다층지반에서의 아칭현상에 의한 수직갱 토압

이인모,문홍표,이대수,김경렬,조만섭,Lee, In-Mo,Moon, Hong-Pyo,Lee, Dea-Su,Kim, Kyung-Ryeol,Cho, Man-Sub 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.1

본 연구에서는 사질토 지반에 설치된 수직갱에 작용하는 토압에 대한 기존 제안식을 수정하였다. 이를 검증하기 위하여 깊이에 관계없이 동일한 반경방향 변위를 일으킬 수 있는 실내 모형시험장치를 개발하였으며, 벽면마찰각과 상대 밀도를 변수로 시험하였다. 실내 모형시험 결과는 수정식에서 접선방향 토압계수(수직응력에 대한 접선방향 응력 비)인 $\lambda$값을 $\lambda=1-sin\phi$와$\lambda=1$을 사용하였을 경우의 토압 사이에 분포하였다. 다층지반에 설치된 원형수직갱 배면지반의 파괴면을 가정하고 수정식을 적용하여 다층지반에 설치된 원형수직갱에 작용하는 토압 산정방법을 제안하였다. 시공현장의 3개의 수직갱으로부터 계측 데이터를 획득하였으며 이를 토압으로 환산하여 제안된 방법을 검증하였다. 계측 데이터로부터 환산된 대부분의 환산 토압은 제안된 방법의 토압과 잘 일치하였다. A new earth pressure equation acting on the vertical shafts in cohesionless soils has been proposed by modifying the equations proposed by others. In order to verify the modified equation, model tests which can control uniform wall displacement with depth to radial direction were conducted. Model tests were performed with three different wall friction angles and two different relative densities. The measured values were larger than estimated values when assuming $\lambda=1$ ; smaller than those when assuming $\lambda=1-sin\phi$. The parameter, $\lambda$ is the ratio of tangential stress to vertical stress and is the most critical value in proposed equation. A method which can estimate the earth pressure on vertical shafts in layered soils is also proposed by reasonably assuming the failure surface of layered soils and using the modified equation. In order to verify the proposed method, in-situ measurement data have been collected from the three in-situ vertical shafts installed in layered soils. Most of earth pressures converted from measured data match reasonably well with estimated values using proposed method.

지하공간하부 지하저류공동에서의 필라 보강효과에 관한 수치해석적 연구

서형준,이강현,한신인,이인모,Seo, Hyung-Joon,Lee, Kang-Hyun,Han, Shin-In,Lee, In-Mo 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.5

공간이 한정된 도심지에서 인구가 밀집되는 가운데 도심의 복합지하공간에 대한 개발은 날로 늘어나고 있다. 이러한 가운데 홍수피해의 90% 이상이 도심지 홍수피해라고 할 만큼 도심지의 수재해에 대한 대비가 필요한 실정이다. 이러한 요구에 따라 도심지 복합지하공간 하부에 지하저류공동 시설물을 시공하여 도심지 홍수피해 시 복합지하공간에 대한 안정성을 확보하고자 한다. 지하저류공동에서 저장된 빗물을 원활히 제어하기 위해서는 한 개의 공동보다 다수의 저류공동 시설로 설계하는 것이 유리하다. 다수의 저류공동으로 시공을 할 경우 공동과 공동 사이의 필라 구조물에 상부의 하중이 집중되기 때문에 필라 구조물에서 안정성 확보 방안이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 필라부의 안정성을 확보하기 위한 필라부 보강공법을 개발하였다. 필라부 보강공법은 철근과 PC강연선으로 구성된 보강재를 필라부에 삽입한 후 가압 그라우팅을 하고, 프리스트레스를 가하는 공법이다. 따라서 기존의 프리케스트 콘트리트 구조물로 필라부를 보강하는 것과 달리 원지반을 직접 보강하는 공법으로 원지반의 강도를 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있다. 먼저, 가압 그라우팅을 하였을 경우 지반 보강효과뿐만 아니라 필라부에 가해지는 상부의 하중을 경감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 프리스트레스를 가하게 되면 필라부에 내압을 가하는 효과로 인하여 지반강도를 증가시키는 역할을 기대할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 보강효과를 통해서 필라부 주변지반의 거동이 어떻게 변화할 것인지를 판단하고자 한다. 먼저, 수치해석을 통해서 각 시공단계별 필라부 지반의 응력 변화 양상을 판단하였다. 이를 통해서 가압 그라우팅과 프리스트레스에 의한 효과를 검증할 수 있었다. Usage of underground space is increasing at metropolitan city. More than 90% of flood damages have occurred at downtown of metropolitan cities. In order to prevent and/or minimize the flood-induced damage, an underground rainwater detention cavern was proposed to be built underneath existing structures. As for underground caverns to be built for flood control, multi-caverns will be mostly adopted rather than one giant cavern because of stability problem. Because of the stress concentration occurring in the pillars between two adjacent caverns, the pillar-stability is the Achilles' heel in multi-caverns. So, a new pillar-reinforcing technology was proposed in this paper for securing the pillar-stability. In the new pillar-reinforcing technology, reinforced materials which are composed of a steel bar and PC strands are used by applying pressurized grouting, and then, by applying the pre-stress to the PC strands and anchor body. Therefore, this new technology has an advantage of utilizing most of the strength that the in-situ ground can exert, and not much relying on the pre-cast concrete structure. The main effect of the pressurized grouting is the increase of the ground strength and more importantly the decrease of stress concentration in the pillar; that of the pre-stress is the increase of the ground strength due to the increase of the internal pressure. In this paper, ground reinforcing effects were verified the stress change in pillar is obtained by numerical analysis at each construction stage. From these results, the effects of pressurized grouting and pre-stress are verified.

