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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
15권 6호
초록
전단응력에 의한 전단강도 및 모드 II 파괴인성은 이산화탄소 지중저장에서의 덮개암 및 주입층의 안정성 평가에 활용되는 중요한 인자들이다. 본 연구에서는 짧은 보 압축시험을 이용하여 코코니노 사암의 전단강도 및 모드 II 파괴인성을 측정하였다. 측정된 평균 전단강도는 23.53 MPa이며, 모드 II 파괴인성은 1.58 MPa√m이다. 응력확대계수(stress intensity factor)는 변위외삽법 (displacement extrapolation method)을 이용한 유한요소법으로 결정하였다. 또한 이축응력(biaxial stress)과 수분포화(water saturation)가 모드 II 파괴인성에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 이축응력이 증가할수록 파괴인성도 증가하였고, 완전포화된 시험편의 파괴인성은 건조상태의 파괴인성보다 대략 11.4% 감소하였다.
Abstract
The mode II fracture toughness and strength due to shear stress are important parameters in the stability of caprock and injection zone with application to geological sequestration of carbon dioxide. In this research, a short beam compression test has been used to determine the shear strength and the mode II fracture toughness for Coconino sandstone. The average value of the shear strength and mode II fracture toughness are estimated to be 23.53 MPa and 1.58 MPa√m respectively. The stress intensity factor is suggested by finite element analysis using the displacement extrapolation method. The effect of biaxial stress and water saturation on the fracture toughness has also been investigated. The fracture toughness increases with confining stresses, but decreases by 11.4% in fully saturated condition.
초록
고속철도는 대규모의 인원과 물자를 신속하게 운반할 수 있는 친환경 운송수단으로 각광받고 있다. 고속철도는 빠른 속도로 인해 선형이 제한되어 건설되므로 산이 많은 지형에서는 터널이 많아진다. 고속으로 주행중인 열차가 터널에 진입하는 경우에 터널 내부에서 압력파가 발생하는데 이로 인해 이명감과 미기압파라는 문제가 발생한다. 터널 내의 압력파를 완화시키기 위한 다양한 방법 중 수직갱을 이용한 방법도 연구되고 있는데 이 연구에서는 TTMA라는 고속철도 터널 공기역학 해석프로그램을 이용하여 수직갱에 의한 수치해석모듈을 개발하였다. 이를 검증하기 위해 실측결과와 비교하여 그 성능을 검증하였으며 기존의 수치해석결과와 비교하여 그 우수성을 검증하였다.
Abstract
High speed railway can transport large quantity of people and commodities in a short time and has become one of the most desirable and environmentally friendly transportation. However, it is hard to have a complicated route for high speed railways, construction of tunnels is essential to pass through a mountain area. When a high speed train enters a tunnel, pressure wave is created in a tunnel and the wave causes micro pressure wave and discomfort to passengers. In order to alleviate pressure wave in a tunnel, constructing a vertical shaft is one of the most efficient ways. This study represents a numerical analysis module, which takes into account the effect of a vertical shaft in a tunnel. The module can be used in a numerical program (TTMA) specialized for aerodynamics in a tunnel, and it was validated by comparing numerical results with various measurements in Emmequerung tunnel and results from numerical analysis using Fluent.
초록
박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, TSL)는 1990년대에 개발되어 광산에 처음 적용된 이후로 숏크리트의 대체 재료로서의 활용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 폴리머 함량이 다른 두 가지 TSL 재료에 대하여 인장강도시험, 부착강도시험, TSL 코팅 시험편에 대한 압축강도시험 및 EFNARC(2008)에서 제안한 TSL의 지지 성능평가 시험을 수행하여 지보재로서 사용하기 위한 TSL의 역학적 성능을 평가하였다. 실험결과, 본 연구에서 사용된 두 가지 재료 모두 지보재로서의 최소 성능 규정은 만족하는 것으로 나타났으며, 특히, 폴리머 성분이 높을수록 인장강도가 증가하는 반면, 시멘트계 성분이 높을수록 상대적으로 초기 재령에서 부착강도가 크게 나타남을 실험적으로 확인하였다.
Abstract
The use of Thin Spray-on Liner (TSL) as an alternative to shotcrete has drastically increased since 1990s when it was first developed and introduced to mines. In this study, tensile strength test, bond strength test, compression test with specimens coated by TSL, and two kinds of bending tests proposed by EFNARC (2008) were performed with two kinds of TSLs with different material compositions in order to evaluate their support capacities. As a result, both TSLs were shown to be satisfactory for the minimum performance requirements for a structural rock support suggested by EFNARC (2008)and tensile strength of a TSL was shown to increase as its content of polymer was higher. In contrast, its bond strength was shown to increase proportional to the content of a cementitious component especially at the early age.
