Journal of the Korean Geosynthetics Society ISSN:2508-2876(Print) 2287-9528(Online) 한국지반신소재학회 논문집

본 연구에서는 폐기물매립지 내 사면에 대한 보강을 위하여 압성토 공법을 적용하고자 하였다. 연구대상지역의 동적거동을 확인하고자 1g 진동대를 이용한 지반의 거동을 확인하고자 하였다. 1g 진동대를 활용한 깊이별 PGA(Peak Ground Acceleration) 분석결과, 보강 전 하부에서 상부로의 PGA 증폭율은 첫 번째 열에서 27.74%, 두 번째 열에서 33.76%, 세 번째 열에서 36.23% 증폭하였다. 압성토 10m 보강시 첫 번째 열의 증폭율이 27.74%, 두 번째 열은 32.96%, 세 번째 열은 27.21%로 감소하였다. 압성토 15m 보강시 첫 번째 열에서는 22.91%, 두 번째 열에서는 31.07%, 세 번째 열에서는 19.06%의 증폭율을 확인하였다. 이러한 결과는 10m와 15m 보강시 보강하지 않았을 때보다 지진파의 증폭율이 낮게 나타나며, 특히 15m 보강 시에는 10m를 보강했을 때보다도 지진파의 증폭이 더욱 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이는 성토재를 이용한 보강이 지진파 증폭을 더욱 효과적으로 감소시켜 지반구조물의 안전성을 향상시킨다고 판단된다.

무시멘트 기반 숏크리트는 포틀랜드 시멘트를 대체할 수 있는 경제적이고 친환경적인 기술이 될 수 있다. 그러나 무시멘트 기반 숏크리트는 수화반응을 위한 활성제를 사용하기 때문에 원료의 화학적 조성, 활성제의 종류, 활성제의 첨가량에 따라 성질이 달라질 수 있다. 또한, 산업 부산물을 사용하기 때문에 품질이 균일하지 않으면 다루기가 쉽지 않다. 본 논문에서는 구조 강도를 가지지 않는 절토사면에 사용하기 위한 저강도 재료로써 무시멘트 숏크리트의 적용 가능성을 평가하기 위해 혼합 실험을 통한 숏크리트의 강도 평가를 수행하였다. 고로슬래그, 플라이애시, 실리카 흄을 바인더로 조합하여 바인더 조합에 따른 강도 특성 결과를 제시하였다. 바인더 조합(4:4:2)은 초기 강도 발현에 한계가 있었으나, 조합(7:2:1)은 초기 강도가 비탈면 콘크리트 품질기준을 만족하는 것을 확인하였다.

본 연구는 산사태 위험도를 체계적으로 평가하고 효과적인 예방 및 관리 전략을 수립하기 위해 델파이 기법을 활용하여 산사태 발생에 영향을 미치는 주요 요인들을 식별하고 그 중요도를 평가하였다. 델파이 기법을 통해 3차에 걸친 전문가 집단의 합의를 통해 총 18개의 주요 인자가 선정되었으며, 이들은 지형적, 지질학적, 수문학적, 기상학적, 인위적 요인으로 분류되었다. 경사도, 지형 형태, 지하수위, 강우량 등은 산사태 발생 가능성을 높이는 핵심 요인으로 분석되었으며, 특히 지형 및 지질학적 요인과 기상 요인이 산사태 발생에 중요한 역할을 하는 것으로 확인되었다. 또한, 인위적 요인 중 토지 이용 변화, 산림 벌채, 인공구조물의 설치가 산사태 위험을 증대시키는 주요 요인으로 나타났다. 본 연구는 산사태 위험도 평가를 위한 종합적이고 신뢰성 있는 기초 자료를 제공함으로써, 산사태 발생 가능성을 예측하고 이에 대한 예방 및 대응 전략을 설계하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. 향후 연구에서는 본 연구에서 도출된 영향인자를 기반으로 한 산사태 위험도 예측 모델을 개발하고, 모델의 정확성과 실효성을 검증하는 것이 필요하다. 더불어, 인자들 간의 상호작용과 복합적인 영향을 고려한 심층 분석을 통해 보다 정교한 위험 예측과 맞춤형 대응 전략을 마련할 수 있을 것이다.