뿌리의 강도가 자연사면 안정에 미치는 영향에 관한 실험연구

이인모,성상규,임충모,Lee, In-Mo,Seong, Sang-Gyu,Im, Chung-Mo 한국지반공학회 1991 대한토질공학회지 Vol.7 No.2

자연사면의 안정성해석에 있어서, 뿌리는 보강재로써의 역할을 행함이 인식 되어져 왔다. 자연사 면의 잠정적 인 파괴면을 관통하는 뿌리의 인장강도에 의 해 발생하는 흙의 전단저 항의 증가량을 예측하기 위하여 본 연구에서는 흙과 뿌리의 새로운 상호작용 모델을 제안하였다. 이를 위하여 첫째로, 수과 뿌리의 합성체에 대해 실내실험과 현장실험을 실시하고 본 실험의 결과와 기존의 흙과 뿌리의 상호작용 이론적 모델과 비교 검토하여 수정 된 구과 뿌리의 상호작용 모델을 제안하였다. 이와 아울 러, 뿌리의 무작위한 분포 및 강도특성을 고려한, 통계적인 이론에 바탕을 둔 확률론적 뿌리보강 모델을 제안하였다. 끝으로, 자연사면의 안정에 미치는 뿌리보강의 효과를 알아보기 위하여 간단한 3차원 사면 안정성해석을 수행한 결과, 자연사면에서의 뿌리보강은 깊은 파괴보다는 얇은 파괴에 대 해 중대한 영향을 미침을 알 수 있었다. In the stability analysis of hillside slopes, the roots of vegetation have been considered to act as a soil reinforcement. In order to predict the amount of increase in soil shear resistance, produced by tensile strength of roots that intersect a potential slip surface in hillside slopes, new soil -root interaction models are proposed in this paper. For this purpose, firstly, laboratary teats and in-situ tests wert performed on soil-root systems, and experimental results were compared with a couple of soil-root interaction models which had been proposed by Gray, Waldron, and Wu etc. Based on this comparison, a new soil-root interaction model is proposed. Secondly, a probabilistic soil-root model is proposed based on statistical analysis considering random nature of root distribution, root characteristics, and soil-root interactions. Finally, to examine the effect of this root reinforcement system on stability of hillside slopes, a simple three-dimensional stability analysis was performed, and it was shown that root reinforcement had a significant stabilizing influence on shallow slips rather than deep slips in hillside slopes.

