수치해석을 이용한 터널의 시간의존성 거동 예측 모델에 관한 연구

반호기(Ban, Hoki),김동규(Kim, Donggyou),이철희(Lee, Chul Hee),김희수(Kim Hee-Su) 대한토목학회 2021 대한토목학회 학술대회 Vol.2021 No.10

수치해석을 이용한 터널 부재의 열화로 인한 장기 거동 예측

반호기(Hoki Ban),김동규(Donggyou Kim) 한국지반환경공학회 2022 한국지반환경공학회논문집 Vol.23 No.12

본 논문은 터널을 구성하고 있는 구성요소(지보재, 주변지반)들의 열화로 인한 터널의 장기거동을 수치해석을 이용하여 예측/분석하였다. 터널의 구성요소들은 시간이 지남에 따라 열화를 겪게 된다. 이러한 열화로 인해 터널의 장기적인 안정성을 예측하는 것은 매우 중요한 이슈이다. 따라서 본 연구에서는 열화를 예측하는 모델을 제시하였으며, 이 모델은 두 개의 파라미터로 구성되어 있다. 그 중 하나는 부재 및 주변지반의 열화로 인해 남아있는 잔류강도를 나타내며, 나머지 하나는 열화되는 모양을 표시한다. 제안한 열화 모델을 이용하여 수치해석을 수행하여 터널의 장기거동을 예측하였다. 그 결과 열화로 인해 터널 주변 지반의 이완응력이 증가하여 터널의 장기적인 안정성에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. This paper presents the long-term behavior of tunnel considering the degradation of concrete lining and surrounding soil. Tunnel is a composite structure which has supporting elements (shotcrete, lining, and rockbolt) and surrounding soils. These supporting elements and surrounding soils undergo the degradation as time goes. A proposed degradation function which has two parameters which control the residual strength and degradation shape was applied to the numerical analysis. The results showed the plastic zone was spread around tunnel due to the degradation leading to the increase in unstability of tunnel.

Structural Seismic Design Optimization and Earthquake Engineering

반호기(Hoki Ban) 대한토목학회 2018 대한토목학회지 Vol.66 No.1

지질이상대가 존재하는 구간에서의 터널의 장기거동 예측

반호기(Hoki Ban),김희수(Heesu Kim),김정국(Jungkuk Kim),김동규(Donggyou Kim) 한국지반환경공학회 2023 한국지반환경공학회논문집 Vol.24 No.8

지반이상대 구간을 지나는 터널은 시공 중 또는 시공 후 지반융기, 균열, 전단 파괴 등의 이상변위 발생이 많이 보고되고 있다. 이러한 이상변위가 지속되거나 큰 경우에는 최종적으로 터널 붕괴위험의 우려가 있으며, 다양한 보강공법을 사용하여 터널 붕괴위험을 저감시키고 있다. 본 연구에서 살펴본 터널은 막장이 완전 풍화상태가 주를 이루며 부분적으로 심한 풍화상태로 분포하는 구간에 시공되었다. 시공 중 터널 내공변위를 침범하여 강지보 및 숏크리트를 재시공하였으며, 기존 설치된 flat형 인버트의 제거없이 현 상태에서 라이닝 철근 보강공법을 적용하였다. 이러한 보강공법을 적용 후 실시한 계측 자료를 바탕으로 바닥의 융기 가능성 구간에 대하여 수치해석적인 방법으로 장기변위 예측을 통해 터널의 장기적인 안정성을 검토하였다. Tunnelling through the geological anomalies has widely known to have many difficulties such as bottom heave, crack of lining, squeezing and so on. To stabilize the tunnel during the construction or after construction, various reinforcing methods have been introduced and applied such as micropiling at the bottom of tunnel to prevent the bottom heave. In this study, long-term behavior of tunnel in the presence of geological anomalies was predicted using numerical analyses. To this end, material properties for swelling rock model capable of representing the rock swelling behavior was obtained using matching process with measured data to validate the adopted model. After the model validation, simulations were performed to predict the long-term behavior of tunnel in the geological anomalies.

