.
Abstract
The focus of this study is to evaluate the field applicability of the newly developed inorganic thixotropic-grout in various ways. In order to do this, the volume stability and the permeability of the inorganic thixotropic-grout have been measured and compared to the existing silica type grouts. In addition, the filling capability of the grout into the tail void has been evaluated through both an experiment with a miniature tail-void filling equipment and a test filling at the shield TBM construction site. The volume loss of the inorganic thixotropic-grout after a 14 day-curing under the atmosphere condition was appeared to be minimal. The excellent waterproofing ability of the inorganic thixotropic- grout was confirmed through a permeability test. The toxicity of the inorganic thixotropic-grout has been evaluated through a toxicity test of aquatic fishes (KS M 0111) and the pH value of the liquid eluviated from inorganic thixotropic-grout was measured as an average of 8.0 and a fatality rate of goldfish after 96 hours was 10% or so. The existence of harmful heavy metals in the liquid eluviated from the inorganic thixotropic-grout has been also examined through an atomic absorption spectroscopy (AAS) test. Any of harmful heavy metals were not detected and the detected level of Cr6+ and Cd was far below the standard. Based on both an experiment with a miniature tail-void filling equipment and a test filling at the shield TBM construction site, the filling ability of inorganic thixotropic-grout into the tail void was proved to be excellent.
초록
본 연구는 사질토 지반에서의 얕은 터널과 깊은 터널굴착으로 인해 발생하는 지중침하에 주안점을 두었다. 터널 굴착과정에서 일어나는 지반손실에 따른 이론적인 변형형태를 규명하기 위해 알루미늄 봉을 이용하는 실내모형실험과 CRISP프로그램을 사용하여 유한요소해석을 수행하였다. 모형실험 결과와 유한요소해석 결과를 비교․분석한 결과, 서로 유사한 변형형태를 가지는 것으로 나타났다. 또한, 지중침하곡선의 폭에 대한 계수인 K값은 Dyer 등(1996)과 Moh 등(1996)의 현장측정 값 사이에 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 터널모형실험 결과를 토대로 사질토 지반에서의 선형적인 K방정식을 얻을 수 있었다.
Abstract
This study mainly focused on the subsurface settlement due to shallow and deep tunneling in sandy ground. In order to figure out theoretical deformation patterns in association with the ground loss during the progress of tunneling, laboratory model tests using aluminum rods and finite element analyses using the CRISP program were carried out. As a result of comparison between the model test and the finite element analysis, the similar deformation patterns were found. In addition, it was identified that the most K values obtained from both the FEA and the model tests were distributed between Dyer et al. (1996) and Moh et al. (1996) of the field observation data. Based on the model test data, the linear equation of K for the sandy soil could be obtained.
초록
본 논문은 새로운 연약지반 보강 굴착기술인 PNT 대한 연구로써 공법의 메카니즘 이론을 제시하였으며 선 네일의 설치 보강효과를 확인하기 위하여 2차원 수치해석을 수행하였다. 연구결과 PNT공법의 적용시 선 네일에 의한 연약지반에서의 변위가 크게 감소함을 확인하였다. 또한 PNT공법의 설계적용을 위하여 네일의 설치간격, 설치각도 및 설치 너비 등에 대한 다각적으로 분석하였다.
Abstract
In this paper, a new soft ground tunneling technique termed the PNT method(Pre-Nailed Tunneling Method) is studied. Mechanism of the method is investigated in terms of theoretical and numerical approaches. The pre-nailing effects are validated by performing two dimensional numerical analyses. It is identified that the method is successful in soft grounds, and greatly efficient in reducing the ground deformation by nailing the ground. To develop the design guidelines of the method, numerical parametric analyses on the installation range and angle were also carried out. Keywords: Tunnel, pre-support method, soft ground tunnel, F.E.M, PNT method