도시철도 상부지반의 지반함몰에 관한 수치해석적 연구

채덕호(Deokho Chae),이진욱(Jin-wook Lee),이성진(Sung-Jin Lee) 한국철도학회 2019 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.5

매립석탄회를 혼합한 유동성 충진재의 동적거동특성

채덕호(Deokho Chae),김경오(Kyoungo Kim),신현영(Hyunyoung Shin),조완제(Wanjei Cho) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.4

최근 도심지의 구조물 건설 시 다양한 라이프라인이 공간의 효율적인 활용 측면에서 지중에 매설되고 있으며, 이러한 라이프라인의 신설 및 유지보수 등을 위해 굴착이나 뒤채움 작업이 빈번하게 이루어지고 있다. 라이프라인 매설 시 지반을 굴착하며, 매설 후 채움재 모래를 사용하여 되메움을 하는 것이 일반적이다. 이러한 경우 통신관, 가스관, 상하수도 등의 관하부와 측면 좁은 공간의 뒤채움은 다짐작업이 어려우며, 다짐작업 시 토사의 특성상 추가적으로 침하가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 미국 및 일본 등과 같은 선진국에서 건설 발생토를 재활용하여 잔토처리 비용을 줄이고, 충분한 유동성을 확보한 유동성 채움재가 사용되고 있다. 또한 지중 매설관 건설 외에도 기초 하부 지반의 보강에도 유동성 채움재를 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 특히 기계 기초 하부 지지층이 연약한 경우, 유동성 채움재를 적용하여 빠른 시간 안에 지반을 개량하는 목적에 적합할 것으로 판단된다. 특히 기계 기초 하부 지지층의 경우, 단순한 기계 하중에 의한 정적 지지력 산정뿐만 아니라 기계의 진동에 의한 동적 하중이 가해지므로 기초 하부 지지층의 동적거동특성이 평가되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 유동성 채움재를 기계 기초 지지층으로 활용하는데 있어서의 적용성을 판별하기 위해 국내에서 일반적으로 볼 수 있는 점토와 황토를 현장발생토로 가정하여 세립분 함량을 달리한 유동성 채움재의 강도 및 동적 거동특성을 파악하였다. 또한 현장 발생토를 대신하여 산업 폐기물인 매립석탄회를 활용하여 유동성 채움재를 조성하여 그 성능을 비교하였다. 그 결과, 매립석탄회를 혼합하여 사용한 경우, 일반적인 건설발생토를 사용한 경우보다 높은 7일 재령 강도와 전단탄성계수를 보였다. Recently, there have been various lifeline installations constructed in the underground space of urban area due to the effective use of land. For newly installed lifelines or the management of the installed lifelines, many construction activities of excavation and backfilling are observed. Around these area, there are possibilities of collapse or excessive settlement due to the leaking of the pipe or unsatisfactory compaction of backfill material. Besides, construction costs can be saved since the on-site soils are used. The application of this liquidity filling material is not only to the lifeline installation but also to underpin the foundation under the vibrating machinery. On the evaluation of the applicability of this method to this circumstance, the strength should be investigated against the static load from the machine load as well as the vibration load from the activation of the machine. In this study, the applicability of the liquidity fill material on the foundation under the vibrating machinery is assessed via uniaxial compression and resonant column tests. The liquidity filling material consisting of the on-site soils with loess and kaolinite are tested to investigate the static and dynamic characteristics. Furthermore, the applicability of the reclaimed ash categorized as an industrial waste is evaluated for the recycle of the waste to the construction materials. The experimental results show that the shear modulus and 7 day uniaxial strength of the liquidity filling material mixed with reclaimed ash show higher than those with the on-site soils. However, the damping ratio does not show any tendency on the mixed materials.

