• Technical Note

    TBM 굴진향상을 위한 연속굴착형 TBM 부품개조 및 제어기술 소개

    Continuous Excavation Type TBM Parts Modification and Control Technology for Improving TBM Performance

    최영태, 이동건, 김문규, 오주영, 조정우

    Young-Tae Choi, Dong-Geon Lee, Mun-Gyu Kim, Joo-Young Oh, Jung-Woo Cho

    도심지 터널 건설에서 발파공법은 민원이 제기되는 문제점이 있어 적용에 제약받고 있다. 이에 대한 대안으로 TBM 및 기계굴착 공법 적용이 필수적으로 검토되고 있다. …

    The existing NATM (New Austrian Tunneling Method) has induced civil compliants due to blasting vibration and noise. Machanized excavation methods such as …

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    도심지 터널 건설에서 발파공법은 민원이 제기되는 문제점이 있어 적용에 제약받고 있다. 이에 대한 대안으로 TBM 및 기계굴착 공법 적용이 필수적으로 검토되고 있다. 이 중 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine)은 굴진과 세그먼트 체결이 번갈아 반복되며 굴진하는 공정을 가지고 있는데, 세그먼트 체결동안 굴진을 멈추게 된다. 이러한 가동 정지시간을 최소화하고자 세그먼트 체결 중에도 가동할 수 있는 연속굴착형 TBM 기술이 개발되고 있다. 나선형 세그먼트의 굴진 반력을 확보하기 위해 추진잭을 개조하고 신뢰성을 확보하는 연구가 진행 중이다. 또한 체결 중 세그먼트를 제외한 나머지 부분의 추진잭을 가동하는 유압제어 및 유압시스템 설계기술이 개발될 예정이다. 본 보고는 연속굴착형 TBM 과제 중 부품개조 및 유압제어 기술에 대한 일부 내용을 소개한다.


    The existing NATM (New Austrian Tunneling Method) has induced civil compliants due to blasting vibration and noise. Machanized excavation methods such as TBM (Tunnel Boring Machine) are being adopted in the planning and construction of tunneling projects. Shield TBM method is composed of repetition processes of TBM excavation and segment installation, the machine has to be stopped during the later process. Consecutive excavation technology using helical segment is under developing to minimize the stoppage time. The modification of thrust jacks and module are planned to ensure the advance force acting on the inclined surface of helical segment. Also, the integrated system design of hydraulic circuit will be remodeled. This means that the system deactivate the jacks on the installing segment while the others automatically act the thrusting forces on the existing segments. This report briefly introduces the mechanical research part of the current consecutive excavation technological development project of TBM.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    습식 숏크리트 뿜칠 장비의 급결제 유량 제어 시스템 개발

    Development of Accelerator Control System for Wet Shotcrete Spraying Equipment

    강태호, 장수호, 최순욱, 김진태, 김봉규, 이철호

    Tae-Ho Kang, Soo-Ho Chang, Soon-Wook Choi, Jin-Tae Kim, Bong-Gyu Kim, Chulho Lee

    숏크리트 습식 공법은 모든 재료를 혼합한 후 분사장치에 공급하여 노즐에 압축공기를 추가하고 분사속도를 향상시켜 타설면에 뿜어 붙이는 공법을 말한다. 현장의 습식 공법에서 …

    The wet shotcrete refers to a method in which all materials are mixed and then supplied to the spraying device, compressed air …

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    숏크리트 습식 공법은 모든 재료를 혼합한 후 분사장치에 공급하여 노즐에 압축공기를 추가하고 분사속도를 향상시켜 타설면에 뿜어 붙이는 공법을 말한다. 현장의 습식 공법에서 사용되는 숏크리트량과 현장 상황을 실험실 규모에서 재현하기 위해서는 장비의 토출량 제어가 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 실험실 규모에서 현장 상태의 재현성을 높이기 위해 숏크리트 몰탈 뿜칠 장비의 급결제 유량 제어 시스템을 개발하여 장비에 적용하였다. 개발된 장비의 검증을 위해 물과 몰탈을 이용한 토출량 제어 시험을 수행하였다. 개발된 제어 시스템은 모노 펌프에 대해 사용자 입력값에 따라 토출량 제어가 원활하게 이루어 졌으나 감속기가 부착된 스크류 펌프에 대해서는 입력값에 따라 원활하게 토출량 제어가 이뤄지지 않았다. 감속기가 부착된 경우, 모노 펌프 가동률은 낮추면서 스크류 펌프의 가동률을 높여서 목표로 하는 급결제 유량에 근접하게 조절하는 방안이 필요하다.


    The wet shotcrete refers to a method in which all materials are mixed and then supplied to the spraying device, compressed air is added to the nozzle, and the spraying speed is improved to spray on the target surface. In order to reproduce the amount of shotcrete used in the wet method in the field and the situation at the laboratory scale, it is essential to control the discharge amount of the equipment. In this study, in order to increase the reproducibility of field conditions at the laboratory scale, a flow control system for shotcrete mortar spraying equipment was developed and applied to the equipment. To verify the developed equipment, a discharge control test using water and mortar was performed. In the developed control system, the discharge was smoothly controlled according to the user input value for the mono pump, but the discharge was not properly controlled according to the input value for the screw pump because of a reducer. When a speed reducer is attached, it is necessary to adjust the operation rate of the screw pump close to the target flow rate by increasing the operation rate of the screw pump while lowering the operation rate of the mono pump.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    경화촉진제를 사용한 내화재 일체형 프리캐스트 슬래브의 화재저항성능 평가

    Fire Resistance Assessment of Precast Duct Slab with Fireproof using Hardening Accelerator

    최순욱, 강태호, 이철호, 김세권, 김태균, 장수호

    Soon-Wook Choi, Tae-Ho Kang, Chulho Lee, Se Kwon Kim, Tae Kyun Kim, Soo-Ho Chang

    프리캐스트 콘크리트는 제작조건을 최적화하고 유사하게 함으로써 시공품질과 시공속도를 높일 수 있는 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 좀 더 효과적으로 내화재 일체형 프리캐스트 슬래브 …

    Precast concrete is an effective method to increase the construction quality and construction speed by optimizing and making the manufacturing conditions similar. …

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    프리캐스트 콘크리트는 제작조건을 최적화하고 유사하게 함으로써 시공품질과 시공속도를 높일 수 있는 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 좀 더 효과적으로 내화재 일체형 프리캐스트 슬래브 제품을 제작하기 위해, 경화촉진제를 사용하여 양생속도를 증가시키는 방법을 사용할 경우 내화재의 화재저항성능이 유지되는지를 파악하고자 하였다. 경화촉진제 포함 여부에 따라 구분된 시험체에 대해 화재저항성능시험을 수행한 결과, 경화촉진제를 사용한 시험체에서 시험체 내부의 온도증가가 높게 나타났으며, 화재가열면에서 내화재의 단면손실이 국부적으로 발생하였다. 결론적으로 본 연구에서 사용한 조건과 같이 경화촉진제를 사용하여 재령 3일 강도를 재령 1일에 발현시킨 경우의 내화재는 RWS화재시나리오 하에서 충분한 화재저항성능을 보장하지 못하는 것으로 판단된다.