수치해석을 이용한 시공방법에 따른 판넬식 옹벽의 거동 분석에 관한 연구

강준희(Junhee Kang),반호기(Hoki Ban) 한국지반환경공학회 2022 한국지반환경공학회논문집 Vol.23 No.12

본 논문은 Top-down 방식과 Bottom-up 방식으로 시공된 프리캐스트 판넬식 옹벽의 안전율 변화를 PLAXIS 2D 소프트웨어를 사용하여 수치해석하였다. 수치해석 조건은 시공방식, 네일 및 판넬의 고정방법, 뒤채움재 다짐상태, 강우조건 등이 있다. Top-down 방식과 Bottom-up 방식의 차이점은 뒤채움재의 유무와 지반굴착의 방식으로, Top-down 방식은 지반을 수직으로 굴착한 뒤 시공하나 Bottom-up 방식은 지반을 경사를 주어 굴착한 뒤 모르타르 및 뒤채움재를 이용하여 판넬을 부착한다. 수치해석 결과 Top-down 방식은 Bottom-up 방식과 비교하였을 때, 우기를 제외한 모든 경우에 더 높은 안전률을 확보하였다. Top-down 방식의 우기 시 안전율 저하는 Top-down 방식으로 시공 시 프리캐스트 판넬을 부착하기 위해 사용한 모르타르가 주된 원인이 된 것으로 판단하였다. This paper analyze the precast panel retaining wall’s safety factor changes based on the numerical analysis using PLAXIS 2D software. Numerical analysis conditions include construction method, nail and panel fixing method, backfill material compaction conditions, rainfall conditions. The classification according to the construction method of the precast panel retaining wall includes the top-down and bottom-up methods. The difference between the top-down and bottom-up methods is the presence or absence backfill material and the ground excavation method. The top-down method involves vertically excavating the ground and attaching the panel using mortar, but in the bottom-up method, the ground is vertically excavated and harden the backfill material. As a result of numerical analysis, the top-down method secured a higher safety factor in all cases except the rainfall conditions.

수치해석을 이용한 도로함몰 예측기법

김희수(Hee Su Kim),반호기(Hoki Ban) 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.9

최근 국내 도심지 지반침하 및 함몰이 빈번히 발생함에 따라 지반침하에 대한 불안감 또한 증가하고 있다. 그로 인해 GPR를 통한 지하 공동 탐지 지반함몰 모사실험 지반의 거동을 확인하기 위한 수치해석 등의 연구가 진행되고 있다. 국내의 경우 공동위험도 평가를 최근에 마련하였으나 현재의 지반상태 파악에 초점을 두었기 때문에 향후 발생할 수 있는 지반침하 및 함몰에 대한 예측을 정량적으로 하기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 지반침하/함몰의 기하학적 변수인 공동크기와 토피두께를 변화시키며 총 30개의 case에 대한 수치해석을 수행하였다. 이 결과를 바탕으로 현재의 상태 뿐 아니라 향후 발생할 시기를 정량적으로 예측할 수 있는 방법을 제시하였다. Recently, ground collapse in urban area has been widely paid attention as it frequently happens. To investigate the causes and suggest the measurements, many researches such as ground exploration from GPR, mock test and numerical simulations have been conducted. The proposed risk evaluation chart recently focuses only on the current ground status and is not capable of forecasting the ground collapse. This paper presents the prediction method of ground collapse using the numerical simulations of 30 cases considering void size and ground height as variables. It finally provides the charts that can analyze quantitatively the ground collapse.

Development of Fracture Mechanics Based Laboratory Test to Estimate Moisture Damage of Asphalt Mixtures

Kim, Yong-Rak(김용락),Ban, Hoki(반호기),Rhee, Suk-Keun(이석근) 대한토목학회 2012 대한토목학회 학술대회 Vol.2012 No.10

실내실험을 통한 Carbon Nanotube의 콘크리트슬래브 열전달 효과

김희수(Heesu Kim),반호기(Hoki Ban) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.12

