• Technical Notes

    무인항공기를 이용한 절리사면의 안정성평가 계측장비 개발

    Measurement Equipment Development of Stability Evaluation for Joint Slope using Unmaned Aerial Vehicle

    이현철, 권기문, 문창은, 조영훈

    Hyun Chol Lee, Ki Mun Kwon, Chang Eun Moon, Yeong Hun Jo

    암반사면을 안전하고 효과적으로 해석하기 위해서 암반의 역학적 특성을 면밀하게 조사해야 한다. 하지만 클리노미터를 사용한 절리조사의 한계점으로 인해 이를 보완한 새로운 측정법의 연구가 ...

    In order to interpret rock slope safely and effectively, the mechanical properties of the rock must be carefully investigated. However, due to ...

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    암반사면을 안전하고 효과적으로 해석하기 위해서 암반의 역학적 특성을 면밀하게 조사해야 한다. 하지만 클리노미터를 사용한 절리조사의 한계점으로 인해 이를 보완한 새로운 측정법의 연구가 필요하다. 본 연구에서는 절리방향의 특성을 분석하기 위해 절리의 방향성을 현장에 적용할 수 있는 절리조사 측정장비를 개발하였다. 개발된 측정장비는 해석 소프트웨어와 하드웨어로 구분된다. 하드웨어는 암반 절리 방향성을 측정하는 측정모듈, 측정자료를 전송하는 전송모듈로 구성되었다. 소프트웨어는 측정모듈을 통해 얻은 데이터로부터 절리의 방향성을 분석하기 위해 개발하였으며 Drone Joint Orientation Survey Measurement로 명명하였다. 개발된 측정장비는 접근이 어려운 지역 등 조사자가 측정할 수 없는 경우에 현장적용성이 양호하며 절리의 방향성에 대한 실내시험결과를 효과적으로 분석할 수 있었다.


    In order to interpret rock slope safely and effectively, the mechanical properties of the rock must be carefully investigated. However, due to the limitations of clinometer usage, a new measure of measurement is required to complement these limitations. In this study, a measuring device was developed to analyze the characteristics of joint orientation, and to apply the orientation of joint to the field. The developed measuring equipment is divided into analysis software and hardware. The hardware was composed of a measuring module that measures the joint orientation of rock and a transport module that transmits the measurement data. The software was developed to analyze the orientation of the joint from the data obtained from the measuring module and is named Drone Joint Orientation Survey Measurement. The developed measuring equipment was well field capable if it could not be measured by the inspector, such as in areas where access was difficult, and was capable of effectively analyzing the lab test results for the orientation of the joint.

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    June 2018
  • Technical Notes

    무선센서 네트워크를 이용한 지하광산 내 환경 모니터링과 통신 시스템의 연구 동향 분석 및 고찰

    Review of Environmental Monitoring and Communication System in Underground Mines Using Wireless Sensor Network

    이승준, 박요한, 이학경, 김진

    Seungjun Lee, Yohan Park, Hakkyung Lee, Jin Kim

    지하광산 내 심각한 사고가 전 세계적으로 끊임없이 발생하고 있다. 작업자의 생명과 건강을 확보하고 생산성을 향상시키기 위해서 최근 갱내 무선센서 네트워크 기반 환경 ...

    Severe mine disasters have continued to occur around the world. To ensure worker’s health and safety and enhance the productivity, a number ...

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    지하광산 내 심각한 사고가 전 세계적으로 끊임없이 발생하고 있다. 작업자의 생명과 건강을 확보하고 생산성을 향상시키기 위해서 최근 갱내 무선센서 네트워크 기반 환경 모니터링 및 통신 시스템의 구축을 위한 수많은 연구가 진행되고 있다. 국내에서도 최근 정보통신기술의 도입으로 이러한 시스템의 개발 및 구축 사례가 증가하기 시작했지만 갱내통기를 고려한 환경 모니터링에 대한 국내연구는 미비하다. 본 연구에서는 갱내 무선센서 네트워크의 구축 및 환경 모니터링에 관련한 해외의 다양한 연구 동향을 분석하였고, 특히 환경 모니터링 시스템의 갱내통기와 관련한 7가지 세부 주제에 대하여 고찰하였다. 또한 실시간 모니터링을 수행한 연구의 동향을 통기 네트워크 해석에 활용되는 상용 소프트웨어 별로 정리하여 고찰하였다. 본 연구를 통해 국내광산에 적용하기 위해 추후 연구가 필요한 주제와 국내에 적용 중인 갱내환경 기준에 대해 논의하였다. 본 논문은 국내 지하광산 내 무선센서 네트워크 기반의 환경모니터링과 통신 시스템의 구축과 관련한 향후 연구에 도움이 될 것으로 기대된다.