    Precast concrete is an effective method to increase the construction quality and construction speed by optimizing and making the manufacturing conditions similar. In order to more effectively produce a fireproof material-integrated precast duct slab, the purpose of this study was to determine whether the fire resistance performance of the fireproof layer is maintained when a method of increasing the curing rate using a hardening accelerator is used. As a result of performing a fire resistance performance test on specimens classified according to whether or not the hardening accelerator was included, increase of temperature inside the specimen was high in the specimens using the hardening accelerator, and the section loss of the fireproof layer occurred locally on the surface exposed to fire heating. In conclusion, it is judged that the fireproof layer in the case where the strength at 3th day of age is gained within 1 day curing age using a hardening accelerator does not guarantee sufficient fire resistance performance in the conditions used in this study.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    드럼커터 어태치먼트의 작용력에 대한 현장시험

    Field Test for Estimation of Acting Force on the Drum Cutter Attachment

    최순욱, 이철호, 강태호, 장수호

    Soon-Wook Choi, Chulho Lee, Tae-Ho Kang, Soo-Ho Chang

    굴착기의 어태치먼트 형태로 사용하는 드럼커터는 현장에서 다양한 작업이 가능한 굴착기와 연계하여 사용하는 점에서 그 효용이 크다. 본 연구에서는 굴착기에 설치된 드럼커터 어태치먼트를 …

    The drum cutter, which is used in the form of an attachment of a excavator, is very useful in that it can …

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    굴착기의 어태치먼트 형태로 사용하는 드럼커터는 현장에서 다양한 작업이 가능한 굴착기와 연계하여 사용하는 점에서 그 효용이 크다. 본 연구에서는 굴착기에 설치된 드럼커터 어태치먼트를 이용하여 노출된 암반사면을 대상으로 굴착 시 나타나는 유압과 변형률을 측정하여 드럼커터에 작용하는 하중과 토크를 추정하였다. 굴착기의 붐과 암의 작업각도와 sumping, lowering작업에 따라 8가지 작업모드로 구분하고 작업모드에 따른 유압과 작용력 변화를 분석한 결과, 유압과 유량은 드럼커터 어태치먼트의 제작사양에서 고려된 범위 내에서 문제없이 구동될 수 있음을 확인하였다. 드럼커터 어태치먼트에 작용하는 평균 하중과 토크는 제작사양의 범위 안에 있었지만, 최대하중은 제작사양의 4배까지 나타났다. 높은 지반강도의 영향으로 sumping이 적정하게 이루어지지 못한 점과 일부 위치에서 불연속면의 포함 등으로 인하여 굴착기의 붐과 암의 각도에 따른 하중과 토크의 경향을 발견하지 못하였다. 그러나 해당 결과는 높은 강도의 지반을 굴착할 경우에 드럼커터 어태치먼트에 나타나는 하중과 토크의 범위를 파악하는 데 사용될 수 있을 것으로 판단된다.


    The drum cutter, which is used in the form of an attachment of a excavator, is very useful in that it can be used in connection with a excavator that can perform various tasks in the field. This study estimated the load and torque acting on the drum cutter attachment by measuring the hydraulic pressure and strain that appear during excavation on the exposed rock slope using the drum cutter installed in the excavator. Working conditions such as the operation angle between the boom and arm of the excavator were divided into eight working modes. And as a result of analyzing the variations in hydraulic pressure and action force according to the working mode, it was confirmed that the hydraulic pressure and flow rate can be driven without any problems within the range considered in the manufacturing specifications of the drum cutter. The average load and torque acting on the drum cutter were within the range of the manufacturing specifications, but the maximum load was up to four times the specification. Because sumping was not properly performed due to the high ground strength and the ground included discontinuous surfaces in some locations, no trend of load and torque was found depending on the angle between the boom and arm of the excavator. However, it is believed that this result can be used to determine the range of loads and torques that appear on the drum cutter when excavating a high-intensity rock.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    분산분석을 이용한 로드헤더 절삭시험 입출력 인자 간의 기여도 조사

    Contribution Assessment of Roadheader Performance Indexes by Analysis of Variance

    김문규, 송창헌, 오주영, 조정우

    Mun-Gyu Kim, Chang-Heon Song, Joo-Young Oh, Jung-Woo Cho

    로드헤더에 미치는 변수의 영향력을 분석하기 위해 픽커터 절삭시험 관련 참고문헌들을 조사하였고, 수록된 데이터들을 수집하였다. 입력 인자는 일축압축강도, 절삭 깊이, 절삭 간격, 받음각, …

    To analyze the influence of variables of roadheaders, the linear cutting testing data of pick cutter were collected from the former literatures. …

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    로드헤더에 미치는 변수의 영향력을 분석하기 위해 픽커터 절삭시험 관련 참고문헌들을 조사하였고, 수록된 데이터들을 수집하였다. 입력 인자는 일축압축강도, 절삭 깊이, 절삭 간격, 받음각, 비틀림각, 출력인자는 비에너지, 절삭력, 수직력으로 결정했다. 입력 인자와 출력 인자로 분류 후 실험계획법을 작성하였고 분산분석을 이용해 변수들에 대한 기여도를 조사하였다. 그 결과, 절삭력과 비에너지에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 일축압축강도와 절삭 간격으로 분석되었다.


    To analyze the influence of variables of roadheaders, the linear cutting testing data of pick cutter were collected from the former literatures. The input factors were set up as uniaxial compressive strength, cutting depth, cutting spacing, attack angle, skew angle, and output factors were determined as specific energy, average cutting force, maximum cutting force, average vertical force, and maximum vertical force. After composing a table of the design of experiment (DOE). The contribution level of each factor was calculated by analysis of variance (ANOVA). As a result, the factors having greatest influence on cutting force and specific energy were uniaxial compressive strength and cutting spacing.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    KURT 주변 암반에 대한 불연속면 분포와 암질지수 평가

    Evaluation on the Discontinuity Characteristics and Rock Quality Designations of the Rock Mass around KURT

    최승범, 박경우, 이용기

    Seungbeom Choi, Kyung-Woo Park, Yong-Ki Lee

    불연속면 분포, 수정 암질 지수 KURT, 적용성 평가방사성폐기물처분장은 장기간에 걸쳐 그 안전성이 보장되어야 하며, 따라서 정밀한 수준의 안정성 평가가 수행되어야 한다. 처분장 …

    The safety of the disposal repository for high level radioactive waste should be guaranteed for a quite long period so that the …

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    불연속면 분포, 수정 암질 지수 KURT, 적용성 평가방사성폐기물처분장은 장기간에 걸쳐 그 안전성이 보장되어야 하며, 따라서 정밀한 수준의 안정성 평가가 수행되어야 한다. 처분장 부지의 불연속면 특성 평가는 공학적방벽과 천연방벽을 포함한 처분장의 안전한 설계에 있어 매우 중요한 요소이다. 암반 불연속면은 역학적으로는 연약면으로 작용하며 수리적으로는 지하수 유동의 통로가 되기 때문에 그 분포와 특성에 대한 정밀한 조사가 요구된다. 다양한 불연속면 특성화 방안 중 암질지수(RQD)는 그 편이성으로 인해 널리 적용되어왔으나, 방향성이 있고, 측정 기준 길이의 영향을 받는 등 적용상의 한계가 있기 때문에, 이를 보완한 형태의 수정 암질지수들이 제안되어왔다. 본 논문은 KURT 주변 암반의 불연속면 정보를 활용하여 수정 암질지수들의 적용성을 평가하고, 동시에 해당 암반의 불연속면 특성을 평가하여 향후 연구에 활용할 수 있는 기반자료를 생성하기 위해 작성되었다.


