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.

도로터널 화재에 안전한가? - 도로터널 화재예방 대책 추진 -

이인모,윤성배,Lee, In-Mo,Yun, Seong-Bae 한국터널지하공간학회 2007 자연, 터널 그리고 지하공간 Vol.9 No.4

조적식 철도터널의 내진성능평가에 관한 연구

이인모,정경한,이준석,최진유,신영진,Lee, In-Mo,Jeong, Kyeong-Han,Lee, Jun-Suk,Choi, Jin-Yu,Shin, Young-Jin 한국터널지하공간학회 2002 터널기술 Vol.4 No.4

국내 조적식 철도터널의 라이닝은 적벽돌이나 화강암의 석재블럭 또는 석축으로 구성되어 있다. 조적식라이닝은 지진하중에 대한 고려가 없이 시공이 되어 있어 지진시 거동에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 철도터널내 조적식 라이닝에 대한 물성평가 및 내진 해석기법을 개발하여 내진성능을 평가할 수 있도록 하였다. 적벽돌 조적식 라이닝은 배열이 지반조건에 따라 3~5층으로 구성 되어 있으며 벽돌과 벽돌은 모르터로 부착이 되어 있다. 본 연구에서는 조적식 라이닝의 거동분석 및 내진성능 평가를 위해 적벽돌, 횡줄눈, 종줄눈과 배면줄 눈을 각각 고려한 모형을 개발하였다. 내진해석은 구조물의 고유주기 뿐만 아니라, 지반과의 상호 작용을 고려한 전체계의 주기 등을 고려하는 응답스펙트럼해석을 실시하였다. 또한 라이닝과 지반조건변화에 따른 거동을 분석하고, 보강공법에 따른 거동을 분석하여 합리적인 보강공법을 유도하였다. Domestic masonry railroad tunnel lining consists of red bricks or granite stone blocks and mortar. It is necessary to evaluate the behaviour of the masonry tunnel lining during an earthquake because the lining was constructed without the consideration of seismic loads. In this study, a methodology to evaluate the seismic resistant capacity of masonry tunnel linings was proposed, i.e. material property evaluation and seismic analysis technique. The red brick masonry tunnel lining is arrayed with multi-layers composed of 3 to 5 bricks depending on ground conditions and each brick is attached with mortar. Equivalent property concept was adopted to consider the stiffness difference among the red brick material itself and joints between bricks. Response spectrum analysis was performed by considering ground-structure interactions. A parametric study was performed to figure out the effect of relative stiffness between the lining and rock mass on the seismic behavior. A resonable countermeasure to minimize the earthquake-induced damage was also proposed.

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.

침투력을 고려한 터널의 내공변위 제어 미케니즘

이인모,유승열,남석우,신영진,Lee, In-Mo,Yoo, Seung-Youl,Nam, Seok-Woo,Shin, Young-Jin 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.3

지하수위 하에서 터널을 굴착하게 되면, 지하수 흐름은 터널내로 발생하면서 터널 단면에 침투력이 작용하게 된다. 본 연구에서는 지하수 흐름을 고려한 숏크리트 라이닝 거동을 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 투수계수의 비율에 따라 검토하였다. 숏크리트 응력 및 변위 관계는 3차원 유한요소 연계해석을 수행하여 산정하였다. 지하수 흐름 자체는 아칭효과가 발휘되지 않기 때문에, 터널의 응력이 평형상태에 도달한 후에도 침투력은 계속적으로 숏크리트 라이닝에 작용하여 심각한 영향을 준다. 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 인터페이스 특성 및 터널의 단변형상 그리고 라이닝의 두께를 포함한 숏크리트 거동의 영향 인자에 대해 매개변수분석을 실시하였다. 또한 NATM 터널에서의 침투력을 고려한 내공변위 제어법을 제안하였다. 해석결과를 보면, 숏크리트의 투수성이 낮아질수록 잔류수압에 따른 유효응력의 감소로 인해 내공변위는 감소하고 내압은 커지는 것을 알 수 있었다. 띠라서 차수성이 강한 강섬유보강 숏크리트가 해저/하저 터널의 지보재로서 더욱 유리하다는 결론을 얻었다. When a tunnel is excavated below groundwater table, the groundwater flow occurs towards the tunnel resulting in the seepage pressure. In this paper, the effect of groundwater flows on the behavior of shotcrete lining installed between ground-liner interfaces was studied considering permeability ratio between the ground and the shotcrete into account. Three-dimensional coupled finite element analysis was performed for this assessment. Seepage forces will seriously affect the shotcrete behavior since arching phenomena do not occur in seepage forces. A parametric study was conducted on the various tunnelling situations including interfacial properties between ground and shotcrete lining, the shape of tunnel cross-section and the thickness of liner, etc. Moreover, the convergence-confinement method (CCM) of a NATM tunnel considering seepage forces was proposed. The result showed that the more water tight is the shotcrete, the smaller is the convergence and the larger is the internal pressure. Therefore, the watertight fiber-reinforced shotcrete is found to be even more advantageous when used in under water tunnel.

