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

자체 광물 특성에 의해 타이어칩은 모래와 같은 천연 지반재료에 비해 매우 낮은 열전도도를 가지므로 모래-타이어칩 혼합토는 단열재료로써 활용될 수 있다. 하지만 모래-타이어칩 혼합토에 대한 기존 열전도도 연구는 제한적이었다. 따라서 본 연구에서는 포화도에 따라 다양한 입경크기 비율을 가진 모래-타이어칩 혼합토의 열전도도 변화를 조사하였다. 단열 처리된 셀에 시료를 조성하였으며, 탐침법을 이용하여 열전도도 실험을 수행하였다. 또한 본 연구는 혼합토의 접촉각 측정을 수행하였다. 그 결과 타이어칩 함량이 낮아질수록, 포화도가 증가할수록 열전도도가 증가함을 확인했다. 하지만 타이어칩 함량에 따라 혼합토의 포화도에 따른 열전도도 증가 경향은 달라졌으며, 특히 타이어칩 함량이 40% 이상인 시료의 경우 포화도가 증가함에도 불구하고 열전도도는 지연 증가하였다. 이는 소수성 입자(타이어칩)가 함수비 증가에 따른 추가적인 열전도 경로인 capillary water bridge 형성을 지연시키고, 이로 인해 포화도에 대한 혼합토의 열전도도 의존성이 변화하였기 때문이다.

동적 토압 해석은 지하 구조물의 내진 설계에서 핵심적인 파라미터이다. 그러나 기존 토압식들은 지반과 구조물의 상호작용, 상대적 유연성 비율(F) 및 구조물의 래킹 비율(R), 종횡비(L/H) 등 중요한 변수들을 종합적으로 고려하지 않은 것들이 대다수이다. 본 연구의 목적은 이러한 매개변수들이 동적 토압에 미치는 영향을 확인하여 기존의 옹벽 토압식의 신뢰도를 평가하는 것이며, 이를 위해 베이스먼트에 대해 동적 수치해석을 통한 매개변수 연구를 수행하였다. 그 결과, 종횡비가 높고 유연성이 낮은 구조물이 종횡비가 낮고 유연성이 높은 구조물보다 지진 토압에 더 취약하다는 사실을 확인하였다. 따라서 베이스먼트의 지진 토압 또는 동적 토압 추정에 있어 종횡비 및 유연비를 고려하는 것이 필요하고, 기존 옹벽의 토압식 적용 시 주의가 필요하다고 판단된다.

해상풍력 구조물은 파랑, 바람, 조류 등에 의한 반복수평하중에 장기적으로 노출되기 때문에 기초구조물 설계 시 이에 대한 고려가 필수적이다. 모노파일(monopile)은 일반적으로 육상에서 사용하는 말뚝에 비해 직경이 큰 중공형 강관으로 설계법이 잘 정립되어 있으며 시공이 비교적 단순하고, 안정적으로 풍력 구조물을 지지할 수 있는 장점이 있어 전 세계적으로 널리 활용되고 있다. 해상풍력 모노파일의 횡방향 정적하중에 대한 거동 평가는 American Petroleum Institute(API)에서 제안하는 p-y 곡선법을 활용하는데, 해상풍력과 같이 반복수평하중에 장기간 노출되는 경우 대구경 모노파일에 대한 p-y 곡선법의 적용성을 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내 서남해안 지역의 대표지반 중 하나인 느슨한 실트질 모래지반에서 양방향(two-way) 반복수평하중을 받는 모노파일의 거동을 원심모형실험을 통해 평가하였다. 그 결과, 모노파일의 거동은 반복하중 크기, 반복하중 횟수, 반복하중의 방향에 따라 달라지는 것을 확인하였다. 또한, API에서 제시하는 p-y 곡선법이 대구경 모노파일의 양방향 반복수평하중에 대한 거동을 과대평가하고 있음을 확인하였다.