동결 사질토의 크리프 거동에 관한 실험적 연구

채덕호(Deokho Chae),김영석(Youngseok Kim),이장근(Jangguen Lee),조완제(Wanjei Cho) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.2

계절 동토지역으로 분류되는 우리나라의 동토에 관한 연구는 동상압에 의한 아스팔트 도로 등의 기능 저하 방지에 관한 연구가 대부분이었다. 하지만 최근 제 2 남극 기지인 장보고 기지 건설과 러시아 극동지역의 천연파이프 건설 협약 등이 이루어지면서 영구동토지반에서의 구조물 건설에 대한 관심이 증대되고 있다. 영구동토지반에서 구조물 설계 시 지반의 크리프 특성이 매우 중요한 요소로 알려져 있다. 현재 우리나라에서는 동토에 관한 명확한 시험규정이 없으므로 동토에 영향을 미치는 요소를 시험변수로 활용하여 크리프 거동 특성을 체계적으로 규명하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 -5℃와 -10℃에서 조밀한 주문진 표준사를 동결시켜 하중비율을 조절하여 일정하중 하에서의 크리프 특성을 살펴보았다. 시험 결과, 온도가 더 낮을수록, 하중비율이 더 클수록 2차 크리프 거동이 짧아지고 3차 크리프의 변형이 더욱 뚜렷이 나타나는 경향을 보였다. Due to the latitudinal location of Korea, the seasonally frozen ground has been focused on as research topics such as the frost heaving under the asphalt road rather than the permafrost ground. However, the recent construction of the second Korean Antarctic research station, the Jangbogo station and the participation on the development of the natural gas pipeline in Russia arouse the research interests on the behavior of the permafrost ground. At the design process of the geotechnical structures on the permafrost ground, the evaluation of the creep characteristics of the frozen soil is very crucial. Since the domestic specification on the frozen soil testing does not exist currently, it is necessary to evaluate the creep characteristics of frozen soils systematically with regard to the affecting factors. Therefore, the creep characteristics of the frozen specimens of dense Jumoonjin sand were evaluated under various loads at -5 and -10℃. Based on the test results, as the load became close to the strength and the temperature became lower, the duration of the secondary creep became shorter and more distinct tertiary creep responses were observed.

Micro X-ray CT 촬영을 통한 동결 사질토 시료의 세립분 함유량에 따른 입자간 거리 분석

채덕호(Deokho Chae),이장근(Jangguen Lee),김광염(Kwang-Yeom Kim),조완제(Wanjei Cho) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.1

Chae et al.(2015)에 따르면 동결 사질토의 역학적 거동은 동결온도와 세립분 함유량에 따라 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 원인으로 동결온도에 따른 부동수분의 차이일 것이라는 의견과 세립분 함유량 및 간극 내 얼음에 의해 사질토 입자들 이격거리 차이에 의한 것이라는 의견이 제시되었다. 제시된 두 가지 의견 중 사질토 입자들 이격거리의 확인을 위해 micro X-ray CT 촬영을 수행하였다. X-ray CT 촬영에 의한 비파괴 검사는 최근 지반공학 분야에서 진행되고 있는 다양한 융복합 연구 중 하나로 CT 촬영을 통하여 지반재료의 내부 구조를 마이크로미터 단위의 높은 해상도를 통해 평가할 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 -5, -10, -15℃의 동결온도에서 성형된 5, 10, 15%의 세립분을 포함하고 있는 동결 사질토 공시체에 대하여 micro X-ray CT 촬영을 수행하고 기존의 개발된 이미지 해석 기법을 적용하여 동결 사질토 내의 조립질 입자들의 최단거리 및 평균거리를 통하여 세립분 함유량 및 동결온도가 조립질 입자간의 거리에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. X-ray CT 촬영 결과, 동결온도 및 세립분 함유량은 동결 사질토 내 입자간 거리에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. The mechanical characteristics of frozen sand greatly depend on the frozen temperature and the fine contents according to the previous study by Chae et al. (2015). There are two hypotheses to explain this experimental results; one is the unfrozen water contents greatly affected by the fine contents and frozen temperature and the other is the sand particle spacing greatly affected by the pore-ice. To evaluate the latter hypothesis, the micro X-ray CT scan was performed. The micro X-ray CT scanning, one of the actively performed interdisciplinary research area, has a high resolution with micrometer unit allows to investigate internal structure of soils. In this study, X-ray CT technique was applied to investigate the effect of the frozen temperature and fine contents on the sand particle minimum and average spacing with the developed image processing techniques. Based on the spacing analysis, the frozen temperature and fine contents have little influence on the sand particle spacing in the frozen sand specimens.