    Severe mine disasters have continued to occur around the world. To ensure worker’s health and safety and enhance the productivity, a number of studies have been conducted for the development of wireless sensor network (WSN), environmental monitoring, and communication system in underground mines. An increase in development and application of these systems has just begun with the introduction of information and communication technology into the mining industry in Korea, and yet there have been only a few studies that considered the underground mine ventilation system. This study presented the literature review on the development of WSN and environmental monitoring in underground mines, and especially, on 7 subjects in terms of underground mine ventilation. Moreover, studies that especially conducted real-time environmental monitoring were reviewed and categorized by each commercial software commonly utilized for the ventilation network analysis. For the application in domestic underground mines, further issues were discussed regarding research subjects that may be needed in the future and domestic environmental standards that has been used in the underground mine operation. This paper is expected to be useful for the development of WSN-based environmental monitoring and communication system, as well as for related studies in the future.

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    June 2018
  • Case Study

    현장 실험을 통한 암반 탄성파 속도와 암반평가 인자 비교

    Comparison of Seismic Velocity and Rock Mass Rating from in situ Measurement

    이강녕, 박연준, 김기석

    Kang Nyeong Lee, Yeon Jun Park, Ki Seog Kim

    이 연구에서는 탄성파 속도를 이용한 암반분류(RMR)의 근거를 정량적으로 확인하기 위해 3공의 시추공 시추자료(지층 경계, RMR 등)와 현장 탄성파 측정 자료들과의 관계를 살펴보았다. ...

    In this study, the relationship between in situ seismic wave velocities and RMR (rock mass rating) was investigated in a test bed ...

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    이 연구에서는 탄성파 속도를 이용한 암반분류(RMR)의 근거를 정량적으로 확인하기 위해 3공의 시추공 시추자료(지층 경계, RMR 등)와 현장 탄성파 측정 자료들과의 관계를 살펴보았다. 현장에서 획득된 탄성파 속도는 심도가 증가함에 따라 단조증가의 경향을 보인다. 각 시추공의 동일 심도에서 RMR, RQD, 절리간격 등의 상호상관성이 관찰되었으나, 탄성파 속도(Vp)는 RQD, 절리간격, UCS, 암편 Vp, RMR 등과 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 반면, 시추공(3공)에서 모든 자료에 대하여 심도를 고려하지 않고 분석하였을 경우 현장 탄성파 속도와 대부분의 RMR 인자들은 상관성이 낮지만(예: 일축압축강도와 절리간격의 결정계수: 각각 0.039와 0.091), RMR과 RQD는 상대적으로 높은 상관관계가 있는 것으로 나타났다(RQD와 RMR의 결정계수: 각각 0.193과 0.211). 이러한 결과는 현장 탄성파 속도로부터 각 심도 지점에서의 개별 인자 값의 유추는 불가능하지만, 암반의 전반적인 물성을 포함하고 있는 RMR의 상관관계를 이용하여 개략적인 지반특성의 파악은 가능하다는 점을 시사한다. 아울러, 널리 이용되는 품셈의 연암-보통암의 경계값이 시추조사를 통해 실제 지반의 연암-보통암 경계값에 비해 속도가 느림이 관찰되는데, 이는 품셈의 기준을 재정립할 필요가 있음을 지시한다.


    In this study, the relationship between in situ seismic wave velocities and RMR (rock mass rating) was investigated in a test bed for the examination of the basis of rock classification (RMR) based on seismic wave velocity. The seismic wave velocity showed a monotonous increase with depth. It was also found that there was no systematic correlation between the seismic wave velocity (Vp) and other parameters (RQD, joint spacing, UCS, rock core Vp, and RMR) collected at the same depth of the same borehole. However, correlative relation was observed among RMR, RQD, and joint spacing. On the other hand, when all the data in the borehole (three holes) are examined without considering the depth, Vp still shows no correlation with RMR parameters (e.g., correlative coefficient for uniaxial compressive strength and joint spacing are 0.039 and 0.091, respectively), but Vp shows weak correlative relation with RMR and RQD (correlative coefficient for RQD and RMR are 0.193 and 0.211, respectively). Thus, it is found that it is difficult to deduce physical properties of rock mass directly from seismic wave velocities, but the seismic wave velocity can be used as a tool to approximate rock mass properties because of weaker correlation between Vp and RMR with RQD. In addition, the velocity value of for soft and moderate rocks suggested by widely used construction standards is slower than that of the observed velocity, implying that the standards need to be examined and revised.

