수치해석에 의한 연약지반 터널의 바닥부 곡률의 영향 분석

유광호,김강산,You, Kwangho,Kim, Kangsan 한국터널지하공간학회 2021 한국터널지하공간학회논문집 Vol.23 No.2

도로건설의 가속화로 인해 매년 터널의 개소와 터널 연장이 증가하는 추세이다. 터널의 붕락에 관련된 연구는 많이 진행됐으나 바닥부 융기와 관련된 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 연약지반에서 터널의 바닥부 곡률의 영향을 분석하고자 지반범용해석 프로그램을 이용하여 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과 터널의 바닥부 곡률이 커질수록 지반조건 및 지보재 두께와 관계없이 안전율이 크게 산출되어 터널의 안정성이 증가됨을 정량적으로 확인하였다. 또한, 터널의 내공변위 및 숏크리트가 받는 최대 휨응력도 감소하여 터널의 안정성이 증대됨을 확인하였다. 따라서 연약지반에서 터널을 굴착할 경우 바닥부에 곡률을 적용하는 것이 터널의 안정성을 증대시킬 것으로 판단된다. Due to the acceleration of road construction, the number and extension of tunnels are increasing every year. A lot of research has been done on the collapse of tunnels, but research on the invert heaving is insufficient. Therefore, in this study, a sensitivity analysis was performed using a geotechnical general-purpose program to analyze the effect of the invert curvature of a tunnel excavated on the soft ground. As a result, it was quantitatively confirmed that the stability of a tunnel was increased as the curvature of the tunnel invert was increased so that the safety factor was calculated to be large regardless of the ground conditions and the thickness of the support. In addition, it was confirmed that the stability of the tunnel was increased by reducing the convergence of the tunnel and the maximum bending stress supported by shotcrete. Therefore, when a tunnel is excavated on soft ground, it is believed that applying a curvature to the invert will increase the stability of the tunnel.

강섬유 보강 숏크리트의 터널모형실험 및 수치해석적 검증

유광호(Kwangho You),정지성(Jisung Jung),박연준(Yeonjun Park) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.2

본 논문은 터널의 지반과 지보재의 상호 거동을 규명하기 위해 터널의 1차 지보재인 강섬유 보강 숏크리트의 파괴 및 변형특성을 살펴보았다. 이를 위해 실제와 유사한 크기의 터널모형을 제작하여 실험하였다. 실험은 측압계수를 0.5와 1.0으로 설정하여 수행하였으며 11개의 유압실린더를 사용하여 하중을 재하하였다. 11개의 유압실린더는 측압을 효과적으로 모사하기 위해 천단부와 측벽부 두 그룹으로 나누어 조절하였다. 한편 숏크리트의 변형은 11개의 LVDT를 사용하여 측정하였다. 또한 각 실린더에서 가해지는 하중이 숏크리트에 분산되어 잘 전달되도록 뒤채움재를 사용하였다. 모형실험의 검증을 위해 3차원 수치해석을 실시하였다. 3차원 수치해석은 터널모형실험과 가능하면 같은 조건으로 해석하기 위하여 모형실험의 로드셀에서 얻어진 하중이력곡선이 수치 해석 시에도 가능하면 동일하게 재현되도록 FISH routine을 별도로 작성하여 수행되었다. In this study, the failure and deformation characteristics of steel fiber reinforced shotcrete (SFRS) which is a primary tunnel support was investigated to find out ground-support mutual behavior. To this end, a mock-up of a tunnel was made and experimented with the conditions of lateral earth pressure coefficient 0.5 and 1.0. During the tests, 11 hydraulic cylinders were used for loading. For better simulation of the lateral earth pressure effect, these cylinders were controlled separately by two groups; crown and side wall. Meanwhile, the deformation of shotcrete was measured by 11 LVDTs. Backfill material was also used for better load transfer from hydraulic cylinders to shotcrete. For the validation of the mock-up test results, 3D numerical analysis is carried out. To do numerical analysis under the same condition as a mock-up test, the load history curve which was obtained during the test was tried to be simulated using an individual FISH routine in the numerical analysis.

