원주공동확장이론
(팽창, 전단, 교란 영역별, 항타말뚝 기준)
-       깊은기초 지지력
-       공내재하시험 해석
-       앵커의 파단저항
-       보강토옹벽

-       소성영역과 탄성영역의 설정
-       원주공동에 균등분포내압 q를 가하여 압력을 증가시키면, 내압 qL이 극한에 도달할 때까지 소성영역이 확장됨.
-       Mohr-Coulomb 항복조건
-       강성지수, 평균주응력 고려. 무차원 원주공동확장계수 고려.
-       지반변형속도를 고려하지 않는다. (단순 탄소성모델) -> 점탄성모델을 통해 토압산정 가능.

연성관의 주변지반 해석에도 사용할 수 있는 원리.

Prandtle 지지력, 파괴이론
-       한계평형법에 근간
-       기초와 지반 사이 접촉면에는 마찰이 없는 것으로 가정.
-       파괴면에 작용하는 전단강도를 t=c+ptanpi 로 하여 극한지지력 유도 (Mohr-Coulomb 이론 base)

-       여기서 발전하여 Terzaghi 지지력 공식 제안
-       Terzaghi : 기초와 지반사이 마찰력 고려, Df 고려. 기초저면에서 지표면까지의 파괴 무시. 삼각형 쐐기의 각 차이 pi, 45+pi/2. 지나친 안전측
-       파괴면 형상은 동일.

지하구조물의 진동특성
-       지상구조물 : 질량, 강성 (고유진동수) 및 감쇄특성에 의해 거동이 달라짐.
-       지중에 있기 때문에 지반운동을 순응하기 때문에 증폭현상이 발생하지 않는다.
-       발산감쇠 (Radiation Damping) 이 크다.
-       재료감쇠 (Material Damping) 과 함께 이중감쇠가 일어남.

재료감쇠 (vs 기하학적 감쇠)
-       고체상태의 물체가 외력에 의해 변형 시 일부 에너지가 저장되는 현상.
-       감쇠력 = 감쇠계수 x 상대속도
-       미소변형률에서는 작지만, 변형이 클수록 커짐.
-       이력곡선을 통해 전단탄성계수 확보 필요.

OCR 이 커지면 응력경로 상, 초기에는 체적 팽창 경향이 있다가 체적 감소 경향을 보인다.

조밀 사질토의 경우 Dilatancy 현상에서처럼 시험 중 하중 재하 단계에서 축변형률이 커질 수록 체적 팽창의 형상을 보이는 것처럼
OC (OCR>2) 상태에서는 이런 모습을 보인다고 할 수 있다.
구속압이 작을수록 체적 팽창은 커진다.

기본적인 Dilatancy 의 모습.


전단시험에서의 Dilatancy 보정 (다일러턴시)
흙의 팽창에 따라 발생된 두께차이 x 수직응력 = 전단응력 x 수평변위
이에 따른 전단응력을 계산하고 그를 제외하고 전단응력을 계산하면 다일러턴시를 제외한 시험결과가 얻어지며,
그에 맞는 c, pi 를 구할 수 있다.

붕락사고를 방지하고, 공기 단축 및 굴진율을 늘리기 위해 Shield TBM 공법이 많이 적용됨.
(지하철 5호선 NATM 붕락 등의 사례)
저소음, 무진동으로 Shield TBM 에 대한 요구가 커짐. (천층 터널, 토피고 1.0D 이상확보는 필요. 굴진율 5~10m/day)

지표침하의 종류 : 선행침하, 막장전 침하, 테일침하, Tail Void, 후속침하
침하의 손실량 측정 : 체적손실(Ground Loss) 0.5 ~ 2.0% 정도. Dilatancy 에 따라 줄고, 늘고 할 수 있음.

1.     Gap Parameter (수치해석법)
-       지표침하 발생량 추정 방법. (경험식으로 개략적인 범위와 경향을 예측할 수도 있음.)
-       Tunnel Crown 의 수직변위. 연약토사의 붕락여부를 확인하기 위함.
-       탄소성 변형을 통해 굴진장비, Lining 두께 등을 결정할 수 있는 기준이 됨. (지표침하의 원인, 초기응력 변화 추정 가능)

공간 : 설계단면 + 라이닝을 위한 여유 공간 + 라이닝 + Tail Piece 를 위한 여유 공간
Tunnel Shield Picthing 에 따른 Tilting 으로 변형 발생.
지보재 설치 전 비구속 변형에 따른 처짐을 측정.
변위제어모델 (Displacement Control Model)을 이용하여 지표침하량 추정 (2차원 수치해석)