세립분 함유량에 따른 동결 사질토의 응력-변형률-강도 특성

채덕호(Deokho Chae),황범식(Bumsik Hwang),조완제(Wanjei Cho) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.6

최근 우리나라는 러시아 극동 지역의 천연파이프 건설과 제2남극기지인 장보고 기지건설이 이루어지면서 영구동토지반에서의 구조물 건설에 대한 관심이 증대되고 있다. 세립분 함유량이 동결된 사질토의 역학적 거동에 미치는 영향을 파악하기 위하여 온도 -5, -10, -15℃의 조건에서 세립분 함유량 0, 5, 10, 15%의 시료에 대해 일축압축시험을 수행하였다. 동결 사질토를 성형하기 위해 입도가 균일한(SP) 주문진 표준사와 소성성이 낮은 실트(ML)인 카올리나이트를 사용하였다. 성형된 동결 사질토를 사용하여 온도를 제어할 수 있는 냉동 체임버에서 일축압축실험을 수행하였고 강도 및 강성특성을 파악하기 위해 최대 일축압축강도와 변형계수를 분석하였다. 그 결과 동결 사질토의 강도 및 강성은 세립분 함유량이 증가할수록 감소하는 경향을 보이고 온도가 낮아짐에 따라 증가하는 경향을 보였다. Recently, the participation on the development of the natural gas pipeline in Russia as well as the recent construction of the second Korean Antarctic research station, the Jangbogo station provide the research interests on the behavior of the permafrost ground. To investigate the effect of fines on the mechanical responses of frozen sands, unconfined compression tests were performed on the frozen sands with 0, 5, 10 and 15% of fine contents at -5, -10 and -15℃. The poorly graded (SP) Joomunjin sand and kaolinite, silt with low plasticity (ML) were used for the preparation of the frozen soil specimens. The mechanical responses of the tested soils were investigated via unconfined compression tests in the temperature controlled laboratory and analyzed in terms of peak unconfined compressive strength and secant modulus at 50% of the peak strength. As the fine contents increase, the unfrozen water contents increase and thus the strength and stiffness of frozen soils decrease. The increment of the stiffness and strength due to the temperature decrease vary with the fine contents.

브릴루앙 광 상관영역 기반 분포형 광섬유를 활용한 도시철도 구조물의 모니터링 적용성 평가

채덕호(Deokho Chae),이성진(Sungjin Lee),이진욱(Jin-Wook Lee) 한국지반환경공학회 2018 한국지반환경공학회논문집 Vol.19 No.9

최근 우리나라는 도시의 노후화가 가속되며 사회기반시설에 대한 다양한 문제점들이 발생하고 있다. 이에 영향을 받는 도시철도 구조물 또한 노후화가 가속되면서 시민들의 불안감은 커지고 있어 이에 대한 연구의 필요성이 제기되고 있다. 도시철도 구조물은 시민의 안전과 밀접하게 연관되어 있어 이상 현상을 신속히 발견하여 처리해야 한다. 도시철도 지하구조물의 경우, 선로에 변형률 게이지를 부착하거나 광섬유 센서인 브래그 격자 센서를 활용하여 측정하고 있다. 그러나 이러한 방식은 장거리 모니터링에는 용이하지만 공간 분해능이 떨어져 이상구간을 정밀하게 측정하는 데에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 브릴루앙 광 상관영역 기반(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis; BOCDA)의 분포형 광섬유 센서 시스템을 구축하여 도시철도 지하구조물인 궤도에 관한 모니터링 적용성 평가를 수행하였다. 구축된 BOCDA 기반의 고분해능 분포형 광섬유 센서 시스템은 공간분해능 10, 20, 50, 100cm이며 측정거리 2km 구간에 대해 상시 모니터링 및 특정 위치에 대해 모니터링이 가능하다. 철도 폐선부지에 광섬유를 약 250m 포설하여 상시 모니터링에 대한 적용성을 평가하였으며, 윤중 시험기를 사용하여 특정위치에 대한 모니터링 적용성을 평가하였다. 시험결과, 공간분해능 1.0m에서 0.1m로 낮아질수록 손실이 커지는 경향을 보이고 있으며, 공간분해능이 낮을수록 측정 속도는 감소하지만 위치 및 변형에 대한 정확한 데이터를 얻을 수 있었다. 추후, 포설방법이 해결된다면 다양한 구조물의 모니터링에 활용될 수 있을 것이다. Recently, there have been various problems aroused on the domestic infrastructures as the domestic cities become old. Accordingly, the national concerns grow on the urban railway and the related structures, which brings the national interests are brought on the research on the maintenance and rehabilitation of the old infrastructures. The underground structure of urban railway are checked with the strain gages or fiber brag grating (FBG) sensors on the railway. However, these methods are known to have resolution limitations on the investigations of the specified abnormal section. Therefore, the applicability of the Brillouin Optical Correlation Domain Analysis (BOCDA) based distributed fiber optic sensor system on the railway was evaluated in this study. The constructed BOCDA fiber optic sensor system shows high resolution of 10, 20, 50, 100 cm and capability of continuous monitoring on overall or specified section within 2 km range. The applicability evaluation was performed on the 250 m distribution of fiber optic sensors abandoned railway for continuous monitoring. The applicability of the system on the specified area was evaluated with wheel load testing. As a result, data loss tends to increase with the reduction of spatial resolution from 1.0 m to 0.1 m. Even though the measuring speed is reduced with lower spatial resolution, data accuracy increases on the location and deformation. The system can be applicable to various structures if the proper distribution method is invented later.