산사태 위험도 추정을 위한 간극수압 예측에 관한 연구(II) -산사면에서의 지하수위 예측 모델의 개발-

이인모,박경호,임충모,Lee, In-Mo,Park, Gyeong-Ho,Im, Chung-Mo 한국지반공학회 1992 지반 : 한국지반공학회지 Vol.8 No.2

The physical-based and lumped-parameter hydrologic groundwater flow model for predicting the rainfall-triggered rise of groundwater levels in hillside slopes is developed in this paper to assess the risk of landslides. The developed model consists of a vertical infiltration model for unsaturated zone linked to a linear storage reservoir model(LSRM) for saturated zone. The groundwater flow model has uncertain constants like soil depttL slope angle, saturated permeability, and potential evapotranspiration and four free model parameters like a, b, c, and K. The free model parameters could be estimated from known input-output records. The BARD algorithm is uses as the parameter estimation technique which is based on a linearization of the proposed model by Gauss -Newton method and Taylor series expansion. The application to examine the capacity of prediction shows that the developed model has a potential of use in forecast systems of predicting landslides and that the optimal estimate of potential 'a' in infiltration model is the most important in the global optimum analysis because small variation of it results in the large change of the objective function, the sum of squares of deviations of the observed and computed groundwater levels. 본 논문에서는 가파른 산사면에서 산사태의 발생을 예측하기 위한 수문학적 인 지하수 흐름 모델을 개발하였다. 이 모델은 물리적인 개념에 기본하였으며, Lumped-parameter를 이용하였다. 개발된 지하수 흐름 모델은 두 모델을 조합하여 구성되어 있으며, 비포화대 흐름을 위해서는 수정된 abcd 모델을, 포화대 흐름에 대해서는 시간 지체 효과를 고려할 수 있는 선형 저수지 모델을 이용하였다. 지하수 흐름 모델은 토층의 두께, 산사면의 경사각, 포화투수계수, 잠재 증발산 량과 같은 불확실한 상수들과 a, b, c, 그리고 K와 같은 자유모델변수들을 가진다. 자유모델변수들은 유입-유출 자료들로부터 평가할 수 있으며, 이를 위해서 본 논문에서는 Gauss-Newton 방법을 이용한 Bard 알고리즘을 사용하였다. 서울 구로구 시흥동 산사태 발생 지역의 산사면에 대하여 개발된 모델을 적용하여 예제 해석을 수행함으로써, 지하수 흐름 모델이 산사태 발생 예측을 위하여 이용할 수 있음을 입증하였다. 또한, 매개변수분석 연구를 통하여, 변수 a값은 작은 변화에 대하여 목적함수값에 큰 변화를 일으키므로 a의 값에 대한 최적값을 구하는 것이 가장 중요한 요소라는 결론을 얻었다.

파쇄대에 접근하는 터널의 내공변위 변화 해석

이인모,이승주,이주공,이대혁,Lee, In-Mo,Lee, Seung-Ju,Lee, Joo-Gong,Lee, Dae-Hyuck 한국터널지하공간학회 2002 터널기술 Vol.4 No.3

The purpose of this study is to figure out the tendency of tunnel convergence during excavation and to present a methodology for the prediction of a fault zone ahead of a tunnel face by analyzing three dimensional displacements in various ways. 3-D numerical analysis was performed to investigate changes of tunnel convergence vectors near a fault zone and to propose a flow chart for predicting fault zones. Results of the site investigation and results of trend line analysis of in-situ data were compared to verify the usefulness of a trend line analysis. It is concluded that the orientation of faults can be predicted by using stereonets and the direction of initial stresses can be predicted from the arm length of a displacement vector as a tunnel approaches fault zones. The results of the trend line analysis coincided with those of the site investigation, and a methodology for the prediction of a fault zone was proposed. 본 연구는 터널 굴착시 막장 전방의 지반변화를 사전에 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 막장 전방에 파쇄대가 방향성을 가지고 존재 할 때 터널의 3차원 해석을 통하여 터널의 내공변위의 변화 경향을 살펴보았으며, 이를 통하여 막장전방의 지반 변화를 파악하고자 하였다. 이러한 터널의 내공변위의 변화는 경향선과 영향선을 이용하여 표현할 수 있으며 이를 이용하여 막장 전방에 존재하는 파쇄대를 예측하고자 하였다. 수치해석 결과에 의하면 막장전방에 파쇄대가 존재 할 경우 막장이 파쇄대에 접근할 수록 급격한 경향선의 변화가 나타난다. 또한 파쇄대가 방향성을 가지고 있는 경우에는 경향선의 급격한 변화 외에 측벽부의 변위 경향이 비대칭을 이루므로 인하여 평사투영도 상에 나타난 변위가 비대칭을 형성하는 것으로 파악되었다. 이러한 수치해석결과에 의한 내공변위 해석결과를 현장 계측 자료와 비교하였으며, 현장에서 계측한 오차를 줄일 수 있도록 계측데이터가 정규분포 한다고 가정하여 현장데이터를 분석한 결과 막장전방의 파쇄대의 존재 유무를 파악할 수 있는 것으로 나타났다.

