• Evaluation of Mechanical Properties for the Compacted Bentonite Buffer Materials

    압축 벤토나이트 완충재의 역학 물성 평가

    Yoon, Seok, Hong, Chang-Ho, Kim, Taehyun and Kim, Jin-Seop

    윤석, 홍창호, 김태현, 김진섭

    The compacted bentonite buffer is one of the most important components in an engineered barrier system (EBS) to dispose of high-level radioactive ...

    압축 벤토나이트 완충재는 원자력발전소에서 발생하는 고준위폐기물을 처리하기 위한 공학적방벽시스템의 가장 중요한 요소 중 하나이다. 압축 벤토나이트 완충재는 외부 하중이나 지하수 침투로부터 처분 ...

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    The compacted bentonite buffer is one of the most important components in an engineered barrier system (EBS) to dispose of high-level radioactive waste (HLW) produced by nuclear power generation. The compacted bentonite buffer has a crucial role in protecting the disposal canister against the external impact and penetration of groundwater, so it has to satisfy the thermal-hydraulic-mechanical requirements. Even though there have been various researches on the investigation of thermal-hydraulic properties, few studies have been conducted to evaluate mechanical properties for the compacted bentonite buffer. For this reason, this paper conducted a series of unconfined compression tests and obtained mechanical properties such as unconfined compressive strength, elastic modulus, and void ratio of Korean compacted bentonite specimens with different water content and dry density values. The unconfined compressive strength and elastic modulus increased, and the Poisson’s ratio decreased a little with increasing dry density. It showed that unconfined compressive strength and elastic modulus were proportional to dry density. However, there was not a remarkable correlation between mechanical properties and water content.


    압축 벤토나이트 완충재는 원자력발전소에서 발생하는 고준위폐기물을 처리하기 위한 공학적방벽시스템의 가장 중요한 요소 중 하나이다. 압축 벤토나이트 완충재는 외부 하중이나 지하수 침투로부터 처분 용기를 보호하기에, 열-수리-역학적인 요구 조건을 충족하여야 한다. 이러한 완충재의 열-수리 물성에 관한 연구는 많이 진행되어 왔지만, 역학 물성 규명에 관한 연구는 많이 부족한 실정이다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 건조밀도와 함수비에 따른 다양한 국내 압축 벤토나이트 시료를 조성하여 이에 대한 일축압축강도시험을 실시하였으며, 일축압축강도, 탄성계수, 그리고 포아송비를 도출하였다. 압축 벤토나이트의 일축압축강도와 탄성계수는 건조밀도에 따라 증가하였으며, 포아송비는 건조밀도가 증가할수록 약간 감소하는 것으로 나타났다. 일축압축강도, 탄성계수 및 포아송비는 건조밀도와 큰 상관관계를 보였으나, 함수비와는 특별한 상관성을 나타내지는 않았다.

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    October 2021
  • The Study on Blast Effects of Stemming Materials by Trauzl Lead Block Test and High Speed 3D-DIC Systems

    트라우즐 연주시험 및 고속 3차원 이미지영상상관 기법을 이용한 전색재 별 발파효과에 대한 연구

    Ko, Younghun, Seo, Seunghwan, Kim, Sik, Chung, Youngjun and Chung, Moonkyung

    고영훈, 서승환, 김식, 정영준, 정문경

    The most widely used method for determining the blast effects of explosives is the Trauzl test. This test is used to measure ...

    트라우즐 연주시험은 화약의 발파성능을 검증하기 위해서 널리 사용되는 시험방법 중 하나이다. 위력이 검증된 폭약을 연주블록의 발파공에 장약 및 전색하여 폭발시킨 후 발파공의 ...

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    The most widely used method for determining the blast effects of explosives is the Trauzl test. This test is used to measure the explosive power (strength) of a substance by determining volume increase, which is produced by the detonation of a tested explosive charge in the cavity of a lead block with defined quality and size. In this paper, Trauzl lead block test and High speed 3D-DIC (Digital Image Correlation) system were conducted to evaluate the stemming effect of the blast hole. The effects of stemming materials can be expressed as the expansion of the cavity in a standard lead block through explosion of the explosives. The blasting experiment was conducted with emulsion explosives. The stemming material in the blast hole of lead block, which was adopted in this study, were using sand and stone chips. Results of blasting experiment and numerical analysis showed that the expansion rates of lead block were most affected by stone chips followed by sand. Also, as result of dynamic strain measurement on the lead block surface of High speed 3D-DIC system, the displacement and surface strain on the block were the highest in the experiment case of stone chips stemming.