초록
본 연구에서는 주방식 지하구조물의 안정성 검토방안을 마련하기 위해 암주와 천장부의 거동을 수치해석 방법으로 검토하였다. 또한, 기존 자원개발 분야에서 고려하는 주방식 공법의 설계 개념과는 달라져야 하는, 공간 확보차원에서의 합리적인 주방식 공법의 설계 절차 및 개념을 제시하였다. 주어진 지반 조건에서 암주의 형상비와 천장부의 길이에 따른 수치해석을 수행하였으며 초기 이완이 시작되는 시점에서의 파괴유형과 위치 변화를 검토하였다. 해석결과, 천장부 폭과 암주 폭과의 비(w/s)와 파괴시점의 상재하중 간의 관계는 선형관계를 보였으며, 천장부 폭과 암주 폭의 비가 주방식 채광 설계에서는 매우 중요한 설계인자로 다루어지는 암주의 폭과 높이 비(w/H)보다 구조물의 안정성 확보차원에서는 더욱 민감한 설계인자인 것으로 나타났다. 이는, 암주의 안정성 만을 확보하는 차원에서 수행되는 주방식 채광 설계법과는 달리, 암주부와 함께 구조물 천장부 및 어깨부의 안정성까지도 함께 고려하여 지하구조물의 안정성을 확보할 수 있는 구조물 설계가 되어야 함을 의미한다. 또한, 지하구조물의 형상에 따라 초기 이완대가 발생하는 위치와 전단 또는 인장파괴 등 파괴유형도 다르게 나타나, 주방식 지하구조물에 대한 설계는 상재하중에 따른 천장부와 암주의 안정성을 연계하여 수행하는 것이 필요하다.
Abstract
In this study, in order to evaluate stability of the room-and-pillar underground structure, a series of preliminary numerical analyses were performed. Design concept and procedure of an underground structure for obtaining a space are proposed, which should be different from structural design for the room-and-pillar in mine. With assumed material properties, a series of numerical analyses were performed by varying size ratios of room and pillar and then the failure modes and location at yielding initiation were investigated. From the results, relationship between the ratio of pillar width to the roof span (w/s) and overburden pressure at failure initiation shows a relatively linear relation, and the effect of w/s on structural stability is much more critical than the ratio of pillar width and height (w/H) which is a crucial parameter in design of the room-and-pillar mining. It means that roof tensile failure and shear failure at shoulder and pillar are necessary to be considered together for confirming overall structural stability of the room-and-pillar structure, rather than considering the pillar stability only in mining. Failure modes and location at failure initiation were varied with respect to the ratio of room and pillar widths. Therefore, it is necessary to simultaneously consider stability of both roof span and pillar for design of underground structure by the room-and-pillar method.
초록
본 연구에서는 지하공간 건설을 위한 주방식 공법에 대해 기존 전통적인 지하공간 건설공법에 대비한 공사비 측면의 경제성 검토를 가정된 전형적인 지반조건에 대해 수행하였다. 경제성 비교검토를 위해 지하철 역사 등 대규모 지하공간 조성에 적용되고 있는 전통적인 공법 중 하나인, 2아치 터널 굴착 공법을 비교대상 공법으로 선정하고 동일한 공용 단면적을 확보하도록 굴착하였을 때 소요되는 공사비를 산정하여 비교하고 타당성을 검토하였다. 주방식 공법에 적용할 보강 공법 등은 기존 공법에서 사용하는 방식을 차용하는 것으로 가정하였으며 특히, 굴착 공사의 경우, 주방식 공법은 대체적으로 직사각형 단면을 사용하나 기존 공법과의 비교를 위해, 그리고 공간 천정부 및 암주부의 지반 자체 지지력을 최대한 증가시키기 위해 아치형의 터널 형태로 굴착하는 것으로 가정한 검토를 수행하였다. 검토 결과, 건설 요구 공간이 넓어질수록, 암반의 상태가 양호할수록 기존 전통 터널공법 대비 주방식 공법의 경제성이 더욱 향상될 수 있는 것으로 파악되었다.
Abstract
This study aims to investigate an economical efficiency of two excavation methods with respect to the room-and-pillar method for the underground space and conventional excavation method, i.e. 2-arch tunnelling method. For feasibility study, an excavation cost for both room-and-pillar method and 2-arch tunnelling method was estimated when the same space in operation was required. It was assumed that properties of reinforcements and rock were adopted from literatures. However, an excavation shape of the room-and-pillar method was assumed not to be the rectangular shape which is a general type in the room-and-pillar method but to be an arch shape in order to compare with the conventional excavation method (2-arch tunnelling) and to achieve the maximum bearing capacity of the structure during excavation. Consequently,the wider space in use or required and the better condition of rock we assumed, the more economical advantage we have in the room-and-pillar method than the 2-arch tunnelling method.
