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

산사태 예측을 위하여 불포화토 거동을 고려한 비탈면 안정성 평가를 수행하였다. 태풍 힌남노시 집중강우로 인한 실제 산사태 현장에서 시료를 채취하였다. 팽창성 불교란 시료와 팽창이전 상태에 대한 재성형시료에 대하여 증발법을 기반으로 함수특성시험을 수행하였다. 이러한 수리-역학적 특성을 고려하여 2차원 침투해석 및 안정해석을 수행하였다. 그 결과, 두 시료는 해석 결과에서 뚜렷한 차이를 보였으며 팽창성 불교란시료의 거동이 실제 비탈면 파괴를 잘 예측할 수 있었다.

국내 항타 말뚝기초의 경우 대부분 풍화암 이상의 단단한 지층에 선단 지지되는 경우가 대부분이며, 서남해 지역의 연약지반이 깊게 발달한 일부에서 마찰 말뚝(friction pile)이 사용되었으나 시공관리의 불확실성으로 제한적으로 적용되고 그 사례가 많지 않다. 또한 시공과 관련하여 국내의 경우 소음 및 진동 등의 민원문제로 매입 시공이 주를 이루고 있으나, 퇴적지반이 깊은 동남아 국가(캄보디아, 미얀마, 베트남 등) 등에서는 경제성 확보를 위해 항타 시공을 통한 말뚝 시공 비율이 높으며, 그에 따른 시공 및 현장관리 경험이 많이 축적되어 있다. 현재 국내 많은 건설 기업들이 동남아 등 해외 시장 진출 사례가 크게 증가함에 따라, 해당국가에서의 경쟁력 확보를 위해서는 항타시공을 이용한 마찰지지 말뚝 시공사례에 따른 문제점들을 파악하고 현장관리 역량을 강화해야 할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 베트남 중부 연안의 대심도 점토지반에 항타 시공된 마찰지지 강관 말뚝의 동적/정적 재하시험 결과의 비교분석과 이를 토대로 수정된 항타공식을 이용한 강관 말뚝의 시공관리 방안을 제안하였다.

구조물의 상태를 파악하기 위한 균열조사는 정밀안전 진단에 필수적인 검사 항목이다. 그러나 육안으로 이루어지는 균열조사 방식은 현장 상황의 변화에 따라 주관적으로 수행될 수 있다. 이러한 육안검사의 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는, ResNet, FPN, Mask R-CNN을 백본(Backbone), 넥(Neck), 헤드(head)로 구성한 합성곱 신경망을 바탕으로, 이미지 데이터에서의 콘크리트 균열 탐지를 자동화하고. 그 성능을 IoU 값을 바탕으로 분석하였다. 해석에 사용된 데이터는 총 1,203개의 이미지 데이터로 구성하였으며, 이 중 70%를 훈련(Training)에, 20%를 검증(Validation)에, 그리고 10%의 데이터를 시험(Testing)에 사용하였다. 시험 결과의 평균 IoU값은 95.83%로 산정되었고, 또한 이미지 내 균열이 전혀 탐지되지 않는 경우는 존재하지 않아, 본 연구에 가정한 모델이 콘크리트의 균열 탐지를 성공적으로 수행하는 것을 확인하였다.

건설된 지반구조물을 안전하게 유지하기 위해 정기적인 모니터링은 매우 중요하다. 현재 유지관리를 위해 센서를 기반으로 하는 가속도, 변위계, 이미지를 기반으로 하는 레이저 혹은 드론 영상 촬영 등 지반구조물에 영향을 최소화할 수 있는 비파괴방식이 활용되고 있다. 해당 기술들은 표면의 변화를 관찰할 수 있지만, 내부 물성값 변화 파악에는 어려움이 있다. 지반구조물의 내부 물성값 변화를 모니터링하기 위해 현장 지반조사법이 도입될 수 있으며, 이를 위해 활용될 수 있는 비파괴시험에는 지오폰을 활용한 Spectral-Anlysis-of-Surface-Wave(SASW) 시험이 있다. SASW 시험은 비파괴시험이지만, 데이터 해석에 드는 시간과 분석에 어려움으로 인해 잦은 관찰을 요구하는 유지관리 모니터링의 용도로 활용이 어렵다. 하지만, 전단파 속도를 도출하는 복잡한 SASW 최종 해석이 아닌 분산곡선을 도출하는 1단계 해석만으로도 모니터링에 적용할 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 SASW 시험을 모니터링에 활용하기 위해 분산곡선 도출에 필요한 위상각차 데이터에 관한 기초 연구를 수행하였다. 위상각차 구간별 신뢰도에 대해 검토하여 데이터 모니터링에 활용이 가능한 범위에 관하여 확인하였다. 이를 위해 단일 층으로 구성된 균질한 지반 현장에서 지오폰을 활용하여 계측한 위상각차 데이터들을 활용하였다. 본 연구를 통해 활용할 수 있는 위상각차 데이터 구간을 파악해 모니터링의 활용성을 높일 것으로 기대된다.