    트라우즐 연주시험은 화약의 발파성능을 검증하기 위해서 널리 사용되는 시험방법 중 하나이다. 위력이 검증된 폭약을 연주블록의 발파공에 장약 및 전색하여 폭발시킨 후 발파공의 체적변화를 통해 화약의 위력 또는 전색효과 등을 측정하는 방법이라 할 수 있다. 본 연구에서는 발파 시 전색물에 따른 전색효과를 서로 비교하기 위하여 트라우즐 연주시험 및 3차원 고속카메라를 이용한 이미지영상상관기법을 도입하여 발파실험을 수행하였다. 실험에 사용된 폭약은 산업용 에멀젼 폭약을 적용하였고, 전색재료는 모래 및 잔골재를 사용하였다. 트라우즐 연주시험 및 수치해석을 통한 비교에서 표준사보다 잔골재 전색의 경우가 연주블록의 확장이 크게 나타났으며, 3D-DIC 시스템에서도 잔골재 전색의 경우가 모래전색보다 직경변화와 표면변형률 모두 높은 수치를 보였다.

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    October 2021
  • Frost Heave of Frost Susceptible Soil According to Performance of Thermo-syphon

    열 사이펀 성능에 따른 동상민감성 지반의 거동 비교

    Park, Dong-Su, Shin, Mun-Beom and Seo, Young-Kyo

    박동수, 신문범, 서영교

    The construction method to prevent the frost heave or thaw settlement is called the ground stabilization method, and the thermo-syphon is one ...

    동상민감성 지반의 융기 및 침하 방지를 위한 공법을 지반 안정화 공법이라고 하며 열 사이펀은 대표적인 지반 안정화 공법 중 하나이다. 열 사이펀은 ...

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    The construction method to prevent the frost heave or thaw settlement is called the ground stabilization method, and the thermo-syphon is one of the typical ground stabilization methods. The thermo-syphon has recently been developed with a simple analysis model and thermal analysis has been carried out, but the frost heave of frost susceptible soil was not considered. This study was conducted using ABAQUS internal user subroutine to develop the numerical analysis model (Coupled thermo-mechanical) that can simultaneously perform thermal analysis for the temperature change of the soil according to the thermo-syphon and structural analysis to predict the frost heave of the soil accordingly. As a result of the numerical analysis, the frost heave of the soil decreased as the performance of the thermo-syphon increased. As for the main results, when the thermo-syphon which has contain 25%, 50%, and 100% of refrigerant filling ratio was applied, the reduction ratio of the frost heave was 5.5%, 14.4%, and 21% respectively.


    동상민감성 지반의 융기 및 침하 방지를 위한 공법을 지반 안정화 공법이라고 하며 열 사이펀은 대표적인 지반 안정화 공법 중 하나이다. 열 사이펀은 최근 간편한 해석모델 개발과 더불어 열 해석이 진행되었지만, 이에 따른 동상민감성 지반의 열적 거동을 고려하지 않았다. 따라서 본 연구는 열 사이펀의 성능에 따른 지반의 온도 변화를 위한 열 해석과 이에 따른 지반의 거동을 예측하기 위한 구조해석을 동시에 수행하기 위해 ABAQUS 내부 사용자 서브루틴을 사용하여 열 사이펀을 적용한 TM(Thermo-Mechanical) 모델을 개발하여 열 사이펀의 성능에 따른 지반 융기 억제성능을 확인하였다. 해석결과 열 사이펀의 성능 증가에 따라 지반의 최종 융기가 감소하였으며 냉매 충전율 25%, 50% 그리고 100%의 열 사이펀 적용 시 각각 5.5%, 14.4%, 21% 융기 억제성능을 나타내었다.

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    October 2021
  • Probabilistic Assessment of Seepage Stability of Soil Foundation under Water Retaining Structures by Fragility Curves

    취약도 곡선에 의한 수리구조물 하부 지반의 확률론적 침투 안정성 평가

    Cho, Sung-Eun

    조성은

    In this study, probabilistic steady seepage behavior of soil foundation beneath water retaining structures according to the location of cutoffs was studied ...

    본 연구에서는 침투조절을 위하여 댐이나 보와 같은 수리구조물의 기초지반에 설치되는 차수벽체 형태에 따른 포화 침투거동의 확률론적 거동을 연구하였다. 이를 위해 투수계수의 불확실성과 ...

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    In this study, probabilistic steady seepage behavior of soil foundation beneath water retaining structures according to the location of cutoffs was studied. A Monte Carlo Simulation based on the random finite element method that considers the uncertainty and spatial variability of soil permeability was performed to evaluate the probabilistic seepage behavior. Fragility curves were developed by calculating the failure probability conditional on the occurrence of a given water level from the probability distribution obtained from Monte Carlo simulations. The fragility curve was prepared for the flow quantities such as flow rate through foundation soil, uplift force on the base of structure, and exit gradient in downstream to examine the reliability of the water retaining structure and the foundation soil. From the fragility curves, the effect of the location of cutoff wall on the reliability of water retaining structure and foundation soil according to the rise in water level was studied.