지표 침하 : 얕은 토피고, 지반 불량, 진행성 파괴, 인접구조물
- 단기침하 : 응력해방
- 라이닝 변형 : 외력 및 수압에 의해 세그먼트 변형량 발생
- 지하수위 저하에 따른 압밀, 체적감소에 의한 침하

2.     Tail Void
굴착 진행 중 Tail 부에서 지보나 Segment/Grouting 설치 전 발생하는 공간 (굴착면과 세그먼트 사이)
여굴에 의한 원인, 막장면 손실 및 변형이 이어지는 것에 대한 원인
G = G tail void + 굴진면 변형 손실에 따른 움직임 + 굴진 방향에 따른 손실
G Tail Void 는 감소계수를 통해 조정 가능.
충전 필요.

3.     대책
A.     굴진제어 시스템에 의한 모니터링으로 최소화
B.      막장압 제어 관리
C.      모든 Gap Parameter 가 지표침하로 이어지는 것은 아니므로, 정확한 수치해석이 필요.



싱글 쉴드 TBM (Single Shield)
-       굴진면에 대한 지보시스템이 없는 전면 개방형 (Gripper, Segmental) 전단면 굴착

Segmental Shield 는 Gripper 가 없어 굴진과 Segment 설치가 동시에 불가능함.
-       Open TBM 에 shield erector 등이 추가된 모습
-       연약지반 안되고, 막장부 자립이 가능해야 함.
-       Double Shield (더블 쉴드)와의 차이
* Shield 가 여러개로 나눠지지 않는다.
* 유지관리가 간단하다.
* 후퇴공간이 필요없다.

세그먼트 안정성 검토

버력량 관리시스템

쓰는 사람마다 약간씩 달라서 헷갈리기는 하지만,

변형계수 (Ed) : 비탄성일 때(비선형)의 정형화한 응력/변형률 계수 (E50 or 할선계수)

탄성계수 (E) : 탄성관계의 그래프 안에서 정해지는 탄성계수. 응력을 변형률로 나눈. (직선으로 가정 or 접선계수)

탄성계수 = 변형계수 x 1.5~2.5. 지반 초기의 릴랙세이션 때문

방법 : PMT (프레셔미터 테스트, Pressuremeter Test) 를 통해 둘다 구할 수 있음, N치를 이용한 경험적 변환

반복작용에 따른 변형계수와 탄성계수의 차이 표현
(ASTM D4719 에서는 Ep Er 로 나와있음.)

(K=1~3)
이유 : Pre-boring 에 따른 교란 때문에 필요. (poisson 은 이미 들어가 있음.)

Prebored type 이 있고,
SBPMT(Self boring type) 이 있음.

지반반력계수 : 단위면적당 저항력과 변위와의 관계. 재료의 물성치라기보다는 경계조건의 이해. 재하판이나 재하 조건에 따라 달라짐.
-       수평 : 공내재하시험 (PMT). 실제 수치해석을 하는 경우 변위에 따른 토압의 변화나 굴착저부 영향에 따른 지반반력계수 감소계수가 적용될 필요가 있다.
-       수직 : 평판재하시험 (PBT)

수치해석
-       탄소성법 : SUNEX 5.74 역해석을 통한 지반반력계수 산정. (Trial and Error, 수평변위오차 최소화)
-       유한요소해석법 : PLAXIS 8.2. 현장 계측과 유사한 결과 도출 가능.

1.     하중계 계측결과에 따라 앵커의 하중 증가로 인한 검토
절토사면 안전율 : 1.5
해석 Program : Bishop 안정해석, Talren 97
대책 : 추가 앵커 설치

2.     리핑암 1:0.7, 발파암 1:0.5 사면의 검토
불연속면의 풍화정도 확인 (FM)
DIPS program을 통한 평사투영해석(평면파괴, 쐐기파괴 예상), Talren 에 의한 사면 안정해석
경사완화, 앵커설치, 비탈면 배수공, 표면식생처리

3.     붕적층 존재하는 사면
BIPS(붕적층 파괴심도 확인), TCR/RQD 의 한계성, FM 에 따른 인장균열 발견
예상활동면 예측 (지하수위의 변동 고려)
치환 or Rock Anchor

4.     임시대책 : 비닐포장막 포설, 임시 가드레일, 모래포대 설치

5.     그라운드 앵커의 유지관리 : 두부 피복 변형, 정착부/긴장재 변형, 긴장력 변화, 지하수 용출여부
계측 : 공내경사계, 신축계, 변형계, 지하수위계, 지반경사계 등

6.     시특법에 따른 2종 시설물 (50m 이상 높이, 200m 이상 길이 비탈면) : 정밀안전진단 세부지침 준수 필요.