    The safety of the disposal repository for high level radioactive waste should be guaranteed for a quite long period so that the precise evaluations are required. The site characteristics of the discontinuities are essential part of the safe repository design including engineered barrier and natural barrier systems. The discontinuities act like weak planes and at the same time, they act as flow paths so that their features should be investigated thoroughly. RQD (Rock Quality Designation) is one of the most widely applied characterizing methods due to its simplicity, however, modified designations have been proposed because RQD has some drawbacks, such as its directivity and dependence on the threshold length. This study aims to evaluate the applicability of the modified designations by applying them to the rock mass around KURT and to produce fundamental database that will be utilized in future studies.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    사용후핵연료 심층처분을 위한 암석의 간접복합거동 연구사례

    Case Studies of Indirect Coupled Behavior of Rock for Deep Geological Disposal of Spent Nuclear Fuel

    정호영, 임주휘, 민기복, 권상기, 최승범, 신영진

    Hoyoung Jeong, Juhyi Yim, Ki-Bok Min, Sangki Kwon, Seungbeom Choi, Young Jin Shin

    사용후핵연료의 심층처분 개념에서 근계영역 암반은 열-수리-역학적 복합거동을 하게 되는 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 복합거동 과정에서 암석의 여러 물성들은 변화하는데, 이러한 물성변화를 …

    In deep geological disposal concept for spent nuclear fuel, it is well-known that rock mass at near-field experiences the thermal-hydraulic-mechanical (THM) coupled …

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    사용후핵연료의 심층처분 개념에서 근계영역 암반은 열-수리-역학적 복합거동을 하게 되는 것으로 잘 알려져 있다. 이러한 복합거동 과정에서 암석의 여러 물성들은 변화하는데, 이러한 물성변화를 합리적으로 반영하는 경우 고준위방사성폐기물 처분장의 장기안정성의 평가를 위해 활용되는 해석 및 현장시험의 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 이를 위해 본 기술보고에서는 암석의 열-수리-역학적 간접복합거동에 관한 국내외 연구사례를 조사하고 분석하였다. 특히, 간접복합거동의 대표적인 사례 중 지하수에 의한 포화 및 온도 증가에 따른 암석의 여러 물성 변화, 응력 변화에 의한 투수계수 변화를 중점적으로 조사·요약하였다.


    In deep geological disposal concept for spent nuclear fuel, it is well-known that rock mass at near-field experiences the thermal-hydraulic-mechanical (THM) coupled behavior. The mechanical properties of rock changes during the coupled process, and it is important to consider the changes into the analysis of numerical simulation and in-situ tests for long-term stability evaluation of nuclear waste disposal repository. This report collected the previous studies on indirect coupled behaviors of rock. The effects of water saturation and temperature on some mechanical properties of rock was considered, while the change in hydraulic conductivity of rock due to stress was included in the indirect coupled behavior.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    고준위방사성폐기물 심층처분을 위한 심부 시추공을 활용한 암반의 지구과학적 조사

    Geoscientific Research of Bedrock for HLW Geological Disposal using Deep Borehole

    천대성, 송원경, 김유홍, 최승범, 이성곤, 현성필, 석희준

    Dae-Sung Cheon, Won-Kyong Song, You Hong Kihm, Seungbeom Choi, Seong Kon Lee, Sung Pil Hyun, Heejun Suk

    고준위방사성폐기물 심층처분을 위한 단계별 부지선정에 있어 기본조사부터 심부 시추조사를 통해 부지선정에 필요한 요소들을 획득할 예정이다. 터널이나 유류지하저장소 등과 같은 암반구조물의 지반조사와 달리 …

    In step-by-step site selection for geological disposal of high-level radioactive waste, parameters necessary for site selection will be acquired through deep drilling …

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    고준위방사성폐기물 심층처분을 위한 단계별 부지선정에 있어 기본조사부터 심부 시추조사를 통해 부지선정에 필요한 요소들을 획득할 예정이다. 터널이나 유류지하저장소 등과 같은 암반구조물의 지반조사와 달리 고준위방사성폐기물 처분과 관련된 지반조사는 매우 깊은 심도까지 수행될 뿐 아니라 높은 수준의 품질관리가 요구된다. 본 보고에서는 심부 지질특성화에 필요한 요소를 획득하기 위해 수행하였던 750 m급 심부 시추경험을 토대로 심부 시추에 대한 방법론과 심부 시추 전, 시추 중, 시추 후 획득하는 지질학, 지구물리학, 수리화학, 수리지질학, 암반공학 등 다학제적 지구과학적 조사에 대한 절차 등에 대해 간략하게 서술하였다. 암반공학분야의 핵심 평가인자 중 현지응력에 대해서는 고준위방사성폐기물 심층처분관련 국외 사례와 국내 사례를 통하여 심도에 따른 응력변화를 고찰하였다.


    In step-by-step site selection for geological disposal of high-level radioactive waste, parameters necessary for site selection will be acquired through deep drilling surveys from the basic survey stage. Unlike site investigations of rock mass structures such as tunnels and underground oil storage facilities, those related to the geological disposal of high-level radioactive waste are not only conducted in relatively deep depths, but also require a high level of quality control. In this report, based on the 750 m depth drilling experience conducted to acquire the parameters necessary for deep geological disposal, the methodology for deep drilling and the geology, geophysics, geochemistry, hydrogeology and rock mechanics obtained before, during, and after deep drilling are discussed. The procedures for multidisciplinary geoscientific investigations were briefly described. Regarding in-situ stress, one of the key evaluation parameter in the field of rock engineering, foreign and domestic cases related to the geological disposal of high-level radioactive waste were presented, and variations with depth were presented, and matters to be considered or agonized in acquiring evaluation parameters were mentioned.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    다중채널 Lidar를 이용한 수직갱도 조사용 3차원 형상화 장비 구현

    Fabrication of Three-Dimensional Scanning System for Inspection of Mineshaft Using Multichannel Lidar

    김수로, 최종성, 윤호근, 김상욱

    Soolo Kim, Jong-Sung Choi, Ho-Goon Yoon, Sang-Wook Kim

    수직갱도에서 붕괴사고가 일어났을 때, 붕괴현장의 위험도를 신속하게 평가하는 것은 매우 중요하다. 사고현장에서 추가적인 붕괴 위험 때문에 인력을 투입한 직접적인 조사는 불가능하다. 수백 …

