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Journal of the Korean Geotechnical Society

  • : 한국지반공학회
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  • : 월간
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수록정보
수록범위 : 15권4호(1999)~35권5호(2019) |수록논문 수 : 2,074
한국지반공학회논문집
35권5호(2019년) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재

1연속체 암반비탈면의 강도정수 산정 연구

저자 : 김형민 ( Kim Hyung-min ) , 이수곤 ( Lee Su-gon ) , 이벽규 ( Lee Byok-kyu ) , 우재경 ( Woo Jae-gyung ) , 허익 ( Hur Ik ) , 이준기 ( Lee Jun-ki )

발행기관 : 한국지반공학회 간행물 : 한국지반공학회논문집 35권 5호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 5-19 (15 pages)

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암반으로 구성되어 있는 급경사(65°~85°)비탈면이 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 자연현상을 고려할 때, 설계 및 초기 시공 단계에서 위와 유사한 지반 상태로 이루어진 깎기 암반비탈면에 대해 1:0.5(발파암 경사 기준)보다 급한 경사를 적용할 수 있을 것이다. 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반비탈면의 안정성을 검토하는 과정에서, 설계실무 측면에서 범용적인 암반강도정수 산정방법이 필요하게 되었다. Hoek 등(2002)이 수정·보완하여 발표한 Hoek-Brown 파괴기준과 GSI분류는 불연속구조의 영향을 충분히 고려한 암반특성화 시스템으로 평가되었으며, 응력변화에 따라 등가 Mohr-Coulomb 강도정수(등면적법)를 산출하는 방법을 제안하였다. 비탈면에서는 등가 M-C 강도정수가 최대구속응력(σ'3max 또는 수직응력)변화에 따라 민감하게 변화하므로 실무적으로 활용하기에 어려운 점이 있다. 이 연구에서는 양호한 연속체 암반비탈면에 대해 최대구속응력 범위이내에서 범용적으로 적용할 수 있는 강도정수산정방법(등각분할법)을 H-B 파괴기준을 응용하여 제안한다. 등각분할법 강도정수(A)의 타당성 및 적용성을 평가하기 위해, 연구대상 암반비탈면을 기존 실시설계 현장 인근에 있는 급경사 비탈면에서 암석종류별(화성암, 변성암, 퇴적암)로 선정하고, Hoek이 제시한 등가 M-C 강도정수(등면적법)들과 비교·분석하였다. 등면적법 및 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 기본적인 자료인 기존 실시설계 현장의 실내 암석 삼축압축시험과 연구대상 암반비탈면의 불연속구조의 특성조사(Face Mapping)를 통해 RocLab 프로그램(H-B 파괴기준을 기본으로 전산화된 지반정수 산정 소프트웨어)을 활용하여 산정하였다. 산정된 등면적법 등가 M-C 강도정수는 상호 연동되어 점착력과 내부마찰각이 아주 크거나(45° 이상) 작게 나타났다. 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 등면적법 등가 M-C 강도정수의 중간 정도이며, 내부마찰각은 30°∼42°의 범위를 보인다. 연구대상 암반비탈면의 등각분할법 강도정수(A)와 기존 실시 설계 현장에서 연구대상 암반비탈면과 유사한 암반상태(동일 등급 RMR)에 적용한 강도정수(B)와 비교·분석하고, 이 지반정수들로 적용한 비탈면 안정해석(한계평형해석과 유한요소해석) 결과를 통해 제안한 등각분할법의 적용성을 간접적으로 평가하였다. A와 B의 강도정수 차이는 10% 정도이다. 한계평형해석 결과(우기 기준), A적용 안전율(Fs)=14.08∼58.22(평균 32.9), B적용 안전율(Fs)=18.39∼60.04(평균 32.2)이며, 각 동일한 암석종류에 따라 상호 유사하게 나타났다. 유한요소해석 결과, A적용 변위=0.13∼0.65mm(평균 0.27mm), B적용 변위=0.14∼1.07mm(평균 0.37mm)으로 매우 유사하다. H-B 파괴기준을 응용하여 등각분할법으로 산출한 지반 정수를 실무적인 전단강도로 적용할 수 있는 적용성 평가에서 유의미한 결과를 확인할 수 있었다.


