초록
간사이 공항은 1994년 9월에 개항하였다. 제 1기섬 완공 후 26년이 지났지만 여전히 장기침하가 진행되고 있다. 이 침하는 Pleistocene층에서 발생하고 있다. 계속적으로 변하는 수평방향으로의 지층두께 및 세립분의 함유량이 달라 Pleistocene 모래층의 투수성을 결정하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 또한 인접한 제 2기섬의 건설에 따른 지반의 상호거동을 예측에 대한 어려움도 존재한다. 이 문제를 해결하기 위해서, 인접한 두 매립 섬의 건설에 따른 교차하는 Pleistocene 지반의 상호거동을 포함한 장기변형을 평가하기 위해 탄점소성을 고려한 2차원 유한요소해석이 수행되었다. 일반적으로 2차원해석은 한 개의 단면이 전체 단면을 대표할 수 있을 때 사용이 가능하다. 하지만 간사이공항은 매립에 의한 인공섬으로서 2차원 해석으로는 섬의 코너(corner) 부분의 응력 변형문제에 적용할 수 없으며, 물리탐사를 통한 실제 하부지반의 구조도 불균질하며 그 두께 또한 일정하지 않아 2차원해석만으로는 한계가 있다. 즉, 3차원 해석이 강력히 요구된다. 이러한 요구에 의해 본 저자는 탄점소성 해석이 가능한 기존의 2차원 프로그램을 3차원으로 확장하였으며, 1차원 압밀해석해을 통해서 개발한 3차원 프로그램의 검증(verification)을 완료하였다. 본 논문은 검증을 마친, 개발한 3차원 프로그램의 유효성을 입증하기 위해서, 2차원 프로그램을 이용한 기존의 연구와 동일한 해석조건으로 해석을 수행하여, 해석결과를 2차원 결과와 실제 계측값과 비교함으로서 개발한 3차원 수치해석프로그램의 유효성을 입증(demonstration)하였다.
Kansai International Airport (KIX) was opened in September 1994. Although 26 years have passed since the completion of the first island, long-term settlement is still in progress. This settlement occurs in the Pleistocene layer. For it is not easy to determine the permeability of the Pleistocene sand layer because the thickness and the degree of fine content in the horizontal direction are constantly changing. In addition, it is also a difficult to predict the interactive behavior of the ground due to the construction of the second phase island adjacent to it. In order to solve this problem, a two-dimensional finite element analysis considering elasto-viscoplastic was performed to evaluate the long-term deformation, including the interactive behavior of the alternating Pleistocene foundation due to the construction of two adjacent reclaimed islands. In general, two-dimensional analysis can be used when a section can represent the entire sections. However, Kansai Airport is an artificial reclaimed island so two-dimensional analysis cannot solve the problem such as the stress deformation in the corners of the island. Additionally, the structure of the actual sub-ground through physical exploration is non-homogeneity and its thickness is also not constant. Therefore, there are limitations for the two-dimensional analysis to explain the phenomena. That is, three-dimensional analysis is strongly required. Due to these demands, the author extended the existing two-dimensional program capable of elasto-viscoplastic analysis to three-dimensional and completed the verification of the three-dimensional program developed through one-dimensional consolidation analysis. In order to demonstrate the validity of the developed 3D program that has been verified, an analysis is performed under the same analysis conditions as the existing research using a two-dimensional program. The effectiveness of the developed 3D numerical analysis program was demonstrated by comparing the analysis results with the 2D results and actual measurement data.