    Whenever a mineshaft accidentally collapses, speedy risk assessment is both required and crucial. But onsite safety diagnosis by humans is reportedly difficult …

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    수직갱도에서 붕괴사고가 일어났을 때, 붕괴현장의 위험도를 신속하게 평가하는 것은 매우 중요하다. 사고현장에서 추가적인 붕괴 위험 때문에 인력을 투입한 직접적인 조사는 불가능하다. 수백 미터 심도를 갖는 수직갱도에서는 무선 신호의 한계와 와류 때문에 고속 라이다 센서를 장착한 드론을 이용한 조사가 불가능하다. 기존 연구에서는 견인방식을 이용한 단일채널 Lidar 센서를 3차원 형상화 장비가 구현되어 적용되었다. 관성(IMU)센서 데이터를 바탕으로 탐사시 발생하는 회전 운동과 진자운동에 대한 보정이 이루어졌고, 인접 측정데이터 간의 유사성 검토를 통해 정밀 보정을 수행하였으나 탐사 깊이가 깊어질수록 오차가 누적되는 현상이 발견되었다(Kim et al.(2020)). 본 논문에서는 다중채널 Lidar 센서를 적용하여 견인장치에 의해 상승이동하면서 연속적인 단면데이터가 수집되었다. 다중채널 Lidar의 방사 특성 때문에 발생하는 데이터 중첩성을 이용하여 동일 심도의 측정데이터 간의 유사성을 통해 회전운동을 정밀 보정하기 위한 기법이 적용되었다. 180 m 심도의 수직갱도에서 구현된 탐사장비를 이용하여 0~165 m 구간이 조사하여 수직갱도의 형상이 3차원 그래픽으로 재구성되었다.


    Whenever a mineshaft accidentally collapses, speedy risk assessment is both required and crucial. But onsite safety diagnosis by humans is reportedly difficult considering the additional risk of collapse of the unstable mineshaft. Generally, drones equipped with high-speed lidar sensors can be used for such inspection. However, the drone technology is restrictively applicable at very shallow depth, failing in mineshafts with depths of hundreds of meters because of the limit of wireless communication and turbulence inside the mineshaft. In previous study, a three-dimensional (3D) scanning system with a single channel lidar was fabricated and operated using towed cable in a mineshaft to a depth of 200 m. The rotation and pendulum movement errors of the measuring unit were compensated for by applying the data of inertial measuring unit and comparing the similarity between the scan data of the adjacent depths (Kim et al., 2020). However, the errors grew with scan depth. In this paper, a multi-channel lidar sensor to obtain a continuous cross-sectional image of the mineshaft from a winch system pulled from bottom upward. In this new approach, within overlapped region viewed by the multi-channel lidar, rotation error was compensated for by comparing the similarity between the scan data at the same depth. The fabricated system was applied to scan 0-165 m depth of the mineshaft with 180 m depth. The reconstructed image was depicted in a 3D graph for interpretation.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    DFN 모델링 연구 동향 소개: 균열망의 공간적 분포 특성 모사를 중심으로

    Research Trend of DFN Modeling Methodology: Representation of Spatial Distribution Characteristics of Fracture Networks

    김진언, 최지원, 강일석, 송재준

    Jineon Kim, Jiwon Choi, Il-Seok Kang, Jae-Joon Song

    DFN (discrete fracture network, 불연속균열망) 모델은 암반의 복합거동 분석을 위한 불연속암반 모사체로, 다양한 불연속암반의 수리-역학적 거동 해석 연구에 활용되어 왔다. 최근 들어서는 …

    DFN (discrete fracture network) models that take account of spatial variability and correlation between rock fractures have been demanded for analysis of …

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    DFN (discrete fracture network, 불연속균열망) 모델은 암반의 복합거동 분석을 위한 불연속암반 모사체로, 다양한 불연속암반의 수리-역학적 거동 해석 연구에 활용되어 왔다. 최근 들어서는 방사성폐기물 심층처분장에서의 불연속암반 거동 해석과 같이 대규모 영역을 대상으로 하거나 높은 신뢰도를 갖춰야 하는 DFN 모델링을 위해 암반균열망의 공간적 분산과 균열 간의 공간적 상관성을 구현하는 DFN 모델링 기법이 요구되고 있다. 본 기술보고에서는 DFN 모델의 기하학적 모델링에 초점을 두어 암반균열망 모델링의 방법론을 정리 및 소개하고, 암반균열망의 공간적 분포 특성의 유형과 이를 DFN 모델링에 반영하기 위해 제안된 모델링 기법들의 현황과 한계점을 검토하였다. 암반균열망의 공간적 분산을 고려하기 위해 암반 공간을 균열 영역(fracture domain)으로 분할하는 기법(Darcel et al., 2013)과 균열 간의 공간적 상관성을 재현하기 위해 균열의 발생과정을 모사하여 DFN 모델을 생성하는 발생학적 모델링 기법(genetic modeling)(Davy et al., 2013, Libby et al., 2019, Lavoine et al., 2020)이 제안되었으며, 각 기법의 한계점을 검토한 결과, 모델링 기법의 적용성을 개선하는 추후 연구가 필요한 것으로 파악되었다.


    DFN (discrete fracture network) models that take account of spatial variability and correlation between rock fractures have been demanded for analysis of fractured rock mass behavior for wide areas with high reliability, such as that of underground nuclear waste repositories. In this regard, this report describes the spatial distribution characteristics of fracture networks, and the DFN modeling methodologies that aim to represent such characteristics. DFN modeling methods have been proposed to represent the spatial variability of rock fractures by defining fracture domains (Darcel et al., 2013) and the spatial correlation among fractures by genetic modeling techniques that imitate fracture growth processes (Davy et al., 2013, Libby et al., 2019, Lavoine et al., 2020). These methods, however, require further research for their application to field surveys and for modeling in-situ rock fracture networks.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    TBM 디스크커터의 마모량 실시간 계측을 위한 연구현황

    Introduction to Research Trend of Real-Time Measurement for Wear of TBM Disc Cutter

    박민성, 주민석, 조민성, 이준, 김정주, 정호영

    Min-Sung Park, Min-Seok Ju, Min-Sung Cho, Jun Lee, Jung-Joo Kim, Hoyoung Jeong

    TBM의 주요 절삭도구인 디스크커터는 과다하게 마모되거나 손상된 경우 적절한 시기에 교체되어야 한다. 일반적으로 커터의 교체여부를 판단하기 위해서 작업자가 커터헤드 챔버의 내부로 접근하여 …

    TBM disc cutter, which is the main cutting tool of tunnel boring machine (TBM), is replaced when it is excessively worn during …

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    TBM의 주요 절삭도구인 디스크커터는 과다하게 마모되거나 손상된 경우 적절한 시기에 교체되어야 한다. 일반적으로 커터의 교체여부를 판단하기 위해서 작업자가 커터헤드 챔버의 내부로 접근하여 디스크커터의 상태와 마모량을 계측하고 있다. 하지만 커터헤드(cutterhead) 챔버(chamber) 내부는 작업자에게 열악한 조건일 경우가 많아 작업자의 안전과 관련한 이슈가 있으며, 인력에 의해서 계측이 이루어짐에 따라 계측치의 오차도 발생하는 것으로 보고되고 있다. 이러한 한계점을 극복하고자 현재 해외에서는 디스크커터의 마모정도를 계측센서를 통해 굴착 중에 실시간으로 측정하기 위한 기술의 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 본 연구에서는 현재까지 해외의 문헌을 통해 보고되고 있는 TBM 디스크커터의 마모량 계측에 관한 연구현황에 대하여 소개하고자 하였다. 여러 형식의 센서가 디스크커터의 마모계측을 위해 활용되고 있으며, 향후 국내에서도 유사한 기술의 개발이 이루어지는 경우에 유용한 참고자료가 될 수 있을 것으로 판단된다.