터널 배면의 지질 탐상을 위한 Side TSP의 적용성 검토

채덕호(Chae, Deokho),이나현(Yi, Nahyun) 한국지반신소재학회 2021 한국지반신소재학회 학술발표회 Vol.2021 No.11

동결 온도에서 다짐효과에 관한 실험적 연구

황범식(Bumsik Hwang),채덕호(Deokho Chae),김영석(Youngseok Kim),조완제(Wanjei Cho) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.1

우리나라는 사계절이 뚜렷하며 여름에는 고온다습한 무더운 날씨를 보이고 겨울에는 혹한의 날씨가 지속된다. 이러한 계절적 특성을 고려하여 국내 토공 분야에서는 많은 연구들이 있었으나 대부분의 연구가 지반의 동결.융해에 초점을 맞추어 이루어졌다. 이러한 연구들은 시공 당시의 기온에 따른 지반특성을 반영하지 못하였으며 상온에서 다져진 지반을 대상으로 실시되었다. 그러나 동절기 다짐의 경우 상온에서의 다짐과는 다른 지반상태를 나타낼 것으로 예상되며, 그에 따른 동결.융해로 인한 강도 및 변형특성 또한 다르게 나타날 것으로 판단되나 이를 고려한 연구는 아직까지 전무한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 -3℃와 -8℃에서 주문진 표준사에 카올리나이트를 0%, 5%, 10%, 15%의 중량비로 혼합하여 다짐시험을 실시하였으며, 상온(18℃)에서의 다짐곡선과 비교하여 온도 및 세립분 함량에 따른 다짐 효과를 살펴보았다. 시험 결과, 동결 온도에서 다짐 시 최대건조단위중량이 감소하는 경향을 보였으며, -8℃ 이하에서 다짐 시공 시 시방서의 다짐기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. Korea has four distinct seasons, showing hot and humidity in summer and cold weather lasted in winter. Domestic research on earth work has been developed according to the seasonal characteristics, and most of research topics have focused on the effect of freezing-thawing on the performance of geo-materials. However, the previous research was performed on the ground compacted at room temperature and therefore, the effect of the sub-zero temperature at the time of construction was not fully investigated. The ground characteristics compacted at freezing temperature can be different from those at room temperature and show different characteristics of strength and deformation caused by freezing and thawing. Therefore, the compaction tests on sandy materials were conducted under various temperature at -3℃ and -8℃ with various fine contents of 0%, 5%, 10% and 15% in weight fraction. The effectiveness of soil compaction at below-freezing temperatures were compared with the compaction at room temperature at 18℃ in terms of the maximum dry unit weight and optimum water contents. Based on the test results, the maximum dry unit weight tends to decrease with the freezing temperature and the relative compaction at -8℃ can not be satisfied with general specification standard.

반응성연직배수공법의 적용에 대한 지반공학적 평가

나형윤(Na Hyoung-Yun),채덕호(Chae Deokho),오명학(Oh Myoung-Hak),조완제(Cho Wanjei) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.7