최근 탄소중립 및 친환경 기술요구가 증대됨에 따라 우리나라 또한 관련 기술 수요가 높아지고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 폐기량이 많은 CFBC 보일러의 고칼슘 플라이애시를 사용하여 무기결합재를 개발하였으며, 재료특성 및 현장 적용성 평가를 통해 그 활용성을 평가하였다. 개발된 무기결합재는 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)와 슬래그 분말(SP), 고칼슘 플라이애시(CF)가 혼합된 것으로서, 시멘트 사용량은 70% 줄이고 고칼슘 플라이애시(CF)가 전체의 20%를 차지한다. 무기결합재의 화학성분은 OPC와 유사하며, 분말도, 오토클레이브 팽창도, 응결시간 등 시멘트 대체재로서의 KS 기준을 모두 만족하였다. 환경영향평가 결과 환경에도 무해한 것으로 확인되었다. 또한 현장 시험시공 결과 일반적인 지반혼합공법의 요구 강도를 만족하였고, 현장투수시험 결과 차수용 그라우트의 요구 수준도 만족하는 것으로 나타났다. 따라서, 개발된 산업부산물 활용 무기결합재는 지반혼합처리용 고화재로서 활용할 수 있음이 확인되었다.

최근에 구조물-흙의 마찰 이방성을 이용한 생물학적 모방 기술(bio-inspired technology)이 크게 주목 받고 있다. 특히, 새로운 말뚝 형태는 말뚝의 주면 마찰을 증가시킬 뿐만 아니라, 기존에 지반 처리 및 개량에서 주로 사용된 시멘트를 줄이므로 크게 각광을 받고 있다. 기존 연구에서는 경계면 직접전단 시험과 콘 관입 실험을 통하여, 경계면 전단 저항의 증가를 정량적으로 확인하였다. 하지만, 돌출부를 갖는 말뚝과 주변 흙 사이에서 발생하는 주면 마찰력 거동 특성을 분석하기 위한 기존의 유한 요소 해석 기법은 한계가 있다. 본 연구에서는 표면 돌출부를 갖는 콘 관입 과정을 모사하기 위하여 ABAQUS에 내장된 대변형 해석 기법인 Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL) 기법을 사용하여, 표면 돌출부의 기하학적 형상에 따른 콘 관입 하중 변화에 대한 수치해석 연구를 수행하였다. 우선, 콘과 콘 주변 메쉬에서 발생하는 수치 해석 오차를 최소화하기 위해서, 콘과 주변 지반에 3차원 일반화된 메쉬를 제안하였다. 7개의 다른 콘과 2개 관입 방향조건으로 총 13 케이스에 대해서 수치 해석을 수행하였다. 해석 결과는 동일한 관입 하중에서 돌출부 높이가 높을수록, 돌출부 길이가 좁을수록, 그리고 돌출부 높이가 감소하는 방향으로 콘 관입량이 적게 발생하였다.

본 연구에서는 반응성 라이너의 TPH(Total Petroleum Hydrocarbons) 차단 효과를 평가하기 위하여, 지중의 TPH 유출을 모사한 모형실험을 수행하였다. 모형실험은 지반 및 TPH 유출 위치를 고려하였고, 반응성 라이너의 차단 효과는 지하수 유동에 의한 시간 경과에 따른 지반의 투수계수 변화로 평가하였다. 그 결과, TPH 유출 조건이 동일할 때, 세립토 함유 여부에 관계없이 시간 경과에 따른 지반의 투수계수는 감소하였고, 세립토가 함유된 지반의 투수계수가 더욱 낮은 것을 확인하였다. 그러나 TPH 유출 후 지하수 유동 시간이 24시간일 때, 유출 위치가 라이너에 가깝고 모래지반인 경우에서만 TPH 반응에 의한 라이너의 불투수성 조건(10^-6cm/s)이 명확하게 발현되었다. TPH 유출 거리가 라이너의 차단 효과에 미치는 영향을 평가한 결과, 지반 조건에 따른 차이는 있지만, 라이너로부터 0.50D 이내에서 유출되는 경우만 24시간 내에 라이너의 차단 효과를 기대할 수 있었다.