    TBM disc cutter, which is the main cutting tool of tunnel boring machine (TBM), is replaced when it is excessively worn during the boring process. Disc cutters are usually monitored by workers at cutterhead chamber, and they check the status and wear amount of cutters. Because cutterhead chamber is usually in dangerous circumstance due to high pressure and instability of excavation surface, the measurement by manpower occasionally results in inaccuracy of measurement result. In order to overcome the limitations, the real-time disc cutter monitoring techniques have been developed in some foreign countries. This paper collected the current status of disc cutter monitoring system from the literature. Several types of sensors are used to measure the cutter wear, and it is believed that the collected information can be useful reference when similar domestic technologies are developed in the future.

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    31 December 2022
  • Technical Note

    벤토나이트 수화반응 특성화를 위한 X선 단층촬영 기술 적용성 평가

    Feasibility Assessment on the Application of X-ray Computed Tomography on the Characterization of Bentonite under Hydration

    멜빈디아즈, 이경원, 윤서현, 김광염, 이창수, 김민섭, 김진섭

    Melvin B. Diaz, Gyung Won Lee, Seohyeon Yun, Kwang Yeom Kim, Chang-soo Lee, Minseop Kim, Jin-Seop Kim

    벤토나이트는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 완충재 및 뒷채움재의 주재료로 고려되고 있다. 처분환경에서 벤토나이트는 열-수리-역학-화학적 복합적 거동을 겪게 된다. 본 연구는 제작된 수화거동 …

    Bentonite has been proposed as a buffer and backfill material for high-level radioactive waste repository. Under such repository environment conditions, bentonite is …

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    벤토나이트는 고준위 방사성 폐기물 처분장의 완충재 및 뒷채움재의 주재료로 고려되고 있다. 처분환경에서 벤토나이트는 열-수리-역학-화학적 복합적 거동을 겪게 된다. 본 연구는 제작된 수화거동 실험용 셀을 사용하여 수화 조건에서 벤토나이트의 거동 특성을 X선 단층촬영 기술을 이용하여 평가하고자 하였다. 플라스틱재료로 만들어진 원통형 셀은 상부의 탈착식 캡을 이용하여 시료 상부에 수직응력을 가하거나 팽윤압을 측정할 수 있도록 제작하였다. 수화실험은 건조밀도 1.4 g/cm3, 함수율 20%의 조건으로 제작된 경주 벤토나이트 블록시료로 수행되었다. 샘플의 직경은 27.5 mm, 높이는 34 mm 이며, 수화 실험 중 0.207 MPa의 일정한 압력으로 물을 주입하였으며, 7일 동안 수화실험을 지속하였다. 하루 동안 수화 과정을 거치면서 벤토나이트가 팽창하여 셀 내부의 공간을 채우는 것을 확인하였다. 또한, 샘플의 X선 CT값의 히스토그램 분석을 통해 수화 과정 초기의 샘플 밀도 증가와 이후 점진적인 밀도 감소가 발생함을 평가할 수 있었다. 평균 CT 값, CT값의 표준 편차, CT값 변화량에 대한 분석을 통해 샘플의 수화 과정에 대한 자세한 정보를 확인할 수 있었다. 즉, 수화 시작 후 2일 동안 시료 하부 및 상부 영역은 밀도가 감소하고 중간 영역은 밀도가 증가하였다. 그 후 수화가 진행되면서 샘플의 각 위치에서의 밀도 변화는 초기 샘플의 밀도와 비교할 때 그 차이가 점차 감소함을 확인하였다. 샘플 내 균열의 형성과정과 이후 감소되는 현상도 X선 단층촬영에 의해 확인되었다.


    Bentonite has been proposed as a buffer and backfill material for high-level radioactive waste repository. Under such repository environment conditions, bentonite is subjected to combined thermal, hydrological, mechanical, and chemical processes. This study evaluates the feasibility of applying X-ray CT technology on the characterization of bentonite under hydration conditions using a newly developed testing cell. The cylindrical cell is made of platic material, with a removable cap to place the sample, enabling to apply vertical pressure on the sample and to measure swelling pressure. The hydration test was carried out with a sample made of Gyeonju bentonite, with a dry density of 1.4 g/cm3, and a water content of 20%. The sample had a diameter of 27.5 mm and a height of 34 mm. During the test, water was injected at a constant pressure of 0.207 MPa, and lasted for 7 days. After one day of hydration, bentonite swelled and filled out the space inside the cell. Moreover, CT histograms showed how the hydration process induced an initial increase and later progressive decrease on the density of the sample. Detailed profiles of the mean CT value, CT standard deviation, and CT gradient provided more details on the hydration process of the sample and showed how the bottom and top regions exhibited a decrease on density while the middle region showed an increase, especially during the first two days of hydration. Later, the differences in CT values with respect to the initial state decreased, and were small at the end of testing. The formation and later reduction of cracks was also characterized through CT scanning.

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    31 December 2022
  • Original Article

    TBM 데이터와 머신러닝 기법을 이용한 디스크 커터마모 예측에 관한 연구

    A Study on the Prediction of Disc Cutter Wear Using TBM Data and Machine Learning Algorithm

    강태호, 최순욱, 이철호, 장수호

    Tae-Ho Kang, Soon-Wook Choi, Chulho Lee, Soo-Ho Chang

    TBM의 활용이 증가하면서 최근 국내외에서 머신러닝 기법으로 TBM 데이터를 분석하여 디스크커터의 교환주기 예측 및 굴진율을 예측하는 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 굴진 …

    As the use of TBM increases, research has recently increased to to analyze TBM data with machine learning techniques to predict the …

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    TBM의 활용이 증가하면서 최근 국내외에서 머신러닝 기법으로 TBM 데이터를 분석하여 디스크커터의 교환주기 예측 및 굴진율을 예측하는 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 굴진 시 획득되는 기계 데이터와 지반 데이터를 기반으로 최근에 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 머신러닝 기법들 중 회귀 모델을 접목하여 슬러리 쉴드 TBM 현장의 디스크 커터 마모 예측을 하였다. 디스크 커터 마모 예측을 위해서 Training과 Test 데이터를 7:3으로 분할하였으며, 최적의 파라미터를 선정을 위해서 분할 교차검증을 포함하는 그리드 서치를 활용하였다. 그 결과, 앙상블 계열의 그레디언트 부스팅 모델이 결정계수가 0.852, 평균 제곱근 오차가 3.111로 좋은 성능을 보여주었고 특히 학습성능과 더불어 학습속도에서 우수한 결과를 보여주었다. 현재 도출된 결과로 볼 때, 슬러리 쉴드 TBM의 기계데이터와 지반정보가 포함 된 데이터를 활용한 디스크 커터 마모 예측 모델의 적합성은 높다고 보인다. 추가적으로 지반조건의 다양성과 디스크 마모 측정 데이터양을 늘리는 연구가 필요한 것으로 판단된다.


