절토사면의 안전점검 및 정밀안전진단을 위한 객관적인 상태평가 연구

장현식(Hyun-Shic Jang),장범수(Bhum-Soo Chang),신창건(Chang-Gun Shin),박혁진(Hyuck-Jin Park),윤운상(Un-Sang Yoon) 대한토목학회 2003 대한토목학회 학술대회 Vol.2003 No.10

새로운 절리면의 전단강도 기준 연구

장현식 ( Hyun Shic Jang ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2014 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2014 No.1

사면파괴 가능성 지수를 이용한 절취사면 위험도 분석

장현식 ( Hyun Shic Jang ),오찬성 ( Chan Sung Oh ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2007 지질공학 Vol.17 No.2

사면붕괴는 사면에서 풍화물질, 암석, 토석류 등이 중력 방향으로 이동하는 일련의 거동으로 정의되며 여러 요인의 복합적인 작용으로 발생한다. 사면붕괴는 주요한 자연 재해 중의 하나로 매년 직접, 혹은 간접적으로 사회적, 경제적으로 많은 인명, 재산 피해를 유발시킨다. 따라서 이러한 사면재해의 위험을 효과적으로 감소시키기 위해서는 사면의 상태를 평가할 수 있는 적절한 평가 기준이 필요하며, 이를 기반으로 피해 사례를 통한 피해 금액 산출과 투자 우선순위를 결정하여 종합적인 사면에 대한 평가법과 관리체계 개발이 절실히 요구되고 있다. 본 연구에서는 사면 안정성 평가를 위하여 적절한 기준을 제시하고자 위험도 분석 방법을 개발하여 새로운 사면 안정성 평가 기법을 제안하고자 한다. 본 연구에서 시행된 위험도 분석에는 비교적 안전한 사면 10개, 위험한 사면 10개, 붕괴된 사면 10개 등 총 30개의 국도변도로 절취사면조사 자료가 사용되었다. 위험도 분석은 사면파괴위험성 분석과 피해도 분석으로 이루어져 있으며, 위험도 분석결과 위험도 점수는 안정한 사면, 위험한 사면, 붕괴사면 순으로 점수가 높았으며, 각 그룹별로 서로 점수 분포가 구별되었다. 이러한 결과를 통해 볼 때 본 연구에서 제안된 위험도 분석기법은 기존의 분석기법에 비해 사면의 상태와 안정성을 종합적으로 평가할 수 있고 사면의 위험도를 보다 정확하게 파악할 수 있을 것으로 판단된다. Landslides which is one of the major natural hazard is defined as a mass movement of weathered material, rock and debris due to gravity and can be triggered by complex mechanism. It causes enormous property damages and losses of human life directly and indirectly. In order to mitigate landslide risk effectively, a new method is required to develope for better understanding of landslide risk based on the damaged cost produce, investment priority data, etc. In this study, we suggest a new evaluation method for slope stability using risk analysis. 30 slopes including 10 stable slopes, 10 slopes of possible failure and 10 failed slopes along the national and local roads are examined. Risk analysis comprises the hazard analysis and the consequence analysis. Risk scores evaluated by risk analysis show very clear boundaries for each category and are the highest for the failed slopes and the lowest for the stable slopes. The evaluation method for slope stability suggested by this research may define the condition and stability of slope more clearly than other methods suggested by others.

플라즈마 블라스팅을 이용한 유류오염토양의 투수성과 정화효율 개선을 위한 실험적 연구

장현식 ( Hyun-shic Jang ),김기준 ( Ki-joon Kim ),송재용 ( Jae-yong Song ),안상곤 ( Sang-gon An ),장보안 ( Bo-an Jang ) 대한지질공학회 2020 지질공학 Vol.30 No.4

