초록
공진주 실험은 탄성파 이론을 이용하여 흙의 동적 물성, 즉 전단변형률의 크기에 따른 전단탄성계수와 재료감쇠비를 측정하는 실험이다. 공진주 실험에 의한 시료의 동적물성의 측정은 공진주 실험 시스템의 동적 거동에 대한 이해를 전제로 한다. 공진주 실험의 시료 및 실험장치의 구성은 고정단-자유단 경계조건을 가지고 있는 연속보로 단순화할 수 있어서, Richart, Hall and Woods는 공진주 실험 시스템에 대한 파동방정식을 유도하였으나, 시료를 단순히 탄성으로 가정하였고 시료의 점성을 고려하지는 않았다. 그리고, Hardin은 파동방정식의 유도에서 시료의 점탄성을 고려하였으나, 시료의 전단탄성계수를 결정하기 위하여 시료의 점탄성을 가정하여야 하는 문제점을 가지고 있었다. 본 연구에서는 기존의 연구자들이 시도했던 공진주 실험 시스템에 대한 파동방정식을 새로운 측면에서 유도하였으며, 새로이 유도된 파동방정식의 해법을 제안하였다. 한편, 일반적으로 시스템에 대한 동적 거동을 이해하는 방법으로, 시스템의 운동방정식을 이용하는 방법이 있으나, 공진주 실험 시스템에 대한 동적 거동의 해석방법으로 이와 같은 운동방정식을 이용하는 해석방법을 연구한 경우는 거의 없었다. 운동방정식에 의한 해법은 시스템의 동적 증폭계수와 동적 응답에 대한 위상각을 구할수 있기 때문에 파동방정식에 대한 해법보다 더 많은 정보를 활용할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 본 연구에서는 공진주 실험 시스템에 대한 보다 기본적이고 많은 정보를 도출하기 위하여, 공진주 실험 시스템에 대한 운동방정식을 유도하였으며, 이를 이용하여 공진주 실험자료를 해석하는 새로운 해석기법의 제안을 위한 근간을 마련하였다. 그리고, 공진주 실험 시스템에 대한 유한요소 해석을 수행하여, 본 연구에서 제안한 공진주 실험시스템의 이론적 모델링의 타당성과 합리성을 검증하였다.
The resonant column testing determines the shear modulus and material damping factor dependent on the shear strain magnitude, based on the wave-propagation theory. The determination of the dynamic soil properties requires the theoretical formulation of the dynamic behavior of the resonant column testing system. One of the theoretical formulations is the use of the wave equation for the soil specimen in the resonant column testing device. Wood, Richart and Hall derived the wave equation by assuming the linear elastic soil, and didn't take the material damping into consideration. Hardin incorporated the viscoelastic damping of soil in the wave equation, but he had to assume the material damping factor for the determination of the shear modulus. For the better theoretical formulation of the resonant column testing, this study derived a new wave equation to include the viscosity of soil, and proposed an approach for the solution. Also, in this study, the equation of motion for the testing system, which is another approach of the theoretical formulation of the resonant column testing, was also derived. The equation of motion leads to the better understanding of the resonant column testing, which includes the dynamic magnification factor and the phase angle of the response. For the verification of the proposed equation of motion for the resonant column testing, the finite element analysis was performed for the resonant column testing. The comparison of the dynamic magnification factors and the phase angles far the system response were performed.