초록
현재 국내 석회석광산은 개발 방식 및 특성에 따라 환경적, 사회적, 경영적 측면에서 다양한 문제 등을 내포한 채 운영되고 있다. 따라서 최근에는 이 같은 문제점들을 저감하고 지속가능한 광산개발을 위하여, 갱내채광 혹은 시설물 갱내화 등 다양한 노력이 계속되고 있다. 이러한 노력은 기존의 광산개발 공간 외에 새로운 지하대형공간의 생성을 유발하기 때문에, 작업자 및 시설물의 안전성확보를 위하여 발생 가능한 다양한 종류의 리스크에 대한 재난관리 필요성이 제기되고 있다. 본 연구에서는 지하대형공간을 구축하고 시설물을 갱내화하여 본격가동을 앞둔 석회석광업현장의 작업자들을 대상으로 설문조사를 실시하여 리스크 위험도평가 및 업무영향력분석 후 재난관리를 위한 업무우선순위를 도출하였다. 그 결과, 대상 현장의 경우 파분쇄 및 분립선별공정에서 안전수칙 불이행으로 인한 리스크에 대하여 위험도가 가장 높은 것으로 나타났다. 또한, 이 리스크에 대한 재난발생시 업무연속성 유지를 위한 영향력을 분석결과 우선적으로 갱내외의 연계작업이 원활하게 이루어지도록 해야 하는 것으로 나타났다.
Abstract
As Limestone mines have been operated with various environmental, societal and managemental problems depending on their characteristics and developing methods, many great efforts have been applied to solve these problems. Installing the mining facilities underground is one of the successful efforts to keep the sustainable limestone mine development. This effort could reduce these problems. However, unfortunately it made an side effect of constructing a large underground space in mining site. Moreover, this space caused a necessity of various disaster managements for the safety of workers and facilities. This study introduces the priority list of a limestone mining process if there are disasters in underground mining site. This result is coming from the risk assessment and business impact analysis on survey data which were obtained from the miners of that particular limestone mine. According to the result, the highest risk is ‘disregard of safety guidelines in crushing &classifier process’. The result also shows the highest priority business, above all things, is ‘a pit linked work of in & out process’.
초록
유럽 등 해외에서는 TBM 굴착방식을 이용한 터널이 다수 건설되고 있지만, 국내에서는 거의 적용되고 있지 않다. TBM 철도터널의 적용성을 높이기 위해서는 토목적 설계요소와 공기역학적 영향을 고려한 최적단면을 선정할 필요가 있다. 이러한 최적단면의 선정시에는 터널 연장, 열차 속도, 전차선 높이, 공동규 규격 등 토목적인 설계요소에 대한 고려와 함께 공기역학적 영향을 검토하여 적정 단면 계획의 수립이 필요하다. 공기역학적 검토시에는 최근 철도터널의 고속화를 고려하고 적절한 분석기준의 수립이 필요하지만 현재 국내에서는 관련기준이 없어 터널마다 상이한 공기압 분석기준이 적용되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내외 이명감 및 미기압 분석기준에 대하여 검토하고, TBM 터널단면별 공기역학적 분석을 통해서 TBM 철도터널의 단면선정시 공기역학적 영향과의 상관관계에 대해 분석하였다.
Abstract
Although the TBM method is mainly adopted in overseas market including the Europe, etc, the method scarcely adopted in domestic market. For highly enhancing applications of the TBM method for railway, It is needed to select the optimal cross-section considering design elements of civil engineering and aerodynamic effects. Also, it is needed to establish plan of proper section as well as reviewing aerodynamic effects and consideration about civil engineering elements such as length of tunnel, speed of railway, height of whole lines and size of utility tunnel, etc. Even though it should be recently considered high-speed railway tunnels and required to be standard establishments in aerodynamic reviews, it is being applied to be criteria of inconsistent pneumatic analysis owing to be not related with domestic standards. In this study, therefore, we are willing to establishment of domestic and foreign aerodynamic standards and investigate correlation between optimal cross-section and aerodynamic effects of TBM railway tunnels.
초록
터널의 지반이완하중 산정방법에는 이론식, 경험식, 수치해석적인 방법 등이 있는데 이론식과 경험식은 실무에 적용하기에는 많은 한계점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 그 중에서 수치해석적 방법이 지반이완하중 산정에 필요한 모든 매개변수를 고려할 수 있고, 지반과 지보재의 상호작용을 모사할 수 있기 때문에 보다 합리적인 방법이라 판단하였다. 수치해석 결과를 바탕으로 명확한 지반이완영역을 결정하기 위하여 Sakurai(1981)의 한계전단변형률 개념을 이용하였다. Stable region의 경계영역인 Level 1의 지반이완하중고를 산정한 결과 지반등급 3까지는 지반이완하중이 산정되지 않았고, 지반등급 4, 5에서는 기존 산정방법들에 비해 지반이완하중고가 작게 산정되어 보다 경제적인 콘크리트라이닝 설계가 가능할 것으로 판단하였다.
Abstract
After studying the characteristics of three different evaluation methods of rock load; namely theoretical method, empirical method and numerical method, there were too many limitations for them to be applied on tunnels. Therefore, in this research paper, the method based on numerical analysis is selected to use as this method is the most reasonable one since it considers all parameters that are necessary for rock load estimations, and it also considers the interaction between ground and tunnel support. The critical shear strain concept formulated by Sakurai (1981) was used in order to measure exact rock load values based on numerical analysis. Evaluation on a Level 1 rock load height, which is depicted by the stable region in the graph shows that rock load is not affecting between ground grade 1~3, and it was evaluated that the fourth and fifth grades show less values of rock load height which led to the conclusion of a more economical design of concrete lining.