근래 기존의 항만 중심에 초점이 맞추어져 있던 해양 개발에서 녹색 성장 기술 확보 및 서비스 산업을 창출할 수 있는 해양 공간을 마련하기 위하여 해상 폐기물매립장을 자원순환기술 및 지반개량공법을 적용하여 추후 친환경 인공섬의 기반으로 삼고자 한다. 따라서, 본 연구에서는 해상 폐기물매립장의 지반 개량과 오염물질 정화를 동시에 진행할 수 있는 반응성연직배수공법의 현장 적용성을 판별하기 위하여 공법 적용 대상 지반의 역학적 특성과 공법의 시공성에 대한 연구를 수행하였다. 본 논문에서는 반응성연직배수파일의 충분한 이격거리를 확보하면서 지반의 조기 안정을 위해 연직 배수거리를 단축할 수 있는 배수중간층의 적용을 제안하였다. 또한, 반응성연직배수공법을 적용하여 해상 폐기물 매립장의 경제적인 운영을 도모하고자, 배수중간층을 적용한 경우의 역학적인 거동을 파악하였다. 직경 250㎜의 원형 토조를 제작 후 모형시험과 표준압밀시험을 통하여 압밀 방식에 따른 침하특성을 판별하였다. 그 결과 추후 인공섬의 기반으로 사용할 해양 폐기물 매립장에 준설토를 투기할 경우 배수중간층을 적용한 반응성연직배수파일을 사용하여 조기 지반안정과 토양 정화가 가능할 것으로 판단된다. 또한, 지반 개량 후 구조물에 의한 응력증가로 발생하는 침하량은 진공압밀공법으로 개량한 경우가 연직재하공법을 적용한 경우보다 지반공학적으로 유리한 압밀특성을 가지는 것으로 나타났다. Recently, our ocean development paradigm is changing so that the development focus has been moved from the port facility developments to creating useful marine space. This paradigm accords well with the current green technology and helps the growth of service industries and the development from this paradigm can become a national land mark. Accordingly, the concept of creating marine waste landfill by the development of resource recycling technology has been introduced for eco-friendly space as an artificial island in future. Therefore, this study introduces the reactive vertical drainage method that is to pursue the purification of pollutants as well as stabilization of newly deposited soils in marine environments. To install the reactive vertical drainage piles for more effective feasibility and constructability, placements of drainage mid-layer are considered in the geotechnical viewpoint. Consolidation characteristics were evaluated by standard consolidation tests after several types of model test. As s result, the application of mid-layer drainage is strongly recommended in the reactive vertical drainage to quickly stabilize newly deposited soils. And vacuum consolidation method has better consolidation characteristic than vertical loading method in terms of the settlements predicted by additional stress for further use as an artificial island.

국내 시추조사 자료 정밀도 시계열 분석

장용구(Yonggu Jang),김영선(Youngsun Kim),채덕호(Deokho Chae),조완제(Wanjei Cho) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.3

2007년 <지반조사 성과 전산화 및 활용에 관한 지침>에 따라 국토지반정보 통합DB센터화 사업이 추진되어 건설현장에 생성되는 지반정보와 관련된 각종 조사, 정보의 효율적인 수집 및 활용을 위하여 시추정보 유통프로세스 사업이 진행되고 있다. 국토지반정보 통합DB센터에 따르면 2014년 6월을 기준으로 약 18만공의 지반정보가 정리되어 있으며 현재에도 지반정보에 대한 데이터베이스 구축이 활발하게 진행되고 있다. 본 연구는 이러한 지반정보 유통프로세스 사업이 시추정보 정밀도에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 현장에서 가장 많이 활용되고 있는 지하수위와 지층심도에 관한 시추정보를 이용하여 정밀도 시계열 분석을 실시하였다. 정밀도 분석은 정규분포와 첨도를 통한 통계학적 방법을 이용하였다. 결과적으로 유통프로세스 사업이 시추정보 정밀도 향상에 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었으며 보다 많은 정보를 바탕으로 다양한 시추정보의 정밀도 검증을 수행할 경우 각 지역에 따른 시추정보 정밀도 평가도 수행할 수 있을 것으로 기대된다. Since the introduction of ‘the rule for computerizing subsoil investigation results and its application’ in 2007, the DB construction of the national geotechnical information by Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MOLTMA) has been performed. According to the Integrated DB Center of National Geotechnical Information, there have been 180 thousands borehole information stored in the system. In this study, the time-series analyses of precision on the most used information, the depth of stratum and ground water level, were performed to evaluate the effect of the initiation of the rule established in 2007. The precisions were evaluated based on the statistical analyses using kurtosis and normal distribution. Based on the results, the increase of precision after 2007 and the affirmative effects of the rule established in 2007 are confirmed. Furthermore, the precision of the regional information can be achieved with the precision analyses on the information from various areas.