Journal of the Korean Geotechnical Society ISSN:1229-2427(Print) 2288-646X(Online) 한국지반공학회 논문집

지반 조밀화에 의한 지반개량 공법은 지반의 반복저항 강도를 증가시켜 액상화 발생을 억제하는 기술로 널리 활용되고 있다. 그러나 지반개량 효과는 지반개량 전, 후 콘 선단저항값의 증가에만 초점이 맞춰져 있으며 이에 대한 공간 통계학적 특성 변화에 대한 규명은 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 지반개량에 따른 지반 강도 증가 및 이에 따른 공간 변동성 변화를 규명하기 위하여 지반개량 전, 후 CPT(Cone Penetration Test)가 수행된 나무말뚝, 쇄석말뚝, 동다짐 공법에 의한 지반개량 사례에 대하여 총 19개소에 대한 자료를 수집하고 분석하였다. 지반개량에 따른 콘 선단저항값의 변화는 지반개량 전, 후 콘 선단저항값의 프로파일을 비교하였으며, 공간 변동성 변화는 랜덤필드 이론을 활용하여 평균(또는 추세 함수), 분산, 변동자의 세 가지 매개변수에 대한 변화를 평가하였다. 결과적으로 콘 선단저항값은 평균적으로 증가하였으며 고유한 변동성은 감소하는 경향을 나타내었다. 공간적 자기상관성을 나타내는 변동자는 지반개량 후 평균적으로 증가하였으며 초기 변동자가 낮을수록 증가율은 높게 나타났다. 또한, 액상화에 의해 유발되는 침하량에 대한 확률론적 해석을 수행한 결과, 지반개량에 따른 변동자 변화는 침하량의 변동성에 유의미한 영향을 미치며 이에 대한 고려가 필요한 것으로 나타났다.

발파공사의 효율성을 극대화하는 것은 비용 절감, 시간 단축, 환경 영향 최소화와 직결되어 프로젝트 성공의 핵심 요소이다. 이 연구는 대규모 채광발파의 마이닝 개념을 바탕으로 고안된 포켓차지 공법을 적용하여 암반 파쇄 효율을 극대화하고자 하며, 이는 해양매립 부지조성 공사의 매립 재료 생산과정의 효율성을 높이는 것을 최종목표로 한다. 포켓차지 공법은 발파에너지를 효율적으로 분산시켜 암반 손상 범위를 넓혀 전체 발파효율을 향상시킬 수 있으며, 소량의 폭약만으로도 최적의 발파 결과와 경제적인 급속 시공이 가능하다. 본 연구에서는 발파 동해석 프로그램을 통해 포켓차지 발파의 효과를 검증하고, 적정 발파설계 및 기술적 방안을 제시하였다.

압밀시험으로부터 직접 압축지수를 구하는 것은 상당한 시간이 소요되므로 액성한계를 사용한 경험식으로 간편하게 구할 수 있다. 하지만 액성한계 측정시험은 측정기구나 실험자에 따라 상당한 오차가 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 점성토의 비배수전단강도가 0일 때 함수비인 흐름한계를 이용하여 새로운 압축지수 경험식을 제안하였다. 이를 위해 칼슘계 및 소디움계 벤토나이트에 모래 함유량을 10, 20, 30%까지 섞어 다양한 점성토를 재성형한 다음, 액성한계, 흐름한계 및 압밀시험을 실시하였다. 칼슘계 벤토나이트보다 소디움계 벤토나이트의 액성한계와 흐름한계가 4~7배 정도 높게 나타났으며, 압축지수는 0.31과 4.91로 더 큰 차이를 보였다. 한편, 벤토나이트 종류에 관계없이 모래 함유량이 증가함에 따라 두 점성토의 액성한계, 흐름한계 및 압축지수의 차이는 감소하는 경향을 보였다. 기존 선형관계의 압축지수 경험식은 액성한계가 높은 소디움계 벤토나이트에는 적용이 어려웠으며, 새로운 지수형 압축지수 상관관계를 제안하였다. 그 결과 액성한계를 사용한 지수형 압축지수 경험식의 결정계수는 0.81이며, 흐름한계를 사용한 지수형 경험식의 경우 결정계수가 0.98로 액성한계 기반 경험식보다 더 높은 상관성을 보였다.