지표투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)는 빠른 탐사 속도로 광범위한 지역의 정보를 획득할 수 있으나, 데이터 해석에는 전문적인 지식이 필요하다. 많은 연구에서 다양한 조건과 상황에서 GPR 신호 특성을 분석하기 위해 수치해석 기법을 도입해왔다. 보다 현실적인 수치 모델을 구성하기 위해서는 지반의 불균질한 특성을 고려해야 한다. 지반의 불균질한 특성으로 인해 클러터(Clutter)가 발생하며, 클러터는 송신된 신호가 목표가 아닌, 다른 물체에 의해 반사되어 수신되는 신호를 의미한다. Peplinski 재료 모델과 프랙탈 기법은 이러한 불균질한 특성을 모사할 수 있지만, 입력 매개변수에 대한 연구가 부족하다. 또한, 현장 데이터와 해석 데이터의 유사성을 정량적으로 평가할 수 있는 방법도 확립되지 않았다. 본 연구에서는 현장 데이터의 자기상관 계수를 계산하고 자기상관 함수를 통해 상관 거리를 산출하였다. 상관 거리는 데이터가 유사성을 보이는 시간적 혹은 공간적 거리를 의미한다. 현장 데이터의 상관 거리와 프랙탈 가중치를 적용한 해석 모델의 상관 거리를 비교하여 불균질 지반에 대한 수치해석 모델을 정량적으로 평가하였다. 본 연구를 통해 현장의 클러터 특성을 반영한 수치 모델링 기법을 제시하였다.

바이오폴리머 주입에 의한 보강효과 예측을 위하여 대상지반 내 바이오폴리머의 주입도 모니터링이 요구된다. 본 연구에서는 전기비저항을 이용하여 사질토 내 바이오폴리머 수용액의 포화도 및 주입경과를 평가하였다. 사질토 내 바이오폴리머 수용액 포화도에 따른 전기비저항의 변화를 평가하고자 중량농도 0.5%의 잔탄검 바이오폴리머 수용액과 주문진 표준사를 이용하여 조성된 포화도 20%, 40%, 60%, 80%, 100% 시료의 전기비저항을 측정하였다. 또한, 주입경과 평가를 위하여 노건조 주문진 표준사 시료에 대한 바이오폴리머 수용액 상방향 주입 중 8개 층에서 전기비저항을 측정하였다. 포화도에 따른 전기비저항 측정 결과, 시료의 포화도가 증가함에 따라 전기비저항은 감소하였으며, 해당 결과를 바탕으로 포화도와 전기비저항 사이의 상관관계가 수립되었다. 주입경과에 따른 전기비저항 측정 결과, 바이오폴리머 수용액이 시료에 침투함에 따라 전기비저항은 감소 및 수렴하였으며, 앞서 수립된 포화도-전기비저항 상관관계를 바탕으로 주입과정 중 바이오폴리머 수용액 주입도 평가가 가능하였다. 본 연구는 바이오폴리머 처리 구간에 대한 전기비저항 평가가 바이오폴리머의 주입 양상 모니터링에 활용될 수 있음을 보여준다.

현장 지반정수 데이터는 다양한 현장 및 실내시험을 통해 획득된 후 지반조사보고서의 형태로 작성되어 유통된다. 효율적인 설계 및 시공을 위해선 지반정수의 디지털 데이터베이스화가 필수적이나, 현재 지반조사보고서 데이터는 수동 입력 방식으로 많은 시간과 인력이 소요되며, 오류가 발생하기도 한다. 본 연구는 이미지 기반 딥러닝 모델 및 텍스트 마이닝 기법을 사용하여 지반조사보고서에서 데이터를 자동으로 추출하는 방법을 제안하였다. 딥러닝 기반의 페이지 분류 모델과 텍스트 서칭 알고리즘을 사용하여 지반조사보고서 부록 내 세부 지반시험 결과 보고서를 100%의 정확도로 분류할 수 있었다. 컴퓨터 비전 알고리즘을 통해 보고서 페이지 내 유효한 데이터 영역을 결정하고, 텍스트 분석을 통해 추출 데이터 항목과 상응하는 지반 데이터를 짝지어 데이터를 추출했다. 제안한 모델은 205개의 지반조사보고서로 구성된 데이터셋을 통해 검증되었으며, 평균 93.0%의 데이터 추출 정확도를 기록하였다. 마지막으로, 추출 모델의 실무 적용성을 위해 사용자 인터페이스 기반 프로그램을 개발하였다. 프로그램 내 사용자 상호작용을 통해 지반조사보고서 PDF 파일을 업로드하고 자동으로 보고서를 분석 및 데이터를 추출, 편집할 수 있도록 했다. 이를 통해 지반조사보고서의 디지털화 및 지반 데이터베이스 구축이 더욱 효율적이고 정확하게 이루어질 수 있을 것으로 판단된다.