유류오염 토양의 투수성 및 정화효율을 개선하기 위하여 고전압 아크 방전에 의한 플라즈마 블라스팅을 토양에 적용하였다. 이 연구를 위하여 고전압 발생장치를 새로 제작하였고, 실트질 모래인 토양시료, 토양시료에 소석회를 혼합한 시료와 토양시료에 시멘트를 혼합한 세 종류의 토양시료를 다져서 소형 토조와 대형 토조를 제작한 후 각각의 토조내에서 플라즈마 블라스팅을 시행하여 유체확산의 범위와 투수성의 변화를 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행된 토양시료에서는 플라즈마 블라스팅이 시행되지 않은 대조군에 비해 유체의 확산 부피가 약 11~71% 증가하였다. 낮은 전압하에서 플라즈마 블라스팅이 시행되면 토양 내에서는 구조적 취약면(다짐면)을 따라 수평적 확산이 우세하게 나타났으나 높은 전압에 의한 플라즈마 블라스팅은 토양 내에 구형의 입체적인 확산을 발생시켰다. 플라즈마 블라스팅은 투수성 또한 증가시켰으며, 소석회 및 시멘트가 혼합된 토양에서 더욱 뚜렷하게 관찰되어, 플라즈마 블라스팅이 시행된 시료들은 대조군 시료에 비해 투수계수가 450~1,052% 범위로 증가하였다. 플라즈마 블라스팅이 1회만 실시된 토양시료의 투수계수는 방전 전압이 높아질수록 증가하였으나 동일한 전압으로 여러 번의 블라스팅이 시행된 토양시료의 투수계수는 증가하거나 감소하였다. 토양시료에 경유를 이용하여 인위적으로 오염시킨 토양시료에 플라즈마 블라스팅을 실시하여 정화효율을 측정하였다. 플라즈마 블라스팅이 시행되면, 방전지점 근처의 토양에서는 평균 393%, 방전지점으로부터 20 cm 이상 이격된 하부 토양에서는 평균 239% 정도의 정화효율이 개선되었으나 방전 전압과 정화효율은 상관성을 보이지 않았다. 위의 결과는 플라즈마 블라스팅이 토양의 투수성과 정화효율을 상당히 개선하므로, 유류오염 토양의 원위치 정화에 효율적으로 이용될 가능성을 보여주었다. Plasma blasting which is generated by high voltage arc discharge of electricity is applied to soil mass to improve permeability of soil and cleaning efficiency of oil contamination. A new high voltage generator was manufactured and three types of soil including silty sand, silty sand mixed with lime and silty sand mixed with cement were prepared. Small and large soil columns were produced using these types of soil and plasma blasting was performed within soil columns to investigate the variation of soil volume penetrated by fluid and permeability. Soil volume penetrated by fluid increased by 11~71% when plasma blasting was applied in soil. Although plasma blasting with low electricity voltage induced horizontal fracture and fluid penetrated along this weak plane, plasma blasting with high voltage induced spherical penetration of fluid. Plasma blasting increased the permeability of soil. Permeabilty of soils mixed with lime and cement increased by 450~1,052% with plasma blasting. Permeability of soil increased as discharge voltage increased when plasma blasing was applied once. However, several blastings with the same discharge voltage increase or decrease permeability of soil. Oil contaminated soil was prepared by adding diesel into soil artificially and plasma blasting was performed in these oil contaminated soil. Cleaning efficiency increased by average of 393% for soil located nearby the blasting and by average of 239% for soil located far from the blasting. Cleaning efficiency did not show any correlation with discharge voltage. All these results indicated that plasma blasting might be used for in-situ cleaning of oil contaminated soil because plasma blasting increased permeability of soil and cleaning efficiency.