화학적 지반보강은 재료의 화학적 반응을 통해 지반의 역학적 성능을 확보하는 것을 의미한다. 기존에 활용되는 지반보강 재료는 제조 및 활용 간 대기오염, 지하수 용출로 인한 pH 변화 및 생태계 교란 등의 문제가 제기되었다. 따라서, 본 연구에서는 친환경 지반보강을 위해 우유로부터 기원된 카제인 폴리머로 처리된 시료의 공학적 성능이 분석되었다. 공학적 성능 분석은 일축압축강도 및 투수계수 측정을 통해 수행되었다. 활용된 시료는 주문진 표준사, 화강풍화토, 연약지반 시료이며 시료 유형에 따른 일축압축강도 및 투수계수가 분석되었다. 분석 결과, 카제인 폴리머의 함량 및 시료 유형에 따른 유의미한 상관관계가 도출되었다. 본 연구에서 도출된 결과는 카제인 폴리머의 지반 보강 적용 시 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

지반은 구조물로부터 장기간 다양한 형태의 반복하중을 받으며, 구조물의 안정성 확보를 위한 유효수평응력의 변화 예측이 필요하다. 본 연구는 장기간 반복하중을 받는 입자성 물질의 정지토압계수, 간극비, 전단파 속도의 변화를 실험을 통해 파악하였다. 기존 연구의 압밀셀을 개조하여 수평응력 및 전단파를 측정하기 위한 시스템을 구축하였고, 주문진 표준사를 다양한 상대밀도로 조성하여 초기 정하중, 반복하중, 추가 정하중, 그리고 하중 제하의 응력 이력 동안 일정 초기응력에서 다양한 응력 진폭으로 반복압축실험을 수행하였다. 실험 결과, 무한대에 근접한 반복압축에서 모든 시료의 간극비는 초기응력-진폭비 (= Δσ/σ_o)에 따라 감소하였으며, 시료의 최종 상태를 대변하는 최종 간극비 e_T로 수렴하였다. 반복압축 중 정지토압계수는 상대밀도에 따라 변화양상이 달리 나타났으며, Soil fabric의 변화와 Particle scale mechanism에 따라 결정되는 것으로 판단된다. 응력 이력 동안, 전단파 속도의 변화를 통해 반복하중을 무한대로 받는 시료의 정지토압계수를 예측하였으며, 측정한 값과의 교차 검증을 통해 높은 신뢰도를 보여주었다. 실험결과로부터 무한대에 근접한 반복압축조건에서 흙의 도로포장설계 정수인 회복탄성계수의 새로운 산정 방법과 기초 구조물의 최종 침하량 예측방법을 제시하였다.

본 연구에서는 농공단지 폐수처리장 배출수에 포함된 알루미늄 및 수질오염물질이 금강수계에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 그 결과, 농공단지 폐수처리장에서 배출되는 폐수 중 응집제 사용에 따른 알루미늄 농도는 평균 0.19~3.14mg/L로 분석되었다. 합류점에서의 예측값과 측정값의 상관계수는 각각 0.9237과 0.9758로 나타났으며, 하류 10km에서의 알루미늄 농도는 평균 0.051mg/L로 나타났다. 수질 모델링의 경우 먼저 모델 보정 과정을 통해 QUALKO2 및 QUAL2E 모델의 오차율이 20% 이내로 개선되어 모델의 신뢰성을 확인하였다. 특히, BOD 모의결과 QUALKO2 모델이 QUAL2E 모델에 비해 낮은 오차율을 보였으며 T-N 및 T-P 모의 결과 조류 호흡에 따른 비생물적 유기질소와 유기인을 고려하면 QUAL2E 모델과 QUALKO2 모델의 차이는 크지 않았다. 요약하면, 농공단지 폐수처리장의 방류수에 포함된 알루미늄 및 수질오염물질의 영향은 상대적으로 낮은 것으로 나타났으며 식수의 안전성을 고려하여 알루미늄 및 수질에 대한 모니터링과 적절한 유지 관리가 필요할 것으로 사료된다.

수소 저장 시설의 안정성을 평가하기 위해서 주로 수치해석 방법이 활용되나, 여러 조건의 데이터 확보에는 어려움이 따른다. 해당 연구의 목적은 oversampling 알고리즘을 활용하여 데이터 그룹의 양을 확대하고 수치해석 시 다양한 입력 인자로 이용되도록 하는 것이다. Oversampling 알고리즘은 AI 분야에서 데이터 불균형 문제를 해소하고자 제안된 SMOTE, Borderline-SMOTE, ADASYN 그리고 CTGAN 기법을 적용하였으며, 기존 데이터 대비 2배, 5배 그리고 100배로 증폭하였다. 해당 방법은 기존 데이터 특성을 기반으로 양을 증폭하는 방식으로 최종 데이터 그룹은 이상치가 포함될 가능성이 있다. 이를 해소하고자 통계기법인 3 sigma rule과 confidence level 방법으로 데이터의 정규분포 특성의 일정한 범위 외에 있는 값들은 이상치로 판단하여 제거하였다. 데이터 증폭과 이상치 분석을 통해 구축된 다양한 조건의 값의 신뢰성은 기존 데이터의 경향과 비교하여 판단하고자 하였으며, SHAP 알고리즘을 통해 각 물성치들의 중요도 값의 변화를 살펴보았다. 기존 데이터와 AI 기법 및 이상치 분석을 수행한 데이터의 SHAP 값은 모두 유사하게 나타나 해당 논문에서 제안한 방법이 타당함을 입증하였다. 해당 논문에서 제안한 방법은 수소 저장 시설뿐 아니라 다양한 지반 구조물의 안정성 평가 시 합리적인 데이터 구축에 활용 가능할 것으로 판단된다.