SSI 동적해석 시 지반증폭에 따른 건물의 최대 수평변위 비교 연구

유광호(You, Kwangho),김승진(Kim, Seungjin),김강산(Kim, Kangsan) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

연속체 모델에 기초한 SSI 동적해석 시 지진파 탁월주기가 초고층 건물에 미치는 영향

유광호(Kwangho You),김주형(Juhyong Kim),김승진(Seungjin Kim) 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회논문집 Vol.20 No.12

최근 우리나라에서 지진이 발생하여 대도시의 초고층 건물의 내진연구가 증가하고 있다. 하지만 대부분의 초고층 건물의 내진연구 및 해석은 지반을 간접적으로 고려하고 있다. 또한 지진파 탁월주기의 영향이 거의 고려되고 있지 않는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지진파 탁월주기가 초고층 건물 동적거동에 미치는 영향이 지반을 고려하는 연속체 모델을 적용하여 분석되었다. 이를 위해 유한요소기반의 수치해석 프로그램인 MIDAS GTS NX를 사용하여 선형시간이력해석을 적용한 2D 동적해석을 수행하였다. 또한 동적거동 분석을 위해 수평변위, 층간변위비, 휨응력 및 건물 취약부를 이용하였다. 연구 결과, 전반적으로 초고층 건물은 지진파 탁월주기가 길어질수록 더 큰 동적반응이 발생하였다. 또한 지진파 탁월주기가 다른 파라미터인 지반조건, 지진파 크기보다 더 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. Recently in Korea, researches on seismic analyses for high-rise buildings in a large city have been increasing because earthquakes have occurred. However, the ground conditions are not included in most of seismic researches and analyses on a high-rise building. Also the influence of the predominant period of a seismic wave is not considered in reality. Therefore, in this study, the influence of the predominant period of a seismic wave on the dynamic behavior of high-rise buildings was analyzed based on the complete system model which can consider the grounds. For this purpose, 2D dynamic analyses based on a linear time history analysis were performed using MIDAS GTS NX, a finite-element based program. Dynamic behavior was analyzed in terms of horizontal displacements, drift ratios, bending stresses, and building weak zones. As a result, in overall, the dynamic response of a high-rise building become bigger as the predominant period of a seismic wave become longer. It was also found that the predominant period had a greater influence than other parameters, ground conditions and peak ground acceleration.

복합지반에서 쉴드 TBM 병렬터널 시공 시 지표침하 예측 연구

유광호(You, Kwangho),정선태(Jung, Suntae),김승진(Kim, Seungjin) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

도로포장의 노상 층 지지력에 대한 계절적 변화 효과

김한섭(Kim Hansub),유광호(You Kwangho),조규태(Cho Gutae),김낙석(Kim Nakseok) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 D Vol.27 No.4D

도로의 건설에서 토공이 차지하고 있는 비중이 크며, 공사비도 많은 부분을 차지하고 있다. 국내에서 개발된 지지력에 대한 명확한 평가기준이 없는 관계로 해외의 시험법들을 차용하고 있으며, 도로의 하부구조의 정량적인 평가를 위하여 사용하고 있는 현장 CBR, 평판 재하시험 등으로 도로현장의 품질을 관리하기에는 문제점들이 발생하고 있다. 따라서 국내에서 가장 합리적으로 할 수 있는 시험법이 필요하지만, 아직까지는 현실화되지 못하고 있다. 해외에서 개발되어서 국내에서 운용되고 있는 FWD(Falling Weight Deflectometer)가 있지만 시험장비가 고가이며, 데이터베이스의 부족 등으로 인하여 시공현장에 직접적으로 투입되지는 못하고 있다. 본 연구는 개통된 도로의 보조기층 및 동상방지층과 노상의 지지력이 계절에 따라서 어떻게 변화되고 있는지와 시공관리를 위한 기초자료로 활용하기 위하여 준공된 도로를 중심을 연구를 진행하였다. 계절별로 도로의 하부구조 층의 기계적 변화가 있었지만, 차이가 크지 않았다. 또한, 함수비가 도로의 하부구조에 미치는 영향은 일반적으로 예상하고 있는 정도에 비하여 그리 크지 않음을 알 수 있었다. Earthwork is an important process in the construction of highways and its criterion of the total construction cost is comparatively high. Foreign criteria on subgrade support have been adopted since the domestic ones are not defined clearly. The California Bearing Ratio (CBR) test and plate loading test are commonly used to evaluate the support value under pavement structure. However, many problems have been raised in controlling the quality of the subgrade during highway construction. With these backgrounds in mind, the Falling Weight Deflectometer (FWD) test was developed and is used in domestic highway sites though its price is high. The research was conducted to estimate the effect of seasonal changes on subgrade support values within pavement structure. The results can be used as a basis in pavement structure. The data was collected from the construction pavement sites in service conditions. Test results revealed that the effect of seasonal changes on subgrade support values within pavement structure was not noticeable though some changes were observed.