    As the use of TBM increases, research has recently increased to to analyze TBM data with machine learning techniques to predict the exchange cycle of disc cutters, and predict the advance rate of TBM. In this study, a regression prediction of disc cutte wear of slurry shield TBM site was made by combining machine learning based on the machine data and the geotechnical data obtained during the excavation. The data were divided into 7:3 for training and testing the prediction of disc cutter wear, and the hyper-parameters are optimized by cross-validated grid-search over a parameter grid. As a result, gradient boosting based on the ensemble model showed good performance with a determination coefficient of 0.852 and a root-mean-square-error of 3.111 and especially excellent results in fit times along with learning performance. Based on the results, it is judged that the suitability of the prediction model using data including mechanical data and geotechnical information is high. In addition, research is needed to increase the diversity of ground conditions and the amount of disc cutter data.

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    31 December 2022
  • Original Article

    Mont Terri FE 실험 대상 열-수리-역학 복합거동 수치해석: DECOVALEX-2023 Task C 내 Step 1 수치해석 연구

    A Thermo-Hydro-Mechanical Coupled Numerical Simulation on the FE Experiment: Step 1 Simulation in Task C of DECOVALEX-2023

    김태현, 박찬희, 이창수, 김진섭

    Taehyun Kim, Chan-Hee Park, Changsoo Lee, Jin-Seop Kim

    DECOVALEX-2023 Task C에서는 6개국 9개 참여 기관들이 스위스 Mont Terri 지하처분연구시설에서 수행된 FE 실험을 대상으로 열-수리-역학 복합거동 모사를 위한 해석코드 개발을 수행하고 …

    In Task C of the DECOVALEX-2023 project, nine institutes from six nations are developing their numerical codes to simulate thermo-hydro-mechanical coupled behavior …

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    DECOVALEX-2023 Task C에서는 6개국 9개 참여 기관들이 스위스 Mont Terri 지하처분연구시설에서 수행된 FE 실험을 대상으로 열-수리-역학 복합거동 모사를 위한 해석코드 개발을 수행하고 있다. 현재 현장시험 결과와 비교 분석을 위한 Step 1이 진행되고 있으며, 본 연구진은 OGS-FLAC 해석 시뮬레이터를 활용하여 일련의 해석을 진행하였다. 해석 결과 히터 가열에 따른 온도 상승이 잘 구현되었고, 상변화에 따른 완충재 내 포화도 변화를 관측할 수 있었다. 반면 완충재 흡입력의 과대평가로 완충재 내 상대습도, 온도 변화 및 Opalinus 점토암 내 압력 변화가 현장 결과와 다소간 차이를 나타내는 것을 확인하였다. 이를 통해 완충재 흡입력이 처분시스템 해석 시 유동 해석 결과에 지배적인 영향을 미침을 확인할 수 있었으며, 향후 지보재 및 초기 수압 모사 개선을 통해 향상된 결과를 도출하고자 한다. 또한, Opalinus 점토암의 열, 수리, 역학적 이방성이 잘 구현되었으며 해석 결과를 통해 OGS-FLAC 시뮬레이터의 처분시스템 해석 적용성을 확인하였다.


    In Task C of the DECOVALEX-2023 project, nine institutes from six nations are developing their numerical codes to simulate thermo-hydro-mechanical coupled behavior for the FE experiment performed at Mont Terri underground rock laboratory, Switzerland. Currently, Step 1 for comparing the simulation results to field data is the ongoing stage, and we used the OGS-FLAC simulator for a series of numerical simulations. As a result, temperature increase depending on the heating hysteresis was well simulated, and saturation variation in the bentonite depending on phase change was observed. However, due to the suction overestimation, relative humidity and temperature change in the bentonite and the pressure variation in the Opalinus clay showed a difference compared to the field data. From the observation, it is confirmed that the effect of the bentonite capillary pressure is dominant to the flow analysis in the disposal system. We further plan to draw improved results considering tunnel support material and accurate initial water pressure distribution. Additionally, the thermal, hydrological, and mechanical anisotropy of the Opalinus clay was well simulated. From the simulation results, we confirmed the applicability of the OGS-FLAC simulator in the disposal system analysis.

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    31 December 2022
  • Original Article

    고준위방사성폐기물 심층처분을 위한 암반공학분야 핵심 평가인자 및 분포범위 연구

    A Study on Key Parameters and Distribution Range in Rock Mechanics for HLW Geological Disposal

    천대성, 송원경, 김유홍, 진광민, 최승범

    Dae-Sung Cheon, Won-kyong Song, You Hong Kihm, Kwangmin Jin, Seungbeom Choi

    고준위방사성폐기물 심층처분 부지선정과정은 단계별로 진행될 예정이며, 부지선정과 관련된 평가인자는 103개로 제안된 바 있다. 이 중 암반공학분야에서 무결암, 절리나 암반에 대한 평가인자는 33개가 …

    The site selection process for deep geological disposal of high-level radioactive waste will be conducted in stages, and 103 evaluation parameters related …

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    고준위방사성폐기물 심층처분 부지선정과정은 단계별로 진행될 예정이며, 부지선정과 관련된 평가인자는 103개로 제안된 바 있다. 이 중 암반공학분야에서 무결암, 절리나 암반에 대한 평가인자는 33개가 있으며, 기본조사와 상세조사 단계에서 적용된다. 본 보고에서는 일축압축강도와 원위치 응력, 절리분포, 암반등급을 주요 평가인자로 선정하고, 이 중 일축압축강도와 원위치 응력을 핵심 평가인자로 선정하였다. 선정한 핵심 평가인자에 대한 분포범위를 평가하기 위해 원주와 춘천지역의 화강암을 대상으로 통계적 기법 또는 회귀분석을 수행하였다. 사후분포를 통해 추정된 원주지역의 일축압축강도의 평균은 약 171 MPa, 춘천지역은 약 123 MPa이다. 원주지역에 작용하는 최대 원위치 응력은 30 MPa 이하이며 춘천지역은 40 MPa 이하였다. 회귀분석에 의해 산정된 최대수평응력의 방향은 원주의 경우 101°이며 춘천의 경우는 95°였다.