최근 달에서 얼음 형태의 물 등 에너지자원이 발견됨에 따라 달은 심우주 탐사를 위한 전초기지로 주목받고 있다. 지속가능한 심우주 탐사를 위한 전초기지 구축을 위해 현지자원 활용 개념이 주목받음에 따라, 현지재료인 월면토 고형화 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 보조가열재를 이용한 하이브리드 마이크로파 소결로를 활용해 인공월면토 소결 실험을 수행하며 시스템 구성 및 소결온도 유지시간이 소결체 형성에 미치는 영향을 평가하였다. 그 결과 보조가열재 구성 및 마그네트론으로부터의 거리가 균질한 소결 블록 제작에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한, 소결온도(1,080℃) 유지시간을 변화시키며 소결 블록을 제작한 결과, 임계시간을 초과하여 소결온도를 유지할 경우 재료의 불균질성이 증가해 소결 효율을 감소시키는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 전체 시공영역에 대해 연속적으로 도출되는 지능형 다짐값의 높은 변동성과 관련한 문제를 해결하기 위해서, 지능형 다짐값의 공간적 분포를 고려한 이상치 분석 기법을 제안하였다. 제안된 기법에서는 다짐횟수 증가에도 불구하고 특정 위치에서 측정된 CMV가 감소하는 경우를 1차적으로 선별하고, 유효반경 1.5m 내에서 측정된 값들과의 차이가 큰 값들을 이상치로 판별한다. 본 연구에서 제안된 이상치 분석 기법을 현장시험에서 측정된 CMV 데이터에 적용한 결과, 지반의 내재적 불균질성은 고려하면서 다짐 품질과 관계없는 다짐롤러 구동조건의 변화에 따른 영향만을 배제할 수 있는 것으로 나타났다. 이상치 제거 후 CMV의 변동계수는 21.4~26.3%로 산정되었으며 관련 기준(20%)에서 제시하고 있는 수치보다 크게 나타났다. 추후 제안된 이상치 분석 기법에 여러 현장시험 데이터를 적용하여 고도화하고 지능형 다짐값의 변동성에 대한 합리적인 기준을 제안해야 할 것으로 판단된다.

지구온난화로 인한 기후변화로 예측 불가능한 집중호우가 증가하여 국내 하천의 홍수 피해는 심각해지고 있으며 이에 따라 수중보의 제체 및 기초지반을 통한 침투량 증가는 파이핑 현상을 유발하여 수중보의 안정성을 위협한다. 따라서 수중보의 관리와 설계에 있어 증가하는 침투유량에 관한 많은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 수중보에 대하여 투수층의 깊이와 널말뚝 길이 및 위치를 달리하여 수치해석과 단면분할법 및 Polubarinova-Kochina가 제안한 방법을 사용하여 침투유량을 산정하고 비교 분석하였다. 그 결과 침투유량은 S/T가 증가함에 따라 감소하였고, X/b가 증가할수록 증가하는 경향을 보였으며 널말뚝 위치에 대한 차이보다는 널말뚝 길이의 변화가 침투유량에 더 많은 영향을 끼치는 것으로 판단되었다. 따라서, 수중보 설계 시 지층깊이를 고려한 긴 널말뚝을 적용하고 제체의 상류부에 설치할수록 침투유량이 감소해 파이핑에 대해 안전한 설계가 가능할 것으로 판단된다.