건설 현장의 소규모 굴착현장은 10m 미만의 굴착공사로 주로 전담 안전관리자가 없어 안전관리가 어려운 한계가 있다. 해당 연구의 목적은 소규모 굴착현장에서 작업자 스스로 안전관리를 수행할 수 있는 사고사례 기반의 체크리스트를 개발하는 것이다. 사고사례는 Construction Safety Management Integrated Information(CSI) 시스템에서 최근 5년간 발생한 사고 데이터를 획득하였으며, 이를 기반으로 사고 발생원인, 형태 및 기인물(Contributing Factors) 등을 분석하였다. 분석된 원인은 체크리스트 개별 항목과 연계될 수 있도록 고려하여 새로운 체크리스트를 개발하였으며 작업 전과 작업 중으로 구분하여 총 14개의 항목으로 구성된다. 설정된 14개 항목이 합리적으로 구성되었는지 전문가 그룹을 통한 설문 조사로 각 항목의 쌍대 비교(Pairwise comparison)를 수행하였으며, 비교 결과 모든 항목이 소규모 굴착현장 안전관리에 필수적으로 요구되는 것으로 나타났다. 또한 새롭게 발생한 사고사례를 기반으로 개발된 체크리스트의 신뢰성을 검증하였으며, 모든 사고사례가 체크리스트 항목과 연계되는 것도 확인하였다. 해당 연구에서 제안한 체크리스트는 소규모 굴착현장에서 실질적이고 효과적인 사고 예방에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 도로 비탈면 유지관리 데이터를 활용하여 위험등급을 재분류하고, 기존 위험등급 평가 방식의 한계를 분석하였다. 기존의 위험등급 평가는 주로 전문가의 주관적 판단에 의존하여 평가의 일관성에 한계가 있었다. 이를 개선하기 위해 본 연구에서는 차원 축소 기법인 주성분 분석(PCA)과 선형 판별 분석(LDA)을 적용하여 데이터를 축소하고, K-means 클러스터링을 통해 새로운 위험등급을 분류하였다. PCA를 사용한 클러스터링이 LDA에 비해 더 명확한 클러스터 분리를 보였으며, 실루엣 계수 등 성능 지표에서도 우수한 결과를 나타냈다. 이는 기존 위험등급 레이블이 데이터의 실제 구조를 충분히 반영하지 못함을 시사한다. 또한, LDA를 기반으로 한 클러스터링 결과와 기존 위험등급 레이블 간의 일치도가 낮아, 기존 레이블의 신뢰성에 한계가 있음을 확인하였다. 이를 해결하기 위해, PCA와 K-means 클러스터링을 이용하여 새로운 위험등급을 부여하고, 위험점수를 기반으로 각 클러스터의 등급을 분류하였다. 주요 위험 요인에 대한 정량적 분석을 통해 등급 부여의 기준을 설정하고, 각 등급별 주요 변수의 영향을 평가하였다. 본 연구는 데이터 중심의 객관적이고 정량적인 위험등급 평가 방법을 제시하여 도로 비탈면 관리의 효율성과 신뢰성을 향상시키는 데 기여하고자 한다.

본 연구에서는 수직증축 리모델링시 선재하 효과를 파악하고 하중분담 효과를 검증하기 위하여 실규모의 현장시험을 수행하였다. 기존 하중분담관련 연구가 주로 실내시험이나 수치해석기법을 통해 이루어졌고 설계에 적용되는 말뚝강성도 경험식으로 산정되어 편차가 커서 실규모 현장시험의 필요성이 절실하다. 이에 본 연구에서는 PHC 말뚝으로 지지되는 아파트 현장에서 말뚝주변에 보강말뚝을 설치하고, 말뚝강성 확인시험을 통해 실제 개별 말뚝강성을 산정하여 경험식과 비교하였다. 기존말뚝과 보강말뚝에 동시에 재하하는 하중분담시험을 통해 실제 말뚝강성비대로 하중분배가 이루어지는 것을 확인하였으며 장기계측결과와 비교하였다. 또한 기존 선재하방법의 가압하중 소실문제 해결을 위해 동시 가압이 가능한 스마트 선재하 시스템을 개발하여 기둥 2개를 동시 가압하여 현장 적용성을 검증하였다.