반복하중 시험 시 발생하는 암석의 미소파괴음 특성과 손상도 평가

장현식 ( Hyun Shic Jang ),마연실 ( Yon Sil Ma ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2006 지질공학 Vol.16 No.3

한국원자력연구소 내에서 시추된 화강암 코어시료를 대상으로 1550회의 반복하중을 가할 때 미세균열의 발달 정도를 미소파괴음(AE)을 이용하여 연구하였다. 반복하중 조건에서 미소파괴음은 반복횟수에 따라 두 가지 type의 발생 특성을 보였다. 첫 번째 type은 반복횟수가 적었을 때 나타나는 특성으로 낮은 에너지와 분산된 주파수가 특징이며, 두 번째 type은 반복횟수가 많았을 때 나타나는 특성으로 높은 에너지와 일정한 주파수가 특징적이다. Type 1은 시료내의 공극이나 미세균열이 닫히거나 성장하는 과정에서 발생하는 미소파괴음의 특성을 나타내는 반면에, type 2는 하중을 가할 때에는 미세균열이 전단되거나 닫혔다가 하중이 제거될 때에는 전단으로부터 회복하거나 미세균열이 열리면서 발생하는 미소파괴음의 특성으로 판단된다. 또한 반복횟수 50, 150, 350, 750, 1550회 때 탄성파(P파) 속도와 Felicity 비를 측정하였다. 측정결과 탄성파속도는 반복횟수가 증가하여도 변화가 없었으나 Felicity 비의 경우 반복횟수가 증가함에 따라 점점 감소하여 시료가 반복하중에 의해 손상을 받고 있음을 지시하였다. 따라서 암석의 손상정도를 판단하는데 있어서 미소파괴음 측정을 통한 Felicity 비가 탄성파속도보다 더 효과적으로 판단된다. Granite cores were sampled within Korea Atomic Energy Research Institute and cyclic loadings up to 1550 cycles were applied. Microcrack development in samples due to cyclic loading was estimated using Acoustic Emission( AE) method. AE showed two different types depending on numbers of cycle. Type 1 appeared at low cycles and had low energy and diverse frequencies, while type 2 appeared at high cycles and had high energy and uniform frequency. AE property of type 1 indicates voids and pre-existing microcracks in samples may close or propagate up to certain length. Microcracks may be sheared or closed during loading and are recovered from shear or opened during unloading when AE of type 2 were measured. P wave velocities and Felicity ratios were measured at 50, 150, 350, 750, 1550 cycles. P wave velocities were almost the same regardless of number of cycles applied. However, Felicity ratios were much lower than 0.9, indicating that microcracks were developed within samples. This result indicates that Felicity ratio is a better tool than P wave velocity to estimate the damage of rock.

수정 분할자법을 이용한 절리 거칠기 계수(JRC)의 정량화

장현식 ( Hyun Shic Jang ),장보안 ( Bo An Jang ),김열 ( Yul Kim ) 대한지질공학회 2005 지질공학 Vol.15 No.3

Barton and Choubey(1977)가 제안한 표준 거칠기 단면을 0.1mm 간격으로 수치화한 후 수정 분할자법을 이용하여 분할자 길이에 따른 단면의 길이를 측정하였다. 분할자 길이에 따른 단면의 길이를 log-log 그래프에 도시한 후 직선 회기분석을 통하여 표준 거칠기 단면의 프랙탈 차원과 절편을 구하고, JRC와의 관계를 분석하였다. 정확한 프랙탈 차원을 계산할 수 있는 분할자의 길이 범위인 교차거리는 0.3~2.4mm 내외이며, JRC는 프랙탈 차원보다는 절편과 더 높은 상관도를 보였다. 그러나 프랙탈 차원과 절편을 곱하였을 때 가장 좋은 상관도를 보였으며, 위의 결과를 이용하여 프랙탈 차원과 절편을 이용한 새로운 JRC 추정식을 도출하였다. 23개의 자연 암석절리의 단면을 수치화하여 Z2 파라미터를 이용한 Tse and Cruden (1979) 식과 새로운 JRC 관계식으로 각 단면의 JRC를 계산하고 이를 비교하였다. 비교 결과 두 관계식으로 추정된 JRC는 매우 유사하여, 본 연구에서 도출된 새로운 관계식은 JRC를 추정하는데 매우 유용할 것으로 판단된다. We assigned points on surface of standard roughness profile by 0.1mm along the length and measured coordinates of points. Then, the lengths of profile were measured with different scales using modified divider method. The fractal dimensions and intercepts of slopes were determined by plotting the length vs scale in log-log scale. The fractal dimensions as well as intercepts of slopes show well correlation with joint roughness coefficients(JRC). However, multiplication of the fractal dimension by intercept show better correlation with JRC and we derived a new equation to estimate JRC from fractal dimension and intercept. The crossover length in which we can determine the correct fractal dimension was between 0.3-3.2mm. We measured joint roughness of 26 natural joints and calculated JRC using the equation suggested by Tse and Cruden(1979) and new equation derived by us. JRC values calculated by both equations are almost the same, indicating new equation is effective in measuring JRC.