침투수력을 고려한 전면접착형 록볼트의 거동연구

이인모,김경화,신종호,남석우,Lee, In-Mo,Kim, Kyung-Hwa,Shin, Jong-Ho,Nam, Seok-Woo 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.3

In a NATM tunnel, fully grouted bolts are widely used as part of supporting system. Grouted bolts play an important role not as to take some parts of load acting on the tunnel lining but as to reinforce the ground adjacent the tunnel. In conjunction with tunnel construction, the presence of groundwater may pose a number of difficulties. With respect to tunnel design, influences of groundwater on tunnel behavior have been considered in many aspects. However, the effect on grouted bolts has been rarely investigated. In this study, the behavior of grouted bolts, which are affected by the seepage forces, was examined. In order to investigate the effects of seepage forces, the theoretical solutions for a drained condition were proposed. Based on the theoretical solutions, ground reaction curves considering seepage forces were obtained. By comparing the ground reaction curves supported by grouted bolts with those for the unsupported cases, the effect of reinforcement was evaluated. Finally, through comparison between supported ground react ion curve s in the drained condition and those in the case of groundwater flow, it was observed that the grout ed bolts are more structurely beneficial when the seepage occurs towards the tunnel than when there is no groundwater flow. 전면접착형 록볼트는 NATM 터널에서 지보재로 널리 쓰이고 있다. 터널에 가해지는 하중을 받아주기보다는 터널 주변을 보강하는 지보재로서의 기능을 하기 때문에 많은 연구지들에 의해 전면접착형 록볼트의 거동이 연구되어 왔다. 터널 시공에 있어서 지하수는 간과할 수 없는 중요한 문제이나 지금까지 터널에 설치되는 전면접착형 록볼트의 거동을 연구하는데 있어서 침투수력 문제는 거의 고려하지 않았다. 본 논문에서는 침투수력의 영향을 받는 전면접착형 록볼트의 거동에 대해서 연구하였다. 침투수력이 전면접착형 록볼트에 미치는 영향을 평가하기 위해서 침투수력이 작용하는 상태에서 록볼트에 작용하든 축력을 이론식으로 유도하였다. 이렇게 구한 이론식을 바탕으로 침투수력을 고려한 록볼트로 보강된 지반의 지반반응곡선을 구하였고 침투수력이 작용하든 경우에 대해서 록볼트의 보강효과를 확인하기 위해 보강되지 않은 지반의 지반반응곡선과 비교를 수행하였다. 마지막으로 침투수력이 작용하지 않는 경우의 지반반응곡선과 비교함으로써 침투수력이 작용할 경우, 록볼트의 지반보강효과가 증가함을 확인하였다.