Considering the natural phenomenon in which steep slopes (65°~85°) consisting of rock mass remain stable for decades, slopes steeper than 1:0.5 (the standard of slope angle for blast rock) may be applied in geotechnical conditions which are similar to those above at the design and initial construction stages. In the process of analysing the stability of a good to fair continuum rock slope that can be designed as a steep slope, a general method of estimating rock mass strength properties from design practice perspective was required. Practical and genealized engineering methods of determining the properties of a rock mass are important for a good continuum rock slope that can be designed as a steep slope. The Genealized Hoek-Brown (H-B) failure criterion and GSI (Geological Strength Index), which were revised and supplemented by Hoek et al. (2002), were assessed as rock mass characterization systems fully taking into account the effects of discontinuities, and were widely utilized as a method for calculating equivalent Mohr-Coulomb shear strength (balancing the areas) according to stress changes. The concept of calculating equivalent M-C shear strength according to the change of confining stress range was proposed, and on a slope, the equivalent shear strength changes sensitively with changes in the maximum confining stress (σ'3max or normal stress), making it difficult to use it in practical design. In this study, the method of estimating the strength properties (an iso-angle division method) that can be applied universally within the maximum confining stress range for a good to fair continuum rock mass slope is proposed by applying the H-B failure criterion. In order to assess the validity and applicability of the proposed method of estimating the shear strength (A), the rock slope, which is a study object, was selected as the type of rock (igneous, metamorphic, sedimentary) on the steep slope near the existing working design site. It is compared and analyzed with the equivalent M-C shear strength (balancing the areas) proposed by Hoek. The equivalent M-C shear strength of the balancing the areas method and iso-angle division method was estimated using the RocLab program (geotechnical properties calculation software based on the H-B failure criterion (2002)) by using the basic data of the laboratory rock triaxial compression test at the existing working design site and the face mapping of discontinuities on the rock slope of study area. The calculated equivalent M-C shear strength of the balancing the areas method was interlinked to show very large or small cohesion and internal friction angles (generally, greater than 45°). The equivalent M-C shear strength of the iso-angle division is in-between the equivalent M-C shear properties of the balancing the areas, and the internal friction angles show a range of 30° to 42°. We compared and analyzed the shear strength (A) of the iso-angle division method at the study area with the shear strength (B) of the existing working design site with similar or the same grade RMR each other. The application of the proposed iso-angle division method was indirectly evaluated through the results of the stability analysis (limit equilibrium analysis and finite element analysis) applied with these the strength properties. The difference between A and B of the shear strength is about 10%. LEM results (in wet condition) showed that Fs (A) = 14.08∼58.22 (average 32.9) and Fs (B) = 18.39∼60.04 (average 32.2), which were similar in accordance with the same rock types. As a result of FEM, displacement (A) = 0.13∼0.65 mm (average 0.27 mm) and displacement (B) = 0.14∼1.07 mm (average 0.37 mm). Using the GSI and Hoek-Brown failure criterion, the significant result could be identified in the application evaluation. Therefore, the strength properties of rock mass estimated by the iso-angle division method could be applied with practical shear strength.