7.     급경사지 재해 예방에 관한 법률 : 붕괴 가능성에 따라 재해위험도평가/주민의견수렴

8.     계측에 의한 관리 : 유지관리 시 연 4~10회. 변위 속도 기준에 따라 관리 필요.

Bioventing : Blower/pump 의 High Pressure 를 이용하여 오염 토사 내부에 공기를 삽입하여, VOC (Volatile Organic Compounds, 휘발성 유기 화합물) 의 지하수 오염등을 제거함. 호기성 세균과 함께 불어진 공기는 Hydrocarbon 을 분해하고, 호기성이기 때문에 산소의 지속적인 투입이 필요하다.

분해법 (Biodegradation) : 영양분과 미생물을 오염토양 내 순환. 미생물의 활성을 자극시켜 분해를 증대.

경작법 (Biofarming) : 정기적으로 갈아엎어서 산소를 공급.

Biosparging, Air Sparging : Biodegradation 을 촉진시키기 위해 well 을 통해 Oxygen(또는 촉진제) 을 공급(Injection)하는 방법. (Saturated zone 에 Injection) 효과적이고, 진환경적이며, 저렴. 개량 효과에 대한 검증은 의문. 미생물의 활동을 촉진시킴.

토양증기추출법(SVE) : Soil Vapor Extraction. 흡입(Extraction Well)을 통한 VOCs 제거. Vapor Treatment 를 통해 처리. 불포화층에서 더 흡입이 잘 됨.


결정요인 : 오염 위치, 깊이, 토질정보 와 경제성
설치비 + 유지비 추가적인 소모성 자재비를 함께 고려하여야 함.

생물학적 방법의 경우 2차적인 오염이나 적체물이 없어 환경적으로 안전하나 기간과 확실성에 대한 우려가 있을 수 있음.

Biochar (버려진 폐자원)
바이오매스가 열분해되어 흡착능력을 가짐.
고효율 이산화탄소 흡착
온실가스 저감, 토양환경정화
친환경에너지 생산.
다공성 물질로 포집효율이 높다.

Biomass (버려진 유기물)
음식물 쓰레기나 가축 분뇨
열을 가하면, 연소가 되지 않고 분해가 됨.
분해되면서 탄소의 형태가 되어 배출되나
배출된 만큼 흡착이 가능하여 탄소중립 달성 가능.

동결차수공법 : 폐기물 매립지 및 오염지역의 차폐, 오염물질 흐름제어

단관이론, 평판이론

동결관 주변 동결토 형성 -> 동심원모양의 동결토주 -> 동결토벽체

포화도가 클수록 차수벽 형성 속도가 빠름.

모사실험 필요. (실내시험, 수치해석)
D/B화 필요.

액성지수 (LI) = w-PL / PI 흙의 유동가능 정도를 표현

LI = 1 : 정규압밀 (점토의 이력)
LI>1 : 액성한계보다 큰 함수비. 예민한 상태
LI<1 : 소성의 영역
LI=0 : 과압밀 (e-LogP 곡선과 연결)
L<0 : 극히 과압밀

연경지수 (CI) = LL-w / PI 흙의 안정성, 점토의 응력이력
CI=1 : 비예민
CI=0 에 가까워짐 : 액성에 가까워짐. 예민해짐
C<0 : 액체상태

LI+CI=1

다짐시 주변지반의 상향 부풀음
-       원지반교란 초래
-       추가적인 잔류침하 잔존
-       상부배수층 배수기능저하
-       상부층 강도정수 저하 (교란)

GCP (SCP 보다 자재 수급 문제로 더 활용되고 있음.)
-       Bulging Failure (지지층 도달 후)
-       Shear Failure (짧은 말뚝의 전반전단파괴)
-       Punching Failure (견고하지 않은 지지층)

융기량 경험식
-       융기율 = V(융기량)/Vs(모래투입량)
-       융기고 = 40% 1m (10m GCP 기준), 60% 2.5m
-       시공사례를 통한 다중 회귀분석
-       치환율, 말뚝길이, 원지반의 전단강도와 연관됨.
-       치환율(모래말뚝의 면적비)이 크면 융기량이 커지고, 길이가 길어지면 융기량이 적어짐.

경험식은 공사 계획용으로 사용하고,
실제 시공 시 검증을 통해 D/B 화 하며, 계측을 통한 (GPR) 융기량을 점검할 필요가 있음.
(주변 지반의 영향여부 평가)