본 연구에서는 하천 보강으로 주로 사용되는 스톤네트의 플레이트 앵커핀 인발에 따른 거동을 분석하기 위해 앵커핀의 길이와 플레이트 판의 크기에 따른 인발하중과 지반 거동을 현장 시험을 통해 고찰하고, 기존 이론식과 비교·분석을 수행하였다. 현장시험 결과 최대 인발하중의 크기는 앵커핀의 길이 및 플레이트 판의 면적과 비례하는 것으로 나타났으며 이론식과의 비교 분석 결과 현장시험에 따른 극한인발하중은 설치심도 및 플레이트 폭의 변화에 따라 Meyhof and Adams 이론식과 Down and Chieurzzi 이론식과 비슷한 경향성을 나타냄을 확인하였다. 본 연구를 기반으로 지속적인 연구 및 다양한 지반조건에서의 현장 시험을 통해 하천방재시설물의 설계 기술 성능 향상에 기여할 수 있는 기초자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

최근 탄소중립 및 친환경 기술요구가 증대됨에 따라 우리나라 또한 관련 기술 수요가 높아지고 있다. 이러한 기술 수요 변화에 따라 본 연구에서는 산업부산물을 활용한 쏘일네일링 그라우팅용 무기결합재를 개발하고 현장 적용성을 평가하였다. SP(슬래그분말) 및 HCFA(고칼슘 저품위 플라이애시)를 사용하여 2종류의 무기결합재를 개발하였다. 개발된 무기결합재는 시멘트의 70%를 산업부산물로 대체하였으며, 두 종류의 무기결합재 모두 재령 28일 압축강도가 기준강도인 24MPa을 초과하는 것으로 나타나, 그라우트 재료로서의 활용 가능성을 확인하였다. 또한 급결제 사용에 따른 압축강도 측정 결과 모두 28일 압축강도 기준을 상회하였으나, 급결제 사용량이 증가할수록 강도가 감소하는 것으로 나타났다. 해당 결과를 바탕으로 2차례 현장 인발시험을 수행한 결과, 배합시험에 따른 압축강도는 재료에 따라 상당한 차이(34.4 ~ 43.8MPa)가 발생하였음에도 불구하고, 평균 인발하중은 272.33 ~ 278.21kN/ea로 유사한 결과를 나타내었다. 결론적으로, 일련의 실험연구를 통해 본 연구에서 개발한 2종류의 시멘트 경감형 무기결합재는 쏘일네일링 그라우트재로 활용할 수 있음이 확인되었다.

본 연구에서는 도로 건설 계획 단계에서 활용 가능한 데이터를 바탕으로 인공신경망 기법을 통해 건설 비용 예측 모델을 제안하였으며, 최적의 인공신경망 모델 구축을 위해 다양한 입력변수별 예측값과 실제 건설 비용과 상관계수, RMSE 비교를 통해 최적의 건설 비용 예측 모델을 구축하였다. 연구 결과 도로 총연장, 도로의 폭, 설계속도를 활용한 모델이 가장 우수한 성능을 나타냈으며 입력변수가 예측값에 미치는 상대적 중요도를 분석한 결과 설계속도가 60.47%로 가장 크게 나타났고, 도로 총연장의 경우 17.88%로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이는 설계 기준이 복잡할수록 건설비용이 증가하는 특성을 반영한 결과로 판단된다. 복잡 다단한 설계기준이 반영된 장래의 도로 건설 비용 예측에 본 연구를 통해 인공신경망 알고리즘을 이용하여 효율적이고 신뢰성 있는 도로 건설 비용 예측이 가능할 것이라 판단된다.

본 연구는 백두산 화산재를 활용한 친환경 수질정화용 블록 개발을 위한 기초 연구로, 백두산 화산재의 재료 특성에 따른 공학적, 미세구조 분석을 통해 유용 미생물과의 혼합 방법에 따른 수질정화 능력을 분석하였다. 백두산 화산재 블록에 고정된 유용 미생물 DF35는 TSA 배지에서 블록 조각을 흔드는 배양 조건에서 높은 활성도를 유지했으며, 화산재 블록이 생물오염원을 효과적으로 억제하여 수질정화 효과를 충분히 발휘함을 확인하였다. 본 연구를 통해 백두산 분화 시 화산분출물 처리 계획과 다양한 친환경 구조물에 활용될 수 있는 기초 자료를 제공할 것으로 기대되며 추후 현장 조건을 고려한 지속적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.