웨이블릿 변환을 이용한 터널 콘크리트 라이닝의 두께 검사법

이인모,전일수,홍은수,이주공,Lee, In-Mo,Cheon, Il-Soo,Hong, Eun-Soo,Lee, Joo-Gong 한국터널지하공간학회 2003 터널기술 Vol.5 No.1

콘크리트 라이닝의 안정성을 검토하기 위해 지난 수년간 많은 연구가 이루어졌으며, 많은 비파괴 조사 기법들이 개발되고 발전하였다. 이러한 비파괴 조사 기법들은 그 신호 해석 과정에서 대부분 푸리에 이론을 근간으로 하고 있다. 그러나 진동신호에 대하여 푸리에 해석을 적용할 경우 결과는 단지 주파수 영역상에서 확인될 뿐이며, 이러한 결과로는 정확한 대상 신호의 분석을 기대할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 충격하중으로 인하여 발생한 비정상 파의 해석을 위하여 웨이블릿 이론을 적용하였으며, 웨이블릿 변환의 적용성을 확인하기 위하여 콘크리트 라이닝을 모사한 모형을 대상으로 실험을 수행하고, 제안된 이론을 바탕으로 콘크리트 라이닝의 두께를 추정하였다. 본 연구로부터 푸리에 변환에 비해 웨이블릿 변환이 뛰어난 분해능을 제공함을 확인할 수 있었으며, 분산성을 갖는 파를 해석함에 있어서도 웨이블릿 변환이 뛰어난 신호 해석법임을 확인할 수 있었다. To investigate the safety and stability of a concrete lining, numerous studies have been conducted over the years and several methods have been developed. Most signal processing techniques of NDT have been based on Fourier analysis. However, the application of Fourier analysis to analyze recorded vibrational signal shows results in the frequency domain only, and it is not enough to analyze transient waves precisely. In this study, Wavelet theory was employed for the analysis of non-stationary wave induced by mechanical impact on tunnel concrete lining. The Wavelet transform of transient signals provides a method for mapping the frequency spectrum as a function of time. To verify the availability of Wavelet transform as a time-frequency analysis tool, model experiments have been conducted and the thickness of the concrete lining was estimated based on the proposed theory. From this study, it was found that the contour map by Wavelet transform provides more distinct results than the power spectrum by Fourier transform and it was also found that Wavelet transform was also an effective tool for the analysis of dispersive waves in tunnel concrete linings.

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.

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.

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.

지하공간 건설시 탄.소성 모델에 의한 지반계수 추정

이인모,김동현,이우진,Lee, In-Mo,Kim, Dong-Hyeon,Lee, U-Jin 한국지반공학회 1997 지반 : 한국지반공학회지 Vol.13 No.4

지하공간에 대한 설계 및 시공시에는 필연적으로 많온 불확정성이 내포되어 있다. 가장 중요 한 요소로는 설계단계 에서 입력 값으로 사용하는 지반계수이며, 이의 정 확한 산정 에는 많은 어려 움이 따른다. 특히, 지하공동의 굴착으로 인해 소성영역이 발생하게 되면, 지반거동은 항복규준 을 결정짓는 강도정수에 민감한 반응을 나타내므로 탄성해석법에만 근거한 역 해석기법의 적용 으로는 신뢰성 있는 지반계수를 추정할 수 없게 된다. 본 논문에서는 지하공간의 설계와 시공의 유기적인 결합으로 터널의 소성상태까지 고려할 수 있는 최적의 지반계수를 산정하기 위하여, 초기예측치와 계측치로부터 예측된 값을 합리적으로 조합할 수 있는 확장 Bayesian방법(Extended Bayesian Method:EBM)을 적용하였다. 지반 조합 거동 예측은 Mohr-Coulomb 항복규준에 근거한 탄.소성 유한요소해석법을 사용하였다. 개발된 피드백 시스템의 효용성을 검증하기 위하여 소성 거동을 나타내는 단면에 대해 예제해석을 수행하였다. The design and construction of underground structures contain many substantial mincer dainties. A reasonable estimation of geotechnical parameters is of paramount importance and must be one of the most difficult tasks in designing and constructing underground structures. If the plastic zone exists by tunnel excavation, the ground response may also be dependent on the yield criterion mainly composed of strength parameters. In order to estimate unknown model parameters from the in-situ measurements as well as prior estimates for designing tunnels which have plastic zones, the Extended Bayesian Method(EBM) is adopted : an elasto-plastic finite element program is linked to the EBM as a mathematical model to predict the ground response. Mohr-Coulomb failure criterion is used to represent the plastic behavior. A hypothetical underground site, where the ground behaves elasto-plastically, is adopted to demonstrate the validity of the proposed feedback system.