강원도 횡성군 풍암분지 백악기 셰일의 동결 -융해에 따른 지질공학적 특성 변화

장현식 ( Hyun Shic Jang ),장보안 ( Bo An Jang ),이준성 ( Jun Sung Lee ) 대한지질공학회 2004 지질공학 Vol.14 No.4

이 연구에서는 물과 산성용액을 이용한 동결·융해실험을 통하여 강원도 횡성군에서 채취된 셰일의 물리적 특성변화를 측정하였다. 실험에 적용된 동결·융해 온도 범위는 -20 ±2℃ ~ 15 ±2℃ 이고 시료는 12시간 동안 동결한 후 물속에서 8시간 동안 융해시켰다. 이 후 시료를 진공 챔버에서 4시간동안 수침하여 완전히 포화시켰으며, 이러한 일련의 과정을 1 cycle로 설정하였다. 본 연구에서는 매 5 cycle마다 시료의 흡수율, 탄성파 속도, 쇼어 경도, 슬래이크 내구성시험, 일축압축시험 등을 실시하였다. 동결·융해 실험의 반복횟수가 증가될수록 시료의 물성은 변화하였다. 일축압축강도는 물을 이용한 실험에서는 매 cycle마다 0.40MPa정도 감소하였고 산성용액을 이용한 실험에서는 0.48MPa정도 감소하였으며, 탄성계수 역시 물에서 0.21GPa, 산성용액에서 0.30GPa 감소하였다. 흡수율의 경우는 물에서 0.29%, 산성용액에서 0.37% 증가되었다. 이러한 결과는 산성용액에서의 풍화속도가 물에서의 풍화속도보다 빠름을 지시한다. 그러나 탄성파속도, 쇼어경도와 슬레이크 내구성 시험에서는 물과 산성용액에 따른 차이가 거의 나타나지 않았다. 동결·융해 실험 결과와 연구지역의 동절기 기간의 기온분포를 고려해 볼 때 실제 1년이 동결-융해 실험 약 6~12 cycle에 해당될 것으로 추정된다. We have collected shale specimens from the Pungam Basin in Kangwon province and investigated change of physical properties by freezing and thawing in water as well as in acidic fluid. The temperature range was -20 ±2℃ ~ 15 ±2℃. Specimens were frozen for 12 hours and thawed in water for 8 hours. Then, they were saturated in the vacuum chamber for 4 hours to make specimens fully saturated. This procedure was 1 cycle. We have measured absorption, ultrasonic velocity, shore hardness, slake durability and uniaxial compressive strength at every 5th cycles. The physical properties increased or decreased as freezing and thawing cycles increased. Uniaxial compressive strength decreased by 0.40MPa per cycle in water and by 0.48MPa in acidic fluid. Elastic constant also decreased by 0.21GPa per cycle in water and by 0.30GPa in acidic fluid. Absorption increased by 0.29% and 0.37% per cycle in water and acidic fluid, respectively. These results indicate that decrease in uniaxial compressive strength, elastic constant and absorption by freezing and thawing in acidic fluid is more rapid than in water. Ultrasonic velocities, shore hardness and slake durability show no differences in water and acidic fluid. When we compared our results with the temperatures in the Hongchon during the winter season, 6 ~ 12 cycles may be equivalent to 1 year.