잔탄검 바이오폴리머는 대표적인 친환경 지반안정제로서, 넓은 범위의 온도와 pH에서 높은 안정성을 보이는 장점이 있다. 사질토 지반에 대한 잔탄검 바이오폴리머 적용 시 흙 입자 결합력 증대효과는 잔탄검 매트릭스의 건조과정에 의존하므로, 잔탄검 바이오폴리머 수용액의 건조과정에 따른 사질토 전단강성 증대효과에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 잔탄검 바이오폴리머 주입에 의한 사질토의 전단강성 개선효과를 평가하고자, 농도가 다른 잔탄검 바이오폴리머 수용액을 주입한 주문진 표준사에 대하여 건조 경과에 따른 전단파속도를 측정하였으며, 건조도의 정량적 평가를 위하여 전기비저항 측정이 병행되었다. 건조시간 경과에 따라 전단파속도 및 전기비저항 모두 증가하는 양상을 보였으며, 이를 통하여 건조과정에 따른 바이오폴리머 혼합토의 전단강성 증대효과를 확인하였다. 또한, 바이오폴리머 농도에 따른 전단파속도 측정 결과, 초기 농도가 높을수록 건조과정에 따라 높은 전단강성 증대효과를 나타내었다. 본 연구의 결과는 바이오폴리머 수용액 주입에 의한 사질토 지반의 전단강성 개량효과 예측에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 여러 영향 인자들이 사질토의 액상화로 인한 침하에 미치는 영향을 확인하기 위해 변형률 제어 조건 하에서 반복단순직접전단시험을 수행하였다. 누적 전단 변형률, 상대밀도, 반복 하중의 형태, 시료 준비 방법 등의 다양한 인자들을 선정하였으며, 지진 하중이 발생하였을 때 인자들이 지반 침하에 미치는 영향을 분석하였다. 시험 결과, 누적 전단 변형률이 낮고 상대밀도가 높은 시료에서 더 작은 부피 변형이 발생하였다. 추가적으로 반복 하중의 진폭은 부피 변형에 영향을 미쳤으나, 주파수는 시료의 부피 변형에 영향을 미치지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 시료 준비 방법에 따라서도 액상화에 따른 침하가 다른 양상을 보인다는 사실을 확인하였으며, 이와 같은 결과들은 향후 액상화로 인한 침하 예측을 수행할 때 기초 연구로써 의미가 있을 것으로 기대된다.

도로 하부의 노후하 된 매설물이 손상되면 공동 및 지반 함몰 등의 재해가 발생할 가능성이 있고 이는 사회적인 비용을 발생시킨다. 본 연구의 목적은 적외선 카메라를 활용하여 공동 위치에 따른 열적 특성을 평가하고 CNN 알고리즘으로 각 공동 위치에 적합한 분류를 수행하고자 하였다. 가로×세로×깊이가 400cm×50cm×40cm인 대상 부지에서 PVC pipe를 상부, 중부 그리고 하부에 매설하여 공동을 조성하였다. 실험부지의 상부에는 포장층을 모사하기 위하여 콘크리트 블록을 설치하였고, 오후 4시부터 다음날 12시까지 측정이 진행되었다. 적외선 카메라로 측정된 초기 온도는 각각 43.7°C, 43.8°C 그리고 41.9°C로 관측되었고, 측정값은 대기온도 변화가 반영되었다. CNN 알고리즘으로 분류를 진행하기 위해서는 이미지 데이터가 필요하며, 해당 연구에서는 RP 알고리즘을 통해 수치데이터를 이미지로 변환하였다. RP 알고리즘은 4가지 방법을 활용하여 이미지를 생성하였고, 각각의 이미지는 10,000×10,000, 2,000×2,000, 1,000×1,000 그리고 100×100 픽셀로 구성된다. CNN 학습 정확도는 각각 99%, 97%, 98% 그리고 96%로 매우 높게 나타났다. 제안된 방법의 신뢰성은 수치데이터의 정확도와 비교하였으며, 신뢰성이 약 20% 이상 향상된 결과가 나타났다. 이와 같은 결과는 RP 알고리즘으로 전환된 데이터가 적외선 측정된 값의 신뢰성 있는 결과 제공이 가능함을 시사한다.