NATM 터널에서 숏크리트의 응력측정은 계측기기의 신뢰도를 검증할 방법, 절차, 규정 등에 관한 연구 부족으로 인해 터널현장에서는 성능검증 없이 숏크리트 응력계가 설치 및 관리되고 있다. 본 연구에서는 일체형 및 셀타입 숏크리트 응력계의 외관검사, 구조·기능검사를 통해 불량 원인 및 문제점을 파악하고, 성능검사는 1차 시험으로 센서에 직접 하중을 재하하는 방식으로 하고, 셀타입 숏크리트 응력계는 KOLAS인증을 받은 성능검증장치를 국내 최초로 개발하여 성능검사를 실시하였다. 2차 시험으로 콘크리트 몰드시험을 통하여 일체형 및 셀타입 숏크리트 응력계의 구조적인 문제점을 파악하고 개선방안과 성능검증 절차를 제시하였다. 본 연구는 향후 숏크리트 응력계의 성능검증을 위한 규정 마련과 현장에서 계측기기를 선정하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

해당 논문의 목적은 deep neural network(DNN) 알고리즘을 이용하여 불포화토 지반의 압축파 속도와 간극률 간의 관계를 도출하는 것이다. 입력 인자는 error norm 방법으로 각각의 값이 간극률에 미치는 영향을 조사하였으며, 결론적으로 압축파 속도가 간극률 산정에 제일 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 압축파 속도와 간극률은 현장 및 실내 실험을 통해 도출하였으며, 총 266개의 수치 데이터를 이용하였다. DNN 적용 결과는 매 횟수마다 계산된 MSE 손실로 표현하였으며, 초반의 계산 횟수 단계에서 거의 0에 수렴하는 결과를 도출하였다. 예측된 간극률은 train과 validation으로 구분하여 분석하였으며, 실제 데이터와 비교하였을 경우 결정계수는 각각 0.97과 0.98로 나타나 높은 신뢰성을 보여준다. 해당 연구에서는 error norm 분석을 통해 민감도가 작은 인자는 배제하고 영향성이 높은 인자를 통해 종속 변수를 예측하는 방법론을 제시하였다.

해당 논문의 목적은 균열밀도 산정 시 독립변수로 설정한 값이 얼마나 중요하게 작용하는지를 기계학습 기반의 알고리즘으로 분석하는 것이다. 논문에서 사용한 알고리즘은 random forest와 SHAP이며, 독립변수는 압축파 속도, 전단파 속도, 간극률 그리고 포아송 비로 결정하였다. 암석 시료는 건설현장에서 채취하였으며, 원기둥 형태로 가공하여 각 입력 물성치의 획득이 용이하게 고려하였다. 다수의 특징이 포함된 독립 및 종속 변수 값을 얻고자 인위적인 풍화를 진행하였으며, 총 12회 진행하였다. 2가지 알고리즘 적용 결과 간극률이 균열밀도 산정시 매우 중요한 독립변수로 나타났으며, 전단파 속도가 상대적으로 낮은 영향을 미치는 인자로 나타났다. 이와 같은 결과는 독립변수로 설정한 4개의 물성치로 충분히 균열밀도를 추정할 수 있음을 시사하며 random forest 및 SHAP과 같은 알고리즘을 통해 설정된 독립변수가 적절하게 구성되었는지 확인할 수 있는 방법론도 제시하였다.

본 연구에서는 개단말뚝의 항타 과정을 이산요소해석법(DEM)으로 모델링하여 관내토의 거동을 분석하였다. DEM 모델 검증을 위해 모형말뚝시험과 수치해석 결과를 비교하였으며, 입자 간 회전 저항력을 고려한 접촉모델을 적용하여 흙 입자 간 상호작용을 검증하였다. 2차원 원형 입상재료의 상대밀도와 말뚝의 관입 속도를 조절하여 관내토의 압축 거동을 성공적으로 모사하였으며, 초기 관입 속도가 감소할수록 관내토가 더 압축되는 경향을 확인하였다. DEM 모델을 통해 관내토 길이와 관내토 길이 지표인 Plug Length Ratio(PLR), Incremental Filling Ratio(IFR)를 분석하였으며, 이를 모형시험 결과와 비교하여 개단말뚝의 관내토 거동을 검증하였다. 본 연구는 관내토의 폐색상태를 직접 반영하여 개단말뚝의 거동을 분석할 수 있는 이산요소해석법을 활용한 모델을 개발하였으며, 그 모델링 과정와 검증 방법을 상세히 소개하여 향후 연구의 시행착오를 줄이는 데 기여할 것으로 판단된다.