상한치 이론에 근거한 터널 막장의 안정성 연구

이인모,이재성,남석우,Lee, In-Mo,Lee, Jae-Sung,Nam, Seok-Woo 한국터널지하공간학회 2003 터널기술 Vol.5 No.1

터널 시공 시 막장의 안정은 주요 관심사이다. 그러나, 터널 지보재에 비해 상대적으로 터널 막장의 안정성 문제는 그리 많은 연구가 이루어지지 않은 실정이다. 또한 지하수위 하에서 터널 시공 시 터널 내로 지하수 흐름에 의해 발생된 침투수력은 막장의 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 두 가지 요소를 고려하여 터널 막장의 안정성을 평가하였다. 하나는 극한이론 중 상한치 이론으로 산출된 유효응력이며, 다른 하나는 정상류 흐름조건에서 수치해석으로부터 산출된 침투수력이다. 열악한 지반조건에서 터널 시공 시 터널의 안정과 인접 구조물의 손상을 방지하기 위해 보조공법이 적용된다. 강관 다단 그라우팅 공법은 근래 국내에서 적용되고 있는 보조공법 중의 하나이다. 본 논문에서는 강관 다단 그라우팅으로 보강된 터널의 막장 안정성도 함께 평가되었다. Face stability of a tunnel is a main concern during tunnel excavation. However, there has been only a few studies on this problem while a lot of researches on the support systems have been carried out. In addition, when tunneling is performed below the groundwater level, the groundwater flows into the tunnel so that the seepage forces generated on the tunnel face might give rise to a serious potential for the face instability. In this study, the face stability was evaluated by simultaneously considering two factors: one is the effective stress calculated by upper bound theorem; the other is the seepage forces acting on the tunnel face obtained by numerical analysis under the condition of steady-state groundwater flow. Tunneling in difficult geological conditions often requires auxiliary techniques to guarantee safe tunnel excavations and/or to prevent damage to structures and services around the tunnel. The steel pipe-reinforced multistep grouting has been recently applied to tunnel sites in Korea. Face stability of a tunnel with the steel pipe-reinforced multistep grouting was also analyzed in this study.

유도파에 대한 푸리에 및 웨이브렛 변환을 이용한 록볼트의 건전도 평가

이인모,김현진,한신인,이종섭,Lee, In-Mo,Kim, Hyun-Jin,Han, Shin-In,Lee, Jong-Sub 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.4

터널과 같은 지하공간 구조물에 있어서 록볼트는 숏크리트와 함께 주요 지보재 중의 하나이며, 그러므로 록볼트 시공품질 정도에 따라 이러한 지중구조물의 안정성에 큰 영향을 미치게 된다. 본 연구의 목적은 록볼트를 따라 전파되는 유도파에 대하여 푸리에 및 웨이브렛 변환을 이용하여 록볼트의 건전도를 평가하는데 있다. 각기 다른 결함비율을 가진 다섯 개의 록볼트 시험체를 제작하여 콘크리트 블록에 매설한 후, PZT($Pb[Zr_xTi_{1-x}]O_3$: lead zirconate titanate) 엘리먼트로 유도파를 발생시키고 AE(acoustic emission) 센서를 이용하여 신호를 측정하였다. 수집된 신호는 푸리에 변환을 이용하여 주파수 영역에서 분석하였고, 가버 웨이브렛을 사용한 웨이브렛 변환을 이용하여 시간-주파수영역에서 분석하였다. 푸리에 변환을 이용하여 얻은 스펙트럼을 분석하면 록볼트의 결함비율이 증가함에 따라 고주파 대역 에너지의 비율이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 시간-주파수 영역에서의 각 파군별 최대 에너지가 나타나는 지점의 시간차는 각 반사파군 간의 이동 시간차를 나타내며, 이를 통해 계산된 유도파의 에너지 속도는 록볼트의 공동결함비율이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구는 스펙트럼 비와 에너지 속도가 록볼트의 건전도 평가에 있어서 하나의 지표가 될 수 있음을 보여준다. As rock bolts become one of the main support systems in tunnels and underground structures, the integrity of the rock bolts affects the safety of these types of structures. The purpose of this study is the evaluation of rock bolt integrity using Fourier and wavelet transforms of the guided ultrasonic waves. After five rock bolt specimens with various defect ratios are embedded into a large scale concrete block, guided waves are generated by a PZT (lead zirconate titanate) element and measured by an acoustic emission (AE) sensor. The captured signals are analyzed in the frequency domain using the Fourier transform, and in the time-frequency domain using the wavelet transform based on a Gabor wavelet. The spectrum obtained from the Fourier transform shows that a portion of high frequency contents increases with increase in the defect ratio. Peak values in the time-frequency domain represent the interval of travel time of each echo. The energy velocities of the guided waves increase with the defect ratio. This study shows that the spectrum ratio and the energy velocity may be indicators fur the evaluation of rock bolt integrity.