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2사면 하부지반에 종단 방향으로 굴착한 얕은 터널에서 측벽변형에 따른 터널 주변지반의 거동에 대한 실험적 연구

저자 : 나용수 ( Na Yong Soo ) , 이상덕 ( Lee Sang Duk )

발행기관 : 한국지반공학회 간행물 : 한국지반공학회논문집 35권 5호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 21-30 (10 pages)

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얕은 터널에 대한 연구는 종방향 하중전이와 수평지반에 대한 연구가 주를 이루었으며 사면 하부에 위치한 얕은 터널 주변지반의 거동연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 사면 하부에 위치한 터널의 종방향 굴진에 따른 터널 주변지반의 거동을 규명하기 위해 변위제어방식으로 모형시험을 실시하였다. 모형터널은 폭 320mm, 높이 210mm, 길이 55mm 규격의 강성이 큰 알루미늄 강체로 제작하였고, 모형지반은 3가지 규격의 탄소봉을 혼합하여 균질한 모형지반을 조성하였다. 모형시험은 사면 경사와 토피고를 변수로 측벽변형을 발생시키는 변위제어방식으로 실시하였으며, 터널 벽체의 하중변화, 터널 주변지반의 하중전이와 지표침하 변화를 측정하고 분석하였다. 지표침하의 변화는 경사가 증가할수록 수평지반보다 20~39%의 증가가 나타났다. 터널 천단부 및 측벽부의 하중 변화는 사면 경사가 증가할수록 천단부는 최대 20%가 증가하고, 측벽부는 사면 경사의 영향으로 하중비가 감소하는 것을 확인하였다. 연직하중은 토피고가 1.0D 이하에서는 최대 128%의 하중증가가 나타났지만, 토피고가 1.5D 이상에서는 수평지반과 큰 차이가 나타나지 않았다. 이것으로 사면 경사는 토피고 1.0D에서 가장 큰 영향이 나타나는 것을 확인하였다.


While the study of the shallow tunnel has been mainly on the longitudinal load transfer and horizontal surface conditions, the study of the ground behavior of shallow tunnel under the slope is not sufficient. Therefore, in this study on the ground behavior around a tunnel due to the sidewall deformation of shallow tunnel under the slope that is excavated in longitudinal direction, a scale-down model test has been performed. The model tunnel has the dimension of 320 mm wide, 210 mm high and 55 mm long with enough material strength in aluminum and the model ground has the uniform ground conditions by 3 types of carbon rods. The model test has been performed with the variables of slopes and the cover depths by controlling the tunnel sidewall deformation, and the change of sidewall-load, load transfer, ground subsidence was monitored and analyzed. According to the increase of the slope, the maximum ground subsidence increased by 20~39% compared to the horizontal surface. The load ratio increased by maximum 20% in the tunnel crown and decreased in sidewall according to the surface slope. The load transfer shows maximum 128% of increase at the cover depth of 1.0D, while at the 1.5D cover depth it shows non-critical difference from horizontal surface. The slope has major effects on load transfer at the cover depth of 1.0D.

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3다양한 조건을 고려한 사면안전율에 관한 해석적 연구

저자 : 박춘식 ( Park Choon-sik ) , 안상진 ( Ahn Sang-jin )

발행기관 : 한국지반공학회 간행물 : 한국지반공학회논문집 35권 5호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 31-41 (11 pages)

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본 연구는 다양한 조건에 대한 사면 안정성 검토에 따른 안전율 변화 결과를 활용하여 초기 설계단계에서부터 참고하여 효율적인 설계가 될 수 있는 안전율을 제시하였으며, 사면안전율에 영향을 주는 인자들에 대한 영향성을 검토하였다. 우선 사면 높이 및 사면 기울기에 따라 최소 허용안전율 1.20을 만족하는 지반 전단강도를 제시하였다. 사면높이가 5.0m씩 증가함에 따라 안전율은 0.04씩 감소하는 것으로 나타났고, 사면높이에 따른 안전율은 사면높이 10.0m에 비해 높이가 높아질수록 약 20%, 30%, 40%씩 일정하게 감소하는 경향을 나타내었다. 사면 기울기가 약 0.3씩 완만해질수록 안전율은 0.4 정도씩 증가하는 것으로 나타났고, 사면기울기 증가에 대한 안전율 증가비는 기울기가 완만해질수록 약 10%, 20%, 30% 증가하는 것으로 나타났다. 점착력이 10.0kPa씩 증가할수록 안전율은 약 40%씩 증가하는 것으로 나타났고, 내부마찰각은 5°씩 증가할수록 약 8%씩 증가하는 것으로 나타났다. 또한 사면 높이, 사면기울기, 전단강도에 따른 안전율 변화비는 각 영향인자에 따라 Fs=3.86 H-0.59, Fs=0.43s, Fs=0.04c, Fs=0.02ф의 증가비 관계를 나타내었다. 강우침투 시는 지표면 포화 시의 안전율보다 약 18% 정도 크게 나타났다.