    The site selection process for deep geological disposal of high-level radioactive waste will be conducted in stages, and 103 evaluation parameters related to site selection have been proposed. In the field of rock mechanics and rock engineering, there are 33 evaluation parameters for intact rock, joint and rock mass, and they are applied in the basic and detailed investigation stages. In this report, uniaxial compressive strength, in-situ stress, joint distribution, and rock mass classification were selected as the main evaluation parameters, and among them, uniaxial compressive strength and in situ stress were selected as key evaluation parameters. Statistical techniques or regression analysis were performed for granite in Wonju and Chuncheon to evaluate the distribution range for the selected key evaluation parameters. The average of the uniaxial compressive strength in the Wonju area estimated through the posterior distribution is about 171 MPa, and about 123 MPa in the Chuncheon area. The maximum in situ stress acting in the Wonju area was less than 30 MPa and less than 40 MPa in the Chuncheon area. The direction of the maximum horizontal stress calculated by regression analysis was 101° in Wonju, and in the case of Chuncheon, it was 95°, respectiviely.

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    31 December 2022
  • Original Article

    불연속성 특성화를 위한 3차원 터널 막장 모델링: 라이더 및 사진 측량 접근 방식의 비교 분석 중심으로

    3D Tunnel Face Modelling for Discontinuities Characterization: A Comparison of Lidar and Photogrammetry Methods

    팜추엔, 신휴성

    Chuyen Pham, Hyu-Soung Shin

    터널 막장관찰은 막장 암반의 불연속면과 취약한 암반상태의 조사와 평가를 포함한다. 본 연구에서는 굴착 중에 터널 막장 불연속면의 기학학적 특성을 자동으로 정량화 하기 …

    Tunnel face mapping involves the determination of rock discontinuities or weak rock conditions where extra support might be required. In this study, …

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    터널 막장관찰은 막장 암반의 불연속면과 취약한 암반상태의 조사와 평가를 포함한다. 본 연구에서는 굴착 중에 터널 막장 불연속면의 기학학적 특성을 자동으로 정량화 하기 위한 라이더 스캔 및 사진측량기법의 적용성에 대해 고찰하였다. 이러한 기법들로 구현되는 터널 막장의 3차원 모델은 인력으로 진행되는 터널 막장관찰 작업의 한계를 넘어서 일관성을 유지하며 자동으로 막장관찰상의 불연속면의 정보화를 가능하게 해준다. 본 연구를 통해 두 기법 모두 터널 막장의 불연속면 특성화에 성공적으로 적용될 수 있음을 보였다. 공학적 사용을 위한 허용 정확도 수준을 감안하여, 라이더기법이 정확도 측면에서는 사진측량기법에 비해 다소 뛰어나지만, 신뢰성 및 시간 비용 측면에서는 사진측량기법이 월등히 뛰어남을 알 수 있었다.


    Tunnel face mapping involves the determination of rock discontinuities or weak rock conditions where extra support might be required. In this study, we investigated the application of Lidar scanning and photogrammetry to quantitatively characterize discontinuities of the rock mass on the tunnel face during excavation. The 3D models of tunnel faces generated by using these methods enable accurate and automatic discontinuity measurement to overcome the limitations of manual mapping. The results of this study show that both photogrammetry and Lidar can be used to reconstruct the 3D model of the tunnel face, although the photogrammetric 3D model is less detailed than its counterpart produced by Lidar. Given acceptable accuracy and cost-effectiveness, photogrammetry can be a fast, reliable, and low-cost alternative to Lidar for acquiring 3D models and determining rock discontinuities on tunnel faces.

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    31 December 2022
  • Original Article

    노천 및 지하 광산 트럭 운반 작업의 핵심성과지표 평가를 위한 작업 일지 개발

    Development of Work Report for Evaluating KPIs of Truck Haulage Operation in Open Pit and Underground Mines

    윤동준, 손장윤, 리장

    Dong-Joon Youn, Changlun Sun, Zhuang Li

    고준위방사성폐기물의 지중저장 안정성 평가의 일환으로 가열 중인 화강암의 온도변화와 열응력 발생 양상을 파악하기 위하여 가열실험을 실시하였다. 폐기물의 붕괴열 발생조건을 가정하고 정육면체 형태의 …

    The evolution of temperature and thermal stress in a granite specimen is studied via heating experiment in the context of a high-level …

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    고준위방사성폐기물의 지중저장 안정성 평가의 일환으로 가열 중인 화강암의 온도변화와 열응력 발생 양상을 파악하기 위하여 가열실험을 실시하였다. 폐기물의 붕괴열 발생조건을 가정하고 정육면체 형태의 화강암 시편에 적용하여 온도와 변위의 분포를 측정하였다. 시편의 온도는 가열봉에서 발생하는 전도로 인하여 즉각적으로 상승하지만 동시에 외기에 노출되거나 하중재하장치에 접촉되어 있는 표면을 통하여 상당한 양의 열에너지가 소산되었다. 해당 실험에 대한 분석과 이해를 위해 실험조건을 삼차원 유한요소 수치해석으로 재구현하였다. 실험에서 관찰된 열-역학 연계 현상과 주변조건의 변화를 해석에 적용하고 이를 실내실험 결과와 비교하여 검증하였다. 이를 통해 가열실험에 영향을 주는 인자들을 분석하고 향후 관련 연구에서 고려되어야 할 부분을 요약하였다.


    The evolution of temperature and thermal stress in a granite specimen is studied via heating experiment in the context of a high-level radioactive waste repository. A heating condition based on the decay-induced heat is applied to a cubic granite specimen to measure the temperature and stress distributions and their evolution over time. The temperature increases quickly due to heat conduction along the heated surfaces, but a significant amount of thermal energy is also lost through other surfaces due to air convection and conduction into the loading machine. A three-dimensional finite element-based model is used to numerically reproduce the experiment, and the thermo-mechanical coupling behavior and modeling conditions are validated with the comparison to the experimental results. The most crucial factors influencing the heating experiment are analyzed and summarized in this paper for future works.

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    31 December 2022
  • Research Article

    입자기반 개별요소모델을 이용한 암석 균열의 Thermoshearing 거동 해석: 국제공동연구 DECOVALEX-2023 Task G

    Grain-Based Distinct Element Modeling of Thermoshearing of Rock Fracture: DECOVALEX-2023 Task G

    박정욱, 장리, 윤정석, 박찬희, 손장윤, 이창수

    Jung-Wook Park, Zhuang Li, Jeong Seok Yoon, Chan-Hee Park, Changlun Sun, Changsoo Lee

    본 연구에서는 3차원 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 열에 의한 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G에 …

    In the present study, we proposed a numerical method for simulating thermally induced fracture slip using a grain-based distinct element model (GBDEM). …

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    본 연구에서는 3차원 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 열에 의한 미끄러짐 거동을 해석하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G에 참여하여 수행한 연구로, 해석대상은 한국건설기술연구원에서 수행된 saw-cut 균열 시료에 대한 열-역학적 하중 재하 실험 결과이다. 여기에서는 암석 시험편을 Voronoi 다면체의 집합체로 모델링하고, 개별요소법 코드인 3DEC을 통해 입자와 입자 간 경계면, 내부에 포함된 균열에서의 열-역학적 연계거동을 해석하였다. 주요 해석내용은 가열로 인한 암석 표면의 온도 분포, 열응력의 증가에 따른 주응력 변화, 균열의 전단변위와 수직변위이다. 해석 결과, 상기 수치모델은 실내실험에서 관찰된 열전달과 열손실 특성, 열에 의한 균열의 점진적 전단파괴 프로세스, 변위의 제한으로 인한 열응력의 증가 등을 합리적 수준에서 재현하고 있는 것으로 나타났다. 그러나 가열에 의한 전단파괴 시점, 열응력 증분과 변위 크기 등에서는 다소 차이를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류 및 협력을 통해 지속적으로 개선, 검증할 예정이다.