시멘트계열 재료를 이용한 지반보강 시 처리지반의 안정적 이용을 위하여 해당 재료의 양생과정 평가가 요구된다. 본 연구에서는 전자기적 물성 기반 시멘트 그라우트의 양생과정 평가를 위하여 시계열반사계(TDR) 측정시스템을 적용하였다. 시멘트 그라우트의 높은 전도성으로 인한 프로브 내 전극간 전기적 연결을 방지하기 위하여 코팅 프로브를 제작하였으며, 코팅 프로브로부터 실제 비유전율 평가를 위한 보정실험이 수행되었다. 코팅 프로브가 적용된 TDR 측정시스템으로부터 시멘트 그라우트의 양생과정을 평가하고자 지연제가 첨가된 물시멘트비 45%의 초속경시멘트 그라우트가 준비되었으며, 몰드 내 타설 직후 예비측정 및 배합 후 3~288시간 경과 시점에서 TDR 신호를 수집, 비유전율을 평가하였다. 실험 결과, 타설 직후의 시멘트 그라우트는 100 이상의 높은 비유전율 상태를 나타내었으나 양생 시간이 경과함에 따라 급격한 감소 경향을 보였으며, 양생 144시간 시점부터의 비유전율은 약 13.8로 수렴하여 해당 시간을 양생 완료시점으로 판단하였다. 본 연구에서 이용된 코팅 프로브 TDR 측정시스템은 전도성 재료에 대한 적용성과 더불어 전자기적 물성 기반 시멘트계열 지반보강재 양생과정 모니터링에 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

저온 다짐의 경우 간극수 동결이 발생되어 상온에서의 다짐 특성과 상이한 양상이 발생된다. 특히, 캐나다 알버타주와 같이 유기질토가 많이 분포되어 있는 지역에서는 보수성과 압축성이 크고 동결·융해에 민감한 유기질토의 특성에 따라 유기물 함량이 다짐 성능에 주요한 영향을 미친다. 알버타주는 환경규제로 인하여 굴착토를 활용하여 되메움을 수행해야 하며 고위도에 위치하는 지리적인 특성으로 동절기가 길어 건설공사를 진행하기에 불리한 조건을 가지고 있다. 본 논문에서는 유기질토의 유기질 함량에 따른 저온 다짐 특성을 평가하기 위하여 실내 다짐시험을 수행하였다. 실험 결과, 유기질 함량이 증가할수록 최적함수비가 증가하였고 최대건조단위중량이 최대 21.9% 만큼 감소되었다. 또한, -4°C 이하의 온도조건에서는 최적함수비가 나타나지 않고 함수비가 증가할수록 건조단위중량이 감소하는 것으로 분석되었다.

터널 공사중 발생 가능한 쐐기블록(Key block)을 막장관찰 중 인지하여 전방으로 형성되는 쐐기블록을 예상하고, 안전율을 확인할 수 있는 시스템을 개발하였다. 막장관찰시, 레이저 스캐너를 이용하여 암반면의 3차원 점군을 수집하고, 이를 근거로 굴착면을 형상화한 후, 암반 절리면을 도출한다. 절리면은 주향과 경사각을 가지고 있으므로, 절리면들의 조합을 통해 형성되는 쐐기블록을 반복 계산을 통해 도출하고, 각 쐐기블록의 안전율을 계산한다. 모형실험을 통해 시스템의 절리면 특성 산출의 정확성을 확인하였고, 절리면 정보를 입력하여 계산되는 기존 상용 소프트웨어의 결과값과 비교하여 개발 프로그램이 오차 1%이내로 계산 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.