This paper demonstrates safety factor for effective planning at initial stage by utilizing results on changes of safety factor according to various conditions of slop and examines impacts of factors that affect slope safety factors as well. Firstly, it describes shear strength which satisfies minimum allowable safety factor: 1.20 depending on height and slope. As the height increases by 5.0 m, the safety factors decrease by 0.04 while it tends to consistently reduce by approximately 20%, 30% and 40% after height goes to 10.0 m. As slope reduces by about 0.3, the safety factors increases by 0.4, which shows the rate of safety factors on slope grows by about 10%, 20% and 30% on lowering slope. When cohesion goes up by 10.0 kPa the safety factors increases by around 40% respectably while the angle of internal friction grows by 5°, it increases by about 8%. The rate of safety factors is identified as Fs=3.86 H-0.59, Fs=0.43s, Fs=0.04c, Fs=0.02ф depending on height, slope and shear strength. The safety factor with rainfall infiltration tends to increase by 18% compared to the condition of saturated surface on earth.

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4현장 잔존긴장력 평가를 통한 리프트오프 시험 방법 개선

저자 : 송민권 ( Song Minkwon ) , 박성열 ( Park Seong-yeol ) , 이상래 ( Lee Sangrae ) , 조완제 ( Cho Wanjei )

발행기관 : 한국지반공학회 간행물 : 한국지반공학회논문집 35권 5호 발행 연도 : 2019 페이지 : pp. 43-51 (9 pages)

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현재 국내에서는 비탈면의 안정성 확보를 위해 그라운드 앵커공법을 적용하고 있다. 그라운드 앵커는 시간이 지남에 따라 노후화 및 환경적 영향에 의한 부식, 릴렉세이션, 크립 등으로 긴장력 감소현상이 발생하며, 이로 인해 앵커의 긴장력은 설계앵커력 이하로 감소할 가능성을 내포하고 있다. 이에 국내에서는 정기적인 점검 시 또는 이상징후가 발생한 앵커를 대상으로 리프트오프 시험을 수행하여 앵커의 잔존긴장력을 확인하고 있으나, 현재 국내 리프트오프 시험기준(국토해양부, 2010)은 수행 및 평가방법이 자세히 명시되어 있지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 선행연구들을 바탕으로 하중 재하·제하 사이클, 하중 증분방법, 긴장재 긴장 방법 등을 고려하여 리프트오프 시험을 수행하였으며 현장에서의 시공성과 시간적 제한을 고려하여 효율적인 리프트오프 시험 및 평가방법 개선안을 제시하였다.


At present, the ground anchor method is commonly applied to securing the slope stability in Korea. The ground anchor is reported to decrease in tensile load due to aging and environmental influences with time such as corrosion, relaxation, creep and so on. In Korea, the lift-off test is performed for the periodic inspection or cases when the symptoms of deterioration on anchors and the residual tensile load of the anchors is checked. However, the current lift-off test standard (MOLIT, 2010) is not fully specified in details. In this study, the factors affecting the lift-off test were investigated based on the previous research and foreign standards and lift-off tests were performed with consideration for the loading and unloading cycle, load increment method, and tensioning tendon method. Based on the results, this paper proposes improved testing and evaluation procedures of the lift-off test considering the workability and time limits in the field.

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