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    June 2018
  • Original Article

    고속 열차 터널의 공기압력 감소를 위한 압력 제어 시스템

    Effect of a Pressure Relief System in a High-speed Railway Tunnel

    서상연, 하희상, 이상필

    Sang Yeon Seo, Heesang Ha, Sang Pil Lee

    고속 열차는 승객과 화물을 대량으로 빠른 시간에 운송할 수 있어 세계 여러 나라에서 고속철도 건설이 증가하고 있다. 열차가 고속으로 주행할 경우 열차의 ...

    High-speed trains have been developed widely in many countries in order to transport large quantity of people and commodities rapidly. When a ...

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    고속 열차는 승객과 화물을 대량으로 빠른 시간에 운송할 수 있어 세계 여러 나라에서 고속철도 건설이 증가하고 있다. 열차가 고속으로 주행할 경우 열차의 전두부에 공기 저항이 발생하며, 이러한 공기 저항을 감소시키기 위하여 열차의 형상을 유선형으로 설계한다. 고속으로 주행하는 열차가 터널에 진입할 때, 터널 내에서 발생한 공기 저항으로 인하여 개활지 주행 시 보다 훨씬 큰 동력이 요구된다. 따라서 열차가 터널에 진입할 때 열차에 작용하는 공기 저항을 감소시키기 위하여 열차의 주행 속도를 감소시킨다. 이렇게 열차의 속도를 감소시킬 경우, 고속 열차의 운송 능력 및 장점이 감소되기 때문에 터널 내에서 열차 주행으로 인하여 발생되는 공기 저항을 감소시키는 설비가 필수적이다. 이 연구에서는 터널 내에서 열차의 고속 주행을 위하여 필요한 공기 압력 제어 시스템의 효과를 분석하기 위하여 1차원 수치해석을 수행하였다. 1차원 수치해석 프로그램을 통하여, 터널의 단면적 및 공기압력 제어 덕트의 단면적과 배치 간격이 터널 내에서 발생하는 공기 저항에 미치는 영향을 상세히 분석하였다.


    High-speed trains have been developed widely in many countries in order to transport large quantity of people and commodities rapidly. When a high speed train enters a tunnel, aerodynamic resistance is generated suddenly. The resistance caused from air pressure induces micro pressure wave and discomfort to passengers in a train. Therefore, a pressure relief system should be installed in a tunnel to reduce the resistance acting against the running train in a tunnel. Additionally, the shape of a grain should be streamlined in order to reduce aerodynamic resistance caused by a high-speed train. The cross-section of a tunnel also should be carefully designed to reduce discomfort of passengers. This study represents the effect of pressure relief ducts installed between two running tunnels. The pressure relief duct was integrated with a cross-passage in order to save cost and construction time. One-dimensional network numerical simulations were carried out in order to estimate the effect of pressure relief systems.

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    June 2018
  • Original Article

    고수압 해저지반 수리특성 조사용 일체형 메인 프레임과 공내 측정장치 개발

    Development of Integrated Type Main Frame and Downhole Sonde Apparatus for Hydraulic Packer Testing in Seabed Rock under High Water Pressure

    배성호, 김장순, 전석원, 김학수

    SeongHo Bae, Jangsoon Kim, Seokwon Jeon, Hagsoo Kim

    정확하고 정량적인 현지 암반 수리특성 정보들은 고수압 조건 굴착 공동 주변의 수리 지질학적 거동에 대한 신뢰성 있는 평가에 필요한 핵심 인자들 중의 ...

    The accurate and quantitative ground information on the hydraulic conductivity characteristics of rock mass is one of the key factors for evaluation ...

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    정확하고 정량적인 현지 암반 수리특성 정보들은 고수압 조건 굴착 공동 주변의 수리 지질학적 거동에 대한 신뢰성 있는 평가에 필요한 핵심 인자들 중의 하나이다. 상부의 해수가 무한 수원으로 작용하는 해저지반 내 터널이나 암반 구조물 설계에서 계획 구조물의 규모와 작용 수압이 커질수록 수리특성 정보의 중요성은 크게 증가된다. 본 연구에서는 기존 수압시험 시스템의 부적절한 구성이나 부정확한 자료 획득과 관련된 제반 문제점들의 개선을 통해 고수압 해저지반에 최적화된 일체형 메인 프레임과 30 bar 급 완전방수구조 공내측정장치를 독자적으로 개발하였다. 수리특성 조사 시스템을 구성하는 개별 시험장치들을 단일 프레임에 통합함으로써 협소하고 위험요소가 많은 해상 시추용 플랫폼에서도 안전하고 효율적으로 시험을 수행할 수가 있게 되었다. 또한 유압유 이중 조절장치를 고안하여 공내 순 주입압력 기준 2.0 kgf/cm2 이하 간격으로 정밀한 단계적 가압과 압력 유지가 가능하도록 하였다. 개발 장치들의 시스템 성능과 작동 안정성을 실증적으로 확인하기 위해 연구 시험공 2개소에서 현장 적용성 시험을 완료하였으며 제주 현무암 분포 지역 내 시험공 1개소에서 대표요소체적 규모 수리특성 시험을 성공적으로 수행하였다. 본 논문에서는 개발 장치들의 주요 특성들과 다양한 실내 및 현장 성능시험에서 획득된 주요 결과들을 간단히 소개하였다.