    본 연구에서는 침투조절을 위하여 댐이나 보와 같은 수리구조물의 기초지반에 설치되는 차수벽체 형태에 따른 포화 침투거동의 확률론적 거동을 연구하였다. 이를 위해 투수계수의 불확실성과 공간적 변동성을 고려한 정상상태 흐름의 유한요소해석에 기반을 둔 Monte Carlo 시뮬레이션을 수행하였다. Monte Carlo 시뮬레이션의 결과로부터 평가된 지반의 침투거동에 대한 확률분포로부터 수위 변동에 따른 파괴확률을 구함으로써 취약도 곡선을 작성하였다. 취약도 곡선은 침투로 인한 수리구조물과 기초지반의 안정성을 검토하기 위하여 기초지반을 통한 침투유량, 구조물에 작용하는 양압력, 하류 유출면에서의 유출동수경사에 대하여 작성하였다. 생성된 취약도 곡선들로부터 차수벽체 설치 형태가 수위 상승 시 수리구조물과 기초지반의 안정에 대한 신뢰성에 미치는 영향을 연구하였다.

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    October 2021
  • Study on Asymmetric Settlement Trough induced by the 2nd Tunneling of Twin Shield Tunnels in Clay

    점토지반 병설쉴드터널에서 후행터널 굴착에 의한 비대칭 침하형상 연구

    Ahn, Chang-Yoon and Park, Duhee

    안창윤, 박두희

    The construction of shield tunnels is being expanded from the small-bore tunnels such as power, telecommunications, water supply, and sewerage pipes to ...

    쉴드TBM의 제작기술 발전과 시공경험 축적으로, 쉴드터널은 전력, 통신 및 상하수도와 같은 소구경 터널에서 도로 및 철도와 같은 대구경 터널로 확대되고 있으며, 그에 ...

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    The construction of shield tunnels is being expanded from the small-bore tunnels such as power, telecommunications, water supply, and sewerage pipes to the large bore tunnels such as road and railway tunnels with the advancement of the shield TBM (Tunnel Boring Machine) manufacturing technology. Accordingly, the construction of twin shield tunnels is increasing. Peck (1969) reported that the surface settlement trough is well described by a Gaussian distribution on a single shield tunnel. Hereafter, many studies about the surface settlement trough were performed by the field measurement, laboratory model test, and numerical analysis. This study confirmed that the additional surface settlement trough induced by the 2nd tunneling were well described by using each Gaussian curve for the right and left sides of the settlement trough.


    쉴드TBM의 제작기술 발전과 시공경험 축적으로, 쉴드터널은 전력, 통신 및 상하수도와 같은 소구경 터널에서 도로 및 철도와 같은 대구경 터널로 확대되고 있으며, 그에 따라 병설쉴드터널의 적용도 증가하고 있다. Peck(1969)에 의해 연약지반에서 단선쉴드터널의 지표침하형상이 Gaussian distribution으로 표현될 수 있음이 제시된 이후, 현장계측, 실내모형실험 및 수치해석 등의 방법을 통해 많은 연구에서 이의 적정성이 확인되었다. 본 연구는 현장 계측된 병설쉴드터널의 지표침하로부터 후행 터널(2nd tunnel)에 의한 추가 지표침하 형상을 표현하기 위해 침하형상의 좌·우측에 Gaussian curve를 각각 적용함으로써, 침하형상을 보다 정확히 표현할 수 있음을 알 수 있었다.

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    October 2021
  • A Study on Numerical Analysis for GPR Signal Characterization of Tunnel Lining Cavities

    터널 라이닝 공동에 대한 GPR 신호 특성 분석을 위한 수치해석 연구

    Go, Gyu-Hyun and Lee, Sung Jin

    고규현, 이성진

    There is a possibility of cavities occurring inside and behind the lining of an aged tunnel structure. In most cases, it is ...

    노후화된 터널 구조물의 라이닝 내부 및 배면에 존재하는 공동은 다양한 원인에 의해 발생되며 대부분의 경우 육안검사가 불가능한 곳에 존재하기 때문에 이에 대한 ...

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    There is a possibility of cavities occurring inside and behind the lining of an aged tunnel structure. In most cases, it is not easy to check the cavity because it exists in a place where visual inspection is impossible. Recently, attempts have been made to evaluate the condition of the tunnel lining and the backfill materials using non-destructive tests such as Ground Penetrating Radar, and various related model tests and numerical analysis studies have been conducted. In this study, the GPR signal characteristics for tunnel lining model testing were analyzed using gprMax software, which was compared with model test results. The numerical model applied to the model test reasonably simulated the electromagnetic wave signal according to the change of the material such as tunnel lining and internal cavity. Using the verified GPR model, B-scan data for the development of the GPR signal analysis technique were obtained, which can evaluate the thickness of the tunnel lining, the presence of the cavity, the effect of the waterproof membrane, and the frequency band.


