지반역공학 2(양장본 Hardcover)

체계적인 역학을 기초로 설계해석을 위한 공학서

역학(mechanics)이란 물체의 정적 및 동적 거동을 연구하는 학문(the study of the statics and dynamics of bodies)이며, 공학(engineering)은 역학이나 과학을 설계나 건설에 적용(the application of science and/or mechanics to the design, building and use of machines, constructions etc.)하는 응용학문이다. 전통적인 역학체계에서 보면 토질역학은 고체역학이나 유체역학에 기반을 둔 응용학문이므로 역학보다 공학에 더 가깝다고 생각할 수 있다. 고체와 유체 기체로 구성되는 지반재료의 다상적 특성과 공간 변동성에 따른 불확실성은 여러 역학체계의 융합적 접근을 필요로 한다.

'지반역공학(地盤力工學, Geomechanics & Engineering)'은 이러한 학문분야의 특성을 고려하여 역학에서 공학으로 매끄러운 흐름을 지향하며, 이를 위해 다음과 같은 새로운 시도를 하였다.

첫째는 책의 편제와 용어이다. 대부분의 토질역학이나 지반 공학책은 주제별로 전개된다. 이 책은 기존의 토질역학이나 지반공학에서 다루는 주제를 고려하되, 역학적 펀더멘털의 함양과 방법론적 접근을 중시하였다. 학문영역의 구분 없이 역학과 공학을 한 체계로 다루는 '역공학' 개념을 도입하였고, 모호한 지반개념을 구분하기 위해 '흙 지반(soil formation)'과 '암 지반(rock mass)' 용어를 도입하였다.

둘째는 지반과 암반을 함께 다룬다. 이는 다양한 지반문제에서 경계구분이 의미가 없는 경우가 많다는 데서 고려된 것이다. 많은 경우, 구조물이 상부는 흙 지반, 하부는 암 지반에 걸쳐 계획되는 경우가 많다(예, 터널). 따라서 지반문제의 체계적 접근을 위해 흙 지반과 암 지반을 함께 다루는 것이 바람직하다. 또한 '구조물-지반' 및 '구조-수리 상호작용'과 같은 실제 지반 거동문제를 포함하였다.

셋째는 실무에서 중요시되는 지반 모델링과 수치해석을 중점적으로 다루었고, 지층모델링과 지반불확실성에 대처하는 설계법, 통계확률적 물성평가와 관찰법 등도 심도 있게 다룬다.

Chapter 01 지반설계의 원리와 지반해석법

1.1 설계의 일반원리와 지반공학적 설계

1.2 지반설계법과 설계지반조건

1.3 지반의 허용응력 설계법(WSD)

1.4 지반의 한계상태 설계법(LSD)

1.5 지반의 신뢰도기반 설계법(RBD)

1.6 지반공학적 설계해석(design analysis)

1.7 지반문제의 연구와 법(法)지반공학



Chapter 02 지반 이론해석법

2.1 지반문제의 이론해석

2.2 응력-변형거동의 이론해석법(연속해법)

2.3 역학적 안정해석 (단순해법-Simple Method)

2.4 수리거동의 이론해석

2.5 수리 안정해석

2.6 지반 이론해석법의 활용

Chapter 03 지반 수치해석법

3.1 지반 수치해석 개요

3.2 강성과 직접강성도법(매트릭스해석)

3.3 유한요소법

3.4 지반공학적 모델링과 경계조건

3.5 유한요소방정식의 풀이

3.6 지반 유한요소해석의 응용과 확장

3.7 주요 지반구조물의 수치해석 모델링

3.8 기타 지반수치해석법

3.9 지반수치해석의 활용, 그리고 오류와 한계



Chapter 04 지반 모형시험법

4.1 모형시험(model test)의 의의

4.2 상사성 역학(similarity mechanics) - 기본물리량과 축척법칙

4.3 원형과 모형의 상사성

4.4 실험실 축소모형시험(1g-model test)

4.5 원심모형시험(centrifugal model test)

4.6 모형시험의 활용과 전망



Chapter 05 지반 리스크해석과 관찰법

5.1 지반 불확실성과 지반공학적 리스크

5.2.1 지반리스크(geotechnical risks)의 정의

5.3 관찰법의 원리

5.4 관찰법의 설계와 운영

5.5 지반거동의 모니터링

5.6 관찰법의 적용 예 - 터널

5.7 관찰법의 활용과 과제



Chapter 06 지층모델링과 설계지반물성의 평가

6.1 지반모델링과 특성화(characterization)

6.2 지층 모델링

6.3 지반물성의 평가

6.4 지반물성의 확률·통계적 평가

6.5 지반의 상태정의 파라미터·전기적 특성

6.6 지반재료의 변형거동 파라미터

6.7 지반재료의 강도 파라미터

6.8 지반재료의 투수성 파라미터

6.9 지반파라미터 평가에 대한 공학적 판단과 활용

신종호 저자 신종호(辛宗昊) 교수는 현재 건국대학교 토목공학과 지반공학교수로 재직 중이다. 1983년 고려대학교 토목공학과를 졸업하고 KAIST에서 터널굴착에 따른 지반거동연구로 석사학위, 영국 Imperial College에서 터널의 구조-수리상호거동에 대한 수치해석연구로 박사학위를 받았다. 1985년 대우(現 포스코)엔지니어링에 입사하여 지하철 터널, 사력댐, 깊은 굴착 등의 지반프로젝트에 참여하였다. 17회 기술고등고시를 통해 1988년 서울시 임용 후 한강관리, 고형페기물처리, 2기 및 3기 지하철 등 도시인프라의 계획, 설계 및 공사관리업무를 담당하였다. 이후 서울시 지리정보담당관실에서 지하시설물 통합관리시스템과 지반정보시스템 구축에도 참여하였다. 2002년부터 2004년까지 서울시 청계천복원사업에 참여하여 복원계획과 설계업무를 담당하였으며, 2009년부터 2012년 초까지 청와대 국토해양비서관과 지역발전비서관을 역임하였다. 2004년 건국대 지반공학교수로 부임한 이래 주로 지반-구조물 상호작용과 해저터널연구를 수행하였으며, 지중구조물의 구조-수리 상호거동(coupled structural and hydraulic behavior) 등의 연구결과로 영국 Institute of Civil Engineers(ICE)로부터 John King Medal(2003), Reed and Malik Medal(2006), Overseas Prize(2012)를 수상하였다. 현재 국제저널인 'Geomechanics & Engineering'의 Editor-in-chief를 맡고 있으며, 한국터널지하공간학회와 한국공학한림원 회원으로 활동하고 있다. '시스템 속에서 저절로 안전이 확보되고, 최고의 전문가가 양성되는' 건설시스템을 구현하는 데도 지대한 관심을 가지고 있다.