    The accurate and quantitative ground information on the hydraulic conductivity characteristics of rock mass is one of the key factors for evaluation of the hydro-geological behaviour of rock mass around an excavated opening under high water pressure. For tunnel and rock structures in seabed, where the sea acts as an infinite source of water, its importance become greater with increasing construction depth below sea level. In this study, to improve the problems related with poor system configuration and incorrect data acquisition of previous hydraulic packer testing equipment, we newly developed an integrated main frame and 30 bar level waterproof downhole sonde apparatus, which were optimized for deep hydraulic packer test in seabed rock mass. Integration of individual test equipment into one frame allows safe and efficient field testing work on a narrow offshore drilling platform. For the integrated type main frame, it is possible to make precise stepwise control of downhole net injection pressure at intervals of 2.0 kgf/cm2 or less with dual hydraulic oil volume controller. To ensure the system performance and the operational stability of the prototype mainframe and downhole sonde apparatus, the field feasibility tests were completed in two research boreholes, and using the developed apparatus, the REV(Representative Elementary Volume) scale deep hydraulic packer tests were successfully carried out at a borehole located in the basalt region, Jeju. In this paper, the characteristics of the new testing apparatus are briefly introduced and also some results from the laboratory and in-situ performance tests are shown.

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    June 2018
  • Original Article

    LSTM 순환 신경망을 이용한 재료의 단축하중 하에서의 응력-변형률 곡선 예측 연구

    Prediction of the Stress-Strain Curve of Materials under Uniaxial Compression by Using LSTM Recurrent Neural Network

    변훈, 송재준

    Hoon Byun, Jae-Joon Song

    이 논문에서는 재료의 단축하중 하에서의 응력-변형률 곡선을 예측하기 위하여 순환 신경망의 일종인 LSTM(Long Short-Term Memory) 알고리즘을 사용하였다. 석고와 규사를 혼합해 만든 재료에 ...

    LSTM (Long Short-Term Memory) algorithm which is a kind of recurrent neural network was used to establish a model to predict the ...

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    이 논문에서는 재료의 단축하중 하에서의 응력-변형률 곡선을 예측하기 위하여 순환 신경망의 일종인 LSTM(Long Short-Term Memory) 알고리즘을 사용하였다. 석고와 규사를 혼합해 만든 재료에 일축압축시험을 수행하여 얻은 응력-변형률 데이터를 이용하였으며, 낮은 응력 구간의 초반 데이터를 활용해서 파괴 전까지의 거동을 예측하였다. 앞부분의 데이터를 활용하여 단계적으로 뒤쪽 구간의 값을 예측하는 LSTM 순환 신경망의 구조상 큰 응력에 대응하는 변형률을 예측할 경우에는 앞쪽 구간의 오차가 누적되어 실측값과 차이가 늘어났으나 전반적으로 높은 정확도로 응력-변형률 곡선을 예측하였다. 예측에 사용한 초기 데이터의 길이가 늘어나는 경우 정확도는 조금 증가했다. 그러나 접선을 이용한 단순 예측과의 성능 차이는 초기 데이터의 길이가 작은 경우에 두드러졌으며, 적은양의 데이터로도 응력-변형률 곡선 전체 구간의 예측을 가능하게 한다는 점으로부터 신경망 모델의 필요성을 확인하였다.


    LSTM (Long Short-Term Memory) algorithm which is a kind of recurrent neural network was used to establish a model to predict the stress-strain curve of an material under uniaxial compression. The model was established from the stress-strain data from uniaxial compression tests of silica-gypsum specimens. After training the model, it can predict the behavior of the material up to the failure state by using an early stage of stress-strain curve whose stress is very low. Because the LSTM neural network predict a value by using the previous state of data and proceed forward step by step, a higher error was found at the prediction of higher stress state due to the accumulation of error. However, this model generally predict the stress-strain curve with high accuracy. The accuracy of both LSTM and tangential prediction models increased with increased length of input data, while a difference in performance between them decreased as the amount of input data increased. LSTM model showed relatively superior performance to the tangential prediction when only few input data was given, which enhanced the necessity for application of the model.

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    June 2018