불포화토 겉보기 점착력이 지하굴착시 거동에 미치는 영향

이인모,정지희,김경렬,김도훈,현기창,Lee, In-Mo,Jung, Jee-Hee,Kim, Kyung-Ryeol,Kim, Do-Hoon,Hyun, Ki-Chang 한국터널지하공간학회 2010 한국터널지하공간학회논문집 Vol.12 No.2

대부분의 지하구조물들은 불포화 지반에 건설되어있는 경우가 많으므로, 본 논문에서는 불포화토의 겉보기 점착력이 지반 굴착시 거동에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 이를 위해 압력판 추출시험, 불포화 삼축압축시험, Trap-door 시험을 수행하여 다양한 범위의 겉보기 점착력에서 지반의 거동이 어떻게 변화하는지 관찰하였다. 그 결과 완전 포화와 완전 건조 상태일 때는 지반이 거의 같은 거동을 보이고, 불포화 상태일 때는 함수비의 증가에 따라 그 거동이 매우 달라짐을 알 수 있었다. 이를 통해 겉보기 점착력이 지하 구조물 굴착 시 매우 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. Gound excavation is frequently executed in unsaturated soil conditions. In this paper, the effect of apparent cohesion in unsaturated soils on the ground behavior during underground excavation is studied. The VPPE (Volumetric Pressure Plate Extractor) test, the unsaturated triaxial test and the trap-door test were carried out to figure out how the behavior of soils varies depending on the variation of apparent cohesion. The test results show that the ground behavior is almost identical if the soil is either fully dry or fully saturated. However, if the soil is partially-saturated with the increase of water content, the ground behaves quite differently. In summary, the apparent cohesion in unsaturated soils plays key roles when excavating underground structures.

보조기층재료의 MR 특성에 관한 실험적 연구

이인모,김상균,이석근,이우진,Lee, In Mo,Kim, Sang Gyun,Rhee, Suk Keun,Lee, Woo Jin 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.4

본 연구에서는 국내에서 사용되고 있는 보조기층재료에 대해 변형측정정치의 위치 및 포화도에 따른 $M_R$값의 변화양상을 파악하고, 시료내의 입자크기(particle size)에 따른 치수효과(size effect)를 파악하여 적절한 $M_R$ 관계식을 제시하였다. 외부변형측정장치를 사용한 경우의 $M_R$값은 회복변형율을 과대평가 하기 때문에 내부변형측정장치를 사용한 경우보다 작았고, 포화도에 따른 $M_R$값은 wet 상태($S_r$=70%)가 damp 상태 ($S_r$=40%)보다 10% 정도 작게 나타났으며 시편을 구성하는 입자의 치수효과는 과대 입자(oversize particle)를 제거함에 따른 간극비의 변화와 직접적인 관계가 있음을 알 수 있었다. 이와같은 결과를 종합하여 보조기층의 $M_R$ 관계식은 damp 상태의 포화도에서, $M_R=3960{\cdot}{\theta}^{0.60}$ psi.로 제안할 수 있다. The resilient behavior of subbase materials, locally used in Korea. were evaluated in this study by performing laboratory MR tests. The variations of the MR value according to LVDT's location in experiments and moisture conditions, respectively, were evaluated. And, in order to determine the relevant MR characteristics of the prototype materials, laboratory model tests containing smaller particles than those of the prototype were conducted. Based on above results, the relationship of the MR and the bulk stress (${\theta}$) was suggested. The case using internal LVDT. gave much larger $M_R$ value than that using external LVDT, since the external LVDT somewhat overestimates the resilient strain. The measured $M_R$ in damp conditions ($S_r$=40%) was larger than that in wet conditions ($S_r$=70%) by about 10%. The relationship between the $M_R$ and the void ratio was linear according to particle size effect. The relationship of the $M_R$ and the bulk stress (${\theta}$) on subbase materials in damp conditions to be used in Korea could be recommended as $M_R=3960{\cdot}{\theta}^{0.60}$ psi.