국내 도로용 노상재료의 동상에 대한 시험적 특성

김한섭(Kim Hansub),유광호(You Kwangho),조규태(Cho Gyutae),김낙석(Kim Nakseok) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 D Vol.27 No.2D

본 연구는 국내노상토의 물성에 대한 실내동결실험을 실시하여 어떠한 조건하에서 노상토가 동결되고 또한 동상압과 동상량이 발생하여 도로를 파손시킬 수 있을 지에 대한 연구를 진행하였다. 시용한 시료는 국내의 도로현장에서 사용하는 노상토를 사용하였으며, 비교실험을 위하여 일부재료를 채취하였고, 함수비와 미립분함량을 조정하여 실내통상실험을 실시하였다. 실내동상실험의 조건도 현장에서 일어날 수 있는 조건에 따라서 분류하여 실험을 실시하였다. 동결실험용 컨테이너는 영하 30℃까지 냉각이 가능한 공기 순환식으로 제작하였으며, 개방식 동상과 폐쇄식 동상 실험이 가능하게 하였다. 본 연구결과 국내의 노상토 재료는 비동상성 재료로 동상의 피해를 입을 확률이 비교적 적은 것으로 판단된다. 그러나, 이러한 재료도 도로현장에서 수분의 공급이 지속되어 노상토가 포화될 경우에는 동상이 발생하게 되며 도로에 심각한 파손을 미칠 수 있을 것으로 예측된다. The paper presents the frost heave properties of subgrade soils in the laboratory. The main objective of this research is to investigate the cause and effect of the freezing pressure on the amount of frost heave in pavement. To achieve its intended purpose, the most commonly used domestic subgrade soils were adopted in the laboratory tests. The laboratory frost heave tests were conducted under simulated field conditions. The container for the tests was manufactured to control the cooling temperature below to-30℃. Within the limits of the tests performed in this research, the test results revealed that the most domestic subgrade soils were not so vulnerable to the frost heave. However, it should be noted that when moisture is supplied to the subgrade and the subgrade is saturated with water for a long period, the frost heave can cause severe distress in pavement.

과지압 하에 있는 대규모 지하공동의 지보 시스템에 관한 연구

박연준(Yeonjun park),유광호(Kwangho You),최영태(Young Tae Choi),김재용(Jai Yong Kim) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.2

본 연구에서는 측압이 매우 큰 암반에 대규모 유류저장공동을 병렬로 굴착할 경우, 공동 및 지보재의 역학적 안정성을 평가하였다. 수치해석적인 방법을 동원하여 공동 주변 암반의 거동을 분석하고 주된 지보재인 rockbolt와 숏크리트의 역할을 분석하였으며, 각 지보재의 안정성을 평가하였다. 적정한 지보시스템 구축을 위하여 지보재 모델링 기법, 공동 단면 형상, 지보재의 규격 등이 공동의 안정성에 미치는 영향을 파악하였다. 해석결과 지보재의 타설시기와 다단계 굴착에 따른 공동 형상의 변화가 지보재에 발생하는 응력에 큰 영향이 있음을 알 수 있었으며, 강섬유보강 숏크리트의 변형 및 파괴 특성을 고려한 해석기법 개발의 필요성을 확인하였다. A numerical stability analysis was conducted on the large oil storage caverns excavated in a rock mass under high initial horizontal stress. The behaviors of the surrounding rock mass, rockbolts, and shotcrete were analyzed and stability of the support members were assessed. For a proper support system design, the effect of the modelling technique, cavern shape and rockbolt length on the stability of the cavern was investigated. Results show that installation timing of supports and the change in cavern shape due to step-wise excavation affect the stress induced in support members. Also found was desperate need for a numerical technique which can properly reflect the behavior of the steel fiber reinforced shotcrete.

무선 센서 네트워크 시스템을 이용한 실시간 저수지 댐의 상태평가 시스템

유찬호(Chanho Yoo),김승욱(Seungwook Kim),황정순(Jungsoon Hwang),나기혁(Gihyuk Na),유광호(Kwangho You) 한국지반환경공학회 2018 한국지반환경공학회논문집 Vol.19 No.12