    In the present study, we proposed a numerical method for simulating thermally induced fracture slip using a grain-based distinct element model (GBDEM). As a part of DECOVALEX-2023, the thermo-mechanical loading test on a saw-cut rock fracture conducted at the Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology was simulated. In the numerical model, the rock sample including a saw-cut fracture was represented as a group of random Voronoi polyhedra. Then, the coupled thermo-mechanical behavior of grains and their interfaces was calculated using 3DEC. The key concerns focused on the temperature evolution, thermally induced principal stress increment, and fracture normal and shear displacements under thermo- mechanical loading. The comparisons between laboratory experimental results and the numerical results revealed that the numerical model reasonably captured the heat transfer and heat loss characteristics of the rock specimen, the horizontal stress increment due to constrained displacement, and the progressive shear failure of the fracture. However, the onset of the fracture slip and the magnitudes of stress increment and fracture displacement showed discrepancies between the numerical and experimental results. We expect the numerical model to be enhanced by continuing collaboration and interaction with other research teams of DECOVALEX-2023 Task G and validated in further study.

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    31 December 2022
  • Original Article

    낙동강 조간대 연약지반의 지역별 점성토층 두께 추정 모델 개발에 관한 연구

    A Study on the Development of Model for Estimating the Thickness of Clay Layer of Soft Ground in the Nakdong River Estuary

    안성인, 류동우

    Seongin Ahn, Dong-Woo Ryu

    본 연구에서는 국내 주요 연약지반으로 알려진 낙동강 조간대 지역의 압밀침하 취약성 평가에 활용할 상부점성토층의 위치별 두께 정보를 추정할 수 있는 모델을 개발하였다. …

    In this study, a model was developed for the estimating the locational thickness information of the upper clay layer to be used …

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    본 연구에서는 국내 주요 연약지반으로 알려진 낙동강 조간대 지역의 압밀침하 취약성 평가에 활용할 상부점성토층의 위치별 두께 정보를 추정할 수 있는 모델을 개발하였다. 두께정보 추정을 위하여 기계학습 알고리즘인 RF (Random Forest), SVR (Support Vector Regression), GPR (Gaussian Process Regression)과 지구통계기법인 정규크리깅(Ordinary Kriging)을 이용한 4가지 공간추정 모델을 개발하고 상호 비교하였다. 모델 개발을 위하여 수집한 연구지역의 시추공 자료 4,712개 중 상부점성토층이 존재하는 2,948개의 시추공 자료를 사용하였으며, 개발된 모델들의 성능을 정량적으로 평가하기 위하여 피어슨(Pearson) 상관계수와 오차제곱평균(mean squared error)을 사용하였다. 또한, 정성적 평가를 위하여 연구지역 전역에 상부점성토층의 두께를 추정하여 점성토층의 지역별 분포 특성을 상호 비교하였다.


    In this study, a model was developed for the estimating the locational thickness information of the upper clay layer to be used for the consolidation vulnerability evaluation in the Nakdong river estuary. To estimate ground layer thickness information, we developed four spatial estimation models using machine learning algorithms, which are RF (Random Forest), SVR (Support Vector Regression) and GPR (Gaussian Process Regression), and geostatistical technique such as Ordinary Kriging. Among the 4,712 borehole data in the study area collected for model development, 2,948 borehole data with an upper clay layer were used, and Pearson correlation coefficient and mean squared error were used to quantitatively evaluate the performance of the developed models. In addition, for qualitative evaluation, each model was used throughout the study area to estimate the information of the upper clay layer, and the thickness distribution characteristics of it were compared with each other.

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    31 December 2022
  • Original Article

    경계요소법을 이용한 단층 슬립에 따른 단층면 응력에 관한 연구

    Investigating the Stress on Fault Plane Associated with Fault Slip Using Boundary Element Method

    안성권, 이희업, 박정준, 유민택

    Sung Kwon Ahn, Hee Up Lee, Jeongjun Park, Mintaek Yoo

    안전을 위해 단층대를 피해 지하구조물을 건설하는 것이 가장 바람직하겠지만 현실적인 제약과 현장의 조건 때문에 이것이 언제나 가능한 것은 아니다. 예를 들어, 지속해서 …

    Avoiding a fault zone would be a best practice for safety in underground construction, which is only sometimes possible because of many …

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    안전을 위해 단층대를 피해 지하구조물을 건설하는 것이 가장 바람직하겠지만 현실적인 제약과 현장의 조건 때문에 이것이 언제나 가능한 것은 아니다. 예를 들어, 지속해서 논의가 진행 중인 한일 해저터널의 경우 어쩔 수 없이 대한해협의 단층대를 통과해야 한다. 따라서 단층 슬립 시 지하구조물의 잠재적인 거동을 파악하는 효율적인 방법이 필요하다. 본 고에서는 비교적 간단한 수치해석을 이용해 경사가 45도인 정단층에 발생한 응력에 관한 연구 결과를 수록하였다. 균열면에서 변위가 불연속적이라는 가정을 바탕으로 경계 요소 수치해석 프로그램을 이용해 단층의 상반과 하반에서 각기 다르게 발생한 변위를 산정할 수 있었다. 우리는 해석 결과를 통해 단층 슬립 시 단층면에서 주응력의 방향이 45도 회전했으며 이것이 선행 연구와도 일치함을 확인했다. 본 연구에서 사용한 수치해석적 접근 방법을 지하구조물 건설과 관련된 다른 단층대 문제에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.


    Avoiding a fault zone would be a best practice for safety in underground construction, which is only sometimes possible because of many restrictions and other field conditions. For instance, there is an ongoing conception of Korea-Japan subsea tunnels that inevitably cross a massive fault system in the Korea Strait. Therefore it was deemed necessary to find an efficient way of predicting the likely behaviour of underground structures under fault slip. This paper presents the findings from simple numerical analysis for investigating the stress induced at a normal fault with a dip of 45 degrees. We used a boundary element software that assumed constant displacement discontinuity, which allowed the displacement to be estimated separately at both the fault's hangingwall and footwall sides. The results suggested that a principal stress rotation of 45 degrees occurred at the edges of the fault during the slip, which was in agreement with the phenomenon for fault plane suggested in the body of literature. A simple numerical procedure presented in this paper could be adopted to investigate other fault-related issues associated with underground structure construction.

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    31 December 2022