국내 한랭지역(강원권)의 경우 낮은 연평균 기온으로 인해 도로표면이 자주 결빙된다. 특히 터널의 입출구의 도로면은 지형적 영향으로 그늘이 생기기 때문에 타 도로면에 비해 결빙이 많이 발생하게 된다. 이러한 결빙을 방지하기 위해 염수분사장치, 전열선 설치, 지열이용 등이 주로 사용되고 있다. 하지만 이런 방법들은 환경오염, 많은 공사비, 유지보수비 및 정기적인 점검 등의 문제점들이 있다. 본 연구에서는 기존도로의 결빙을 방지하기 위해 발열체인 CNT를 이용하여 콘크리트 슬래브의 발열효과를 살펴보고 최적의 CNT설치 간격을 결정하였다. In the cold region, road surface is frequently frozen, resulting in property/facility damage as well as people’s death. In order to prevent the road surface from being frozen, conventional deicing methods such as salt, geothermal, and electric wires have been widely used. However, theses methods have some problems such as anti-environment, high-construction and -maintenance cost and so on. To improve the drawbacks of aforementioned methods, carbon nanotube (CNT) was used as an heating material in the laboratory test. Through the test, heat transferring effect of CNT on the concrete slab was investigated and maximum interval of CNT installation was determined.

좁게 굴착된 뒤채움 지반의 경계조건에 따른 수평응력 변화에 관한 연구

김희수(Hee Su Kim),반호기(Hoki Ban),문창열(Chang-Yeul Moon) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.11

도심지에서 굴착 시 흔히 볼 수 있는 좁게 굴착된 경우 뒤채움이 되는 공간의 벽면은 대칭뿐 아니라 비대칭의 형태가 발생한다. 이러한 경우 뒤채움으로 인해 발생하는 수평응력은 벽면의 비대칭성 및 벽면의 마찰각에 따라 달라진다. 따라서 본 연구에서는 다양한 경계조건(저부폭, 벽면마찰, 뒤채움 지반의 상대밀도, 벽면경사)에 따른 깊이별 수평응력을 토조를 이용한 실내모형 실험을 통해 살펴보았다. 전체적으로 벽면이 매끄러울수록 경사가 수평에서 적을수록 수직응력의 증가로 인해 수평응력이 증가하였다. When narrowly excavated in the urban area, the wall of backfill space is not only symmetrical but also asymmetrical. In this case, the horizontal stress induced by backfilling depends mostly on the wall asymmetry and the wall friction angle. Therefore, in this study, the model test in the laboratory was conducted to investigate horizontal earth pressure with depth considering various boundary conditions such as base width, wall friction, relative density of backfill, and wall angle. As the wall is smoother and wall angle is lower from the bottom, the results showed higher the horizontal stresses due to the increase of vertical stresses.

수치해석적 방법을 통한 저토피 및 암질불량구간의 터널 안정성 검토

김정국(Jungkuk Kim),김희수(Heesu Kim),반호기(Hoki Ban),김동규(Donggyou Kim) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.11

우리나라는 국토 전체 면적 중 70% 이상 산악지형으로 철도공사 시 주행성능 확보를 위해 터널 공사가 매년 증가하고 있다. 터널공사가 증가함에 따라 터널굴착 방법 또한 다양해지고 있다. 굴착부의 지반이 풍화암으로 구성되어있으면 다양한 터널굴착 공법이 적용될 수 있지만 굴착부가 파쇄대를 지나거나 저토피의 계곡부를 지나는 경우 터널 굴착 시 붕괴의 위험성을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 지반에서의 보강공법을 제시하고자 저토피 및 암질불량구간의 굴착 중인 대표터널을 선정하였다. 수치해석은 암질불량구간일 때 강관을 미적용한 경우와 적용한 경우, 저토피 구간일 때 터널 상부에 고화토를 성토한 경우 강관 보강을 적용하여 수치해석을 통해 안정성 분석을 수행하였다. Tunneling is widely increased in rail-road construction due to the large portion of mountainous regions in Korea as well as the improving running performance of train. Tunneling under poor rock condition, shallow overburden, or existing fault zone has high risk for collapse. Therefore, this study presents the stability of tunnel under unfavorable geological conditions using finite element methods.