반복하중 시험 하에서 암석의 미소파괴음 특성과 손상도 평가

장현식 ( Hyun Shic Jang ),마연실 ( Yon Sil Ma ),장보안 ( Bo An Jang ) 대한지질공학회 2006 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2006 No.-

남극 테라노바 만 편마암의 동결-융해에 따른 지반공학적 특성 변화

김영석,김기주,장현식,장보안,Kim, YoungSeok,Kim, Kiju,Jang, Hyun-Shic,Jang, Bo-An 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.4

남극 암석의 동결-융해 풍화현상에 관한 연구를 위하여 테라노바 만 지역의 편마암을 대상으로 풍화등급에 따라 약한풍화(SW) 및 보통풍화(MW)로 분류하여 암석의 공학적인 특성 변화를 실험하였다. 동결-융해시험은 $-20{\pm}2^{\circ}C{\sim}20{\pm}2^{\circ}C$의 온도 조건에서 수행되었으며, 암석 시험편은 진공챔버에서 포화된 상태에서 5시간 동결과 5시간 융해 과정을 1 cycle의 동결-융해로 설정하였다. 본 논문에서는 전체 200 cycle의 동결-융해 과정을 진행하면서 20 cycle 마다 공극률, 흡수율, 초음파 속도 및 쇼어경도를 측정하였으며, 50 cycle 마다 일축압축시험을 수행하였다. SW 등급의 편마암은 동결-융해 1 cycle 마다 0.07 MPa 정도 일축압축강도가 감소하였으며, MW 등급의 암석은 0.2 MPa 정도 일축압축 강도가 감소하였다. 동결-융해가 200 cycle 진행되는 동안 SW 등급 암석의 흡수율은 0.23%에서 0.39%로 증가하였으며, P파 속도는 4,054 m/s에서 3,227 m/s로, S파 속도는 2,519 m/s에서 2,079 m/s로 감소하였다. 이와 유사하게 MW 등급 암석의 흡수율은 0.65%에서 1.6%로 증가하였으며, P파 속도는 3,207 m/s에서 2,133 m/s로, S파 속도는 2,028 m/s에서 1,357 m/s로 감소하였다. 동결-융해시험 결과, 남극 테라노바 만 지역의 SW 등급 편마암은 동결-융해가 200~300 cycle 반복될 경우 MW 등급 암석에 가깝게 풍화되는 것으로 밝혀졌다. Freeze-thaw tests were performed on gneiss samples collected from Terra Nova Bay, Antarctica in order to examine the engineering properties of rocks with slightly weathered (SW) and moderately weathered (MW). The tests were conducted under temperature ranging from $20{\pm}2^{\circ}C$ to $-20{\pm}2^{\circ}C$. A cycle of test consisted of 5 hours of freezing followed by another 5 hours of thawing under full saturation. In this paper, total 200 cycles of freeze-thaw test were performed with measurements of porosity, absorption, ultrasonic velocity, and shore hardness per each 20 cycle and that of uniaxial compressive strength (UCS) per each 50 cycle. The UCS of the SW rocks approximately decreased 0.07 MPa per a single cycle, while that of MW rocks decreased around 0.2 MPa per a single cycle. During the 200 cycles of SW rocks, the absorption increased from 0.23% to 0.39%, the P-wave velocity decreased from 4,054 m/s to 3,227 m/s and S-wave velocity decreased from 2,519 m/s to 2,079 m/s. Similarly, those of MW rocks changed from 0.65% to 1.6%, 3,207 m/s to 2,133 m/s and 2,028 m/s to 1,357 m/s. In conclusion, it was inferred that the properties of SW rocks experienced approximately 200-300 cycles of freeze-thaw process become close to those of MW rocks.

셀 단위 평가법을 이용한 암반사면 안정성 평가

장보안 ( Bo An Jang ),풍보현 ( Bo Hyun Poong ),장현식 ( Hyun Shic Jang ) 대한지질공학회 2008 대한지질공학회 학술발표회논문집 Vol.2008 No.-