    노후화된 터널 구조물의 라이닝 내부 및 배면에 존재하는 공동은 다양한 원인에 의해 발생되며 대부분의 경우 육안검사가 불가능한 곳에 존재하기 때문에 이에 대한 점검이 쉽지 않다. 최근에는 지반탐사레이더와 같은 비파괴시험 등을 이용하여 터널 라이닝과 배면에 대한 상태를 평가하는 시도가 이루어지고 있으며, 이와 관련된 다양한 모형시험 및 해석연구가 수행되고 있다. 본 연구에서는 gprMax 소프트웨어를 이용하여 터널 라이닝 모형 시험체 조건에 대한 GPR 신호특성을 시각화하여 분석하였고, 이를 모형체 시험 결과와 비교하였다. 모형체 시험에 적용된 GPR 해석모델은 터널 라이닝 및 내부 공동 등 매질 변화에 대한 전자기파 신호변화를 합리적으로 모사하였다. 검증된 수치해석모델을 이용하여 터널 라이닝의 두께, 내부의 공동 존재와 규모, 방수막의 영향, 주파수대역의 영향 등을 평가하기 위한 GPR 분석 기법 개발에 필요한 데이터를 확보하였다.

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    October 2021
  • A Study on the Optimization Algorithm for Correlation Analysis of the Underground Utility Structure Density in Urban Areas and Recorded Ground Subsidence

    도심지 지중매설물 밀집도와 이력지반함몰의 상관성 분석을 위한 최적화 알고리즘에 관한 연구

    Choi, Changho, Kim, Jin-Young, Baek, Sung-Ha and Kang, Jae Mo

    최창호, 김진영, 백성하, 강재모

    Several studies have been conducted to analyze, predict, and prevent the risk of ground subsidence occurring in urban areas. Nevertheless, there is ...

    도심지에서 발생하는 지반함몰의 위험도를 분석하고 예측 및 예방하기 위한 연구가 다양하게 진행되었다. 기존의 연구 중에 지하매설물의 밀도(즉, 대상 공간 주변 지중에 ...

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    Several studies have been conducted to analyze, predict, and prevent the risk of ground subsidence occurring in urban areas. Nevertheless, there is insufficient research effort on risk analysis that utilizes the correlation between the density of underground structures (i.e., the spatial quantity of buried objects installed in the ground around the interested area) and the occurrence of ground subsidence. In this paper, a study was conducted to analyze the line density of underground structures using GIS-based spatial information data, and to link this with the recorded ground subsidences. An optimization algorithm was developed to maximize the correlation between the line density of 29 recorded ground subsidences and 6 types of underground structures that occurred between 2010 and 2015 for the analysis area. The concept of normalized line density was also proposed for the analysis. The normalized line density of the analysis area was divided into five grades (Grade 1: lowest, Grade 5: highest). When the optimization algorithm was applied, the case where the normalized line density was Grade 4 or higher at the location of the recorded ground subsidences was about > 80%. It is thought that the density analysis result of underground facilities can be applied to the ground subsidence risk analysis by using the proposed optimization algorithm.


    도심지에서 발생하는 지반함몰의 위험도를 분석하고 예측 및 예방하기 위한 연구가 다양하게 진행되었다. 기존의 연구 중에 지하매설물의 밀도(즉, 대상 공간 주변 지중에 설치된 매설물의 공간적인 물량)와 지반함몰 발생의 상관성을 활용한 위험도 분석 연구는 미비하다. 본 논문에서는 GIS기반 공간정보 데이터를 활용하여 지하에 설치되어 있는 매설물의 선형밀도(line density)를 분석하고, 이를 이력지반함몰 발생 현황과 연계하는 연구를 수행하였다. 분석 대상 지역에 대하여 2010~2015년 사이에 발생한 29개 이력지반함몰과 6종 지하매설물 선형밀도의 상관관계를 극대화하기 위한 최적화 알고리즘을 개발하였고, 보편적인 분석을 위해 정규선형밀도의 개념을 제안하였다. 분석 대상 지역의 정규선형밀도를 5개 등급(1등급 최저, 5등급 최고)으로 구분하였으며, 최적화 알고리즘을 적용할 경우 이력지반함몰 위치에서 정규선형밀도가 4등급 이상인 경우가 약 80%이상으로 나타났다. 제안된 최적화 알고리즘을 활용하여 지하매설물의 밀집도 분석 결과를 지반함몰 위험도 분석에 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

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    October 2021