무선 센서 네트워크 시스템은 종래의 계측기술이 가지는 한계인 집중계측방법이 가지는 단점을 보완하여 시설물 전체의 거동을 확인할 수 있다는 장점으로 구조물의 안전진단 및 계측, 물 관리 시스템 그리고 댐 구조물에 대한 관리시스템에 까지 폭넓게 제안되고 있다. 그러나 계측과 동시에 시설물의 상태평가가 가능한 연구는 미진한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 기존의 기술적 단점을 개선하기 위하여 시설물의 거동을 파악함과 동시에 안전 등에 대한 상태평가가 가능하도록 무선 센서 네트워크 시스템을 제안하였다. 저수지 댐 시설에 대한 지반공학적 위험인자를 사전에 평가하고, 시설물의 파괴를 유발하는 인자에 대한 한계값을 설정함으로써 위험인자를 측정함과 동시에 인자별로 한계상태를 즉시 평가할 수 있는 시스템을 제안하였다. 본 연구에서는 저수지댐에 대한 표준단면을 이용하여 침투 및 비탈면 활동에 대한 수치해석을 수행하였고, 응력-간극수압 연동 유한차분 수치해석을 수행하여 저수지 댐 구조물에 대한 한계변위를 설정함으로써 즉시 상태평가가 가능하고 측정값을 이용해 회귀분석 함으로써 한계값에 도달하는 시간을 예측할 수 있음으로써 재난, 재해를 사전에 인지할 수 있는 시스템을 제안하였다. The wireless sensor network system has the advantage of confirming the behavior of the entire facility by improving the disadvantages of conventional monitoring system. As a result, it is widely proposed as safety diagnosis and measurement of structures, water management systems, and management systems for dam structures. However, there is a lack of research that can evaluate the condition of facilities such as safety at the same time as monitoring. In this study, it is proposed a wireless sensor network system which can evaluate the behavior characteristics of facilities and evaluate the safety status for improving the technical disadvantages on conventional monitoring system. The geotechnical risk factors for the reservoir dam facility were evaluated and the limit values for the risk factors causing the failure of the facility were set. In other words, the system was set up so that the risk factors can be measured and the limit status can be evaluated immediately for each factor. In this study, numerical analysis is carried out for seepage and slope stability analysis using the typical cross section for reservoir dams. The stress-porewater coupling finite difference numerical analysis is performed for establishing the limit displacement for reservoir dam structures. It is developed a system that can estimate the time to reach the critical value by regression analysis using the measured datas.

강재로 보강된 숏크리트 거동의 수치해석적 연구

이상돈(Sangdon Lee),박연준(Yeonjun Park),임두철(Doochul Lim),손정훈(Jeonghun Son),유광호(Kwangho You),김수만(Suman Kim) 한국암반공학회 2008 터널과지하공간 Vol.18 No.3

숏크리트의 지보성능을 보완하기 위해 사용되는 강지보재는 매우 효과적인 것으로 평가되지만 강지보재 종류별 성능이 파악되지 못하여 설계에 제대로 반영하지는 못하고 있다. 본 연구에서는 여러 가지 강지보재에 의해 보강된 숏크리트의 특성을 휨인성 시험을 통하여 파악하고,그 결과를 수치해석에 반영하고자 하였다. 시험결과 철근보강 숏크리트는H형강이나 격자지보에 비해 지보능력이 다소 못 미치는 것으로 나타났는데, 이는 시험체가 휨인장 파괴를 유도하기에는 다소 짧아서 전단파괴가 발생하였기 때문인 것으로 나타났다. 수치 해석을 이용한 안정성 해석 시 숏크리트와 강지보재를 별도로, 그리고 이들 복합체에 대한 등가물성을 구하여 각각 해석한 바 두 결과가 잘 일치하여 등가물성을 이용한 복합체 해석으로도 간편하게 강지보재의 효과를 모사할 수 있었다. The steel ribs which are used to enhance the supporting capability of the shotcrete are estimated to be very effective, but their characteristics depending on the types of steel support are not well understood enough to be considered in the design stage. This paper describes the behavior of the shotcrete reinforced by various types of steel supports. Through flexural toughness test, major strength parameters such as flexural tensile strength, equivalent flexural tensile strength and residual tensile strength were obtained and used in the numerical analyses. Test results show that steel rebar was not as dependable as H-beam or lattice girder but close examination of the test results revealed that the specimen was failed in shear because of the shorter span than desired. Therefore tests on the properly dimensioned specimens are necessary for valid evaluation of the steel rebar reinforced shotcrete. In the first set of numerical stability analyses, shotcrete and steel supports were modelled separately. Then compared with the second set of analyses in which shotcrete and steel supports were regarded as a composite material. The two results coincided reasonably and this equivalent model turned out to be useful. Key words Shotcrete, Flexural tensile strength, Steel supports.