국토의 70%가 산지인 우리나라는 많은 태양광 발전 시설이 산지에 설치되고 있다. 본 연구에서는 산지 재해와 관련하여 산지에 설치된 태양광 발전시설의 사면 특성을 분석하기 위해 663개소의 강원 산지 태양광 발전시설에 대하여 면적, 경사각, 경사향, 고도, 토심 등의 데이터베이스를 구축하였으며, GIS 기법을 활용하여 산지 태양광 발전시설의 사면 특성을 분석하였다. 분석 결과, 강원 산지에 설치된 태양광 발전시설의 면적은 606~320,718m²의 범위를 가지며, 산지 태양광 설치 허가 기준과 급경사지 판정 기준 이상의 경사를 가진 태양광 발전시설이 상당수 존재하는 것으로 나타났다. 또한, 태양광 발전시설은 대부분 산사태에 취약한 남향을 나타내고 있으며, 토심과 사면 경사 또는 지형고도와는 상관관계가 매우 낮은 것으로 나타났다.

최근 급격히 늘어나는 수소 에너지 수요를 감당하기 위해 안정적인 중·대규모의 지하 수소 저장 인프라가 필요한 가운데, 지하수소저장소에서의 가스 폭발에 따른 인접 건축물의 폭발 진동 안전성 평가가 중요해지고 있다. 본 연구에서는 저심도 지하수소저장소의 수소가스 폭발 재난 시나리오를 가정하여 인근 건축구조물에 미치는 진동 안전성에 대한 수치해석을 수행하였다. 메타모델을 활용한 매개변수연구를 수행하여 지반물성 조합 별 지반 동적 거동 변화를 예측하고, 지반공학적 영향인자에 대한 민감도를 분석하였다. 수소 저장소 직상부에서는 지반의 단위중량이 폭발에 의한 지반 진동치 변화에 가장 큰 영향을 미치는 반면 저장소로부터 멀리 떨어질수록 지반의 동적 물성의 민감도가 높게 나타났다. 또한, 도출된 지반 진동치와 국내 발파진동 허용치 자료를 기반으로 지상 건축구조물들의 진동 안정성을 평가한 결과, 대형 철근 콘크리트 구조물의 경우 약 10-30m 수준의 이격거리 확보 시 지반진동 안전성이 보장되는 것으로 평가되었다.

많은 시설물의 기초로 사용되고 있는 현장타설말뚝의 시공 건전성을 확인하기 위하여 비파괴 건전도 시험이 사용되고 있다. 그러나 비파괴 건전도 시험은 내부 결함의 유무로만 기초의 안전성을 파악하며 결함의 위치 및 규모는 고려하고 있지 않다. 따라서, 본 연구에서는 말뚝 기초 결함의 단면 특성을 추출하고 횡방향 지지력 및 단면력을 검토하는 BIM 연계 횡방향 지지력 해석 모델을 제안하고, 이를 이용하여 결함이 존재하는 현장타설말뚝 기초의 안전성을 평가하고자 한다. 해석 결과, 상부에 존재하는 결함이 말뚝머리 변위 변화에 많은 영향을 끼쳤으며 결함에 의한 발생 휨모멘트 변화보다는 단면 축소로 인한 PM 상관도의 크기 감소가 부재 파괴의 위험도를 더 증가시키는 것을 확인하였다. 이러한 제안 방법은 현장타설말뚝의 입체적인 안전성 평가에 도움이 될 것으로 판단된다.