본 논문은 비선형 유한요소 프로그램을 이용하여 강관보강형 다단그라우팅의 지반보강효과와 주변지반의 거동을 검토하기 위하여 지반조건이 터널천단부에 충적층이 분포하여 강관다단그라우팅을 적용한 현장을 대상으로 유한요소 2차원과 3차원 모델로 나누어 해석하였다. 해석 결과 강관보강효과를 분석하기 위해서는 2차원해석보다는 3차원해석이 필수적 임을 알 수 있었으며, 그 효과는 막장부근의 음력집중현상을 골고루 분포시켜주는 강관의 강성에 의하여 안전율이 상대적으로 높아짐을 확인할 수 있었다. 한편 터널천단의 침하량 변화는 터널막장위치가 측정지점에 도달하기 이전에 총예상변위의 40%정도가 발생되며, 막장위치가 측정지점을 통과하여 터널직경정도의 거리에 도달하는 동안 전체예상변위의 60%가 발생될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 강관보강으로 인하여 주변지반의 변위 및 응력의 억제범위는 터널 천단부 즉 깊이비 0.83 에서 0.38범위와 터널막장전방 26(d:터널직경)지점까지 나타나며, 변위억제효과는 총 예상변위량의 약 200정도임을 알 수 있었다.

흙의 응력-변형률 거동을 더욱 근사적으로 예측하기 위하여,소성 증분이론에 한계상태 토질역학의 개념을 도입한 것이 항복-경계면 소성 모델이다. 이 모텔은 등방 압밀 흙의 거동을 묘사하기 위하여 두개의 타원과 하나의 쌍곡선으로 구성되었다. 따라서 사용된 여러가지 매개변수로 인하여 이 모델은 매우 복잡하다. 그러므로,실제 지반 문제에 이 모델을 적용하기 위하여는 이론의 정확한 이해와 숙련이 요구된다. 본 논문에서는,이 모델에 사용된 여러 매개변수들 중항복-경계면 형상 매개변수 R과 A, 투영 중심 매개변수 C를 변화시켜 그 결과를 수치해석하였다. 최종적으로 단조하중과 주기하중에 대한 각각의 민감도를 분석하였고 각 매개변수 값의 범위를 제안하였다.

지지력이 부족한 지반에 구조물을 축조할 경우 기초지반의 변형으로 인하여 구조물에 침하나 균열이 발생하게 된다. 이러한 기초지반을 보강하기 위하여 최근에는 고압분사주입공법으로 지중에 지반개량체를 조성하여 기초보강말뚝으로 사용하고 있다. 본 논문은 2중관 고압분사주입공법에 의해 기초지반에 시공된 지반개량체에 대하여 실내시험 및 현장말뚝재하시험을 실시하여 지반보강효과 및 지지력을 검토하였다. 시험결과 지반개량체는 원지반의 특성에 따라 약간의 차이는 있으나 충분한 지반보강효과를 얻을 수 있는 것으로 나타났으며 현장타설말뚝으로서 충분한 지지력을 유지하고 있어 구조물의 침하를 억제하는데 효과가 있는 것으로 나타났다.

고전 토압이론 중에서 Coulomb 및 Rankine토압이론식을 실무에 주로 사용되고 있는데, 이 들에 의한 토압은 삼각형 분포로 간주하고 있다. 그러나 Terzaghi(1934), Tsagreli(1967), Fang & Ishibashi(1986) 등에 의한 실험결과에서 토압은 삼각형 분포가 아님이 밝혀졌다. 본 연구에서는 흙으로 뒤채움된 지표면이 경사지며, 강성옹벽의 뒷면이 경사진 일반적인 경우에 적용할 수 있는 토압이론식이 아취개념을 사용하여 새로이 제안되었다. 새로이 제안된 이론식에 의한 계산결과는 기존 이론들에 의한 것들과 비교되었으며, 이 이론식에 의하여 토압에 영향을 미치는 요소들을 분석하였다. 비교 및 분석결과를 보면, 전주동토압은 새로이 제안된 이론식에 의한 값이 기존이론에 의한 값들과 잘 일치하였다. 그러나 Rankine이론에 의한 전토압 은 비교된 기타 이론들에 의한 값과 상이하였다. 그리고 작용점 위치(h)는 삼각형 분포의 중심 위치인 0.33이 아니라 옹벽 뒷면의 경사각,뒤채움 지면의 경사각, 흙의 내부마찰각 및 부착력에 의하여 주로 지배되었다.

미소지반 진동에 의해 사질토에서 유발되는 지반 침하는 많은 영향요소들의 복합작용에 의해 일어난다. 본 연구에서는 이들 영향요소들에 대하여 알아보고, 다변수 실험계획법을 이용하여 사질토에서 진동침하 예측모델을 개발하였다. 예측모델에 사용된 변수로는 진동의 크기, 축차응력, 구속응력, 입자분포, 진동지속시간, 함수비, 상대밀도 등이다. 여러 변수들을 실험적으로 고려하기 위하여 특수제작된 진동 프레임을 이용하여 삼축셀안의 공시체에 진동을 가하였다. 다변수 실험 계획법을 이용하여 비교적 작은 실험 양으로 많은 변수들이 진동침하에 미치는 영향을 연구하였다. 진동침하에 영향을 미치는 중요 요소는 진동의 크기, 구속응력, 축차응력 등이 있다. 진동의 크기가 2.5~18mm/sec의 범위에 있는 미소지반 진동에 의해서도 상당한 침하가 유발되었고 현장응력의 이방성이 진동침하에 많은 영향을 주었다.

현재 옹벽해석에 사용되는 Rankine이나 Coulomb의 토압산정방법은 벽체 뒤의 토사가 파괴상태에 도달하였다는 가정조건에 근거하고 있으며, 이를 위해서는 충분한 횡방향 변위가 발생하여야 한다. 최근의 현장시험 등을 통한 많은 연구에서는 옹벽에 작용하는 수평주동토압이 Rankine이나 Coulomb의 토압보다 크게 나타나고 있음을 보여주고 있으며, 이는 발생 수평변위량과 밀접한 관계가 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 Drucker Prayer의 지반구성모델을 이용한 유한요소해석을 통하여 캔틸레버식 옹벽의 벽체 지주와 가상배면에 작용하는 수평주동토압을 발생변위와 함께 분석하였으며, 아울러 경사진 뒤채움이 수평주동토압에 미치는 영향도 검토하였다. 그 결과 옹벽에 작용하는 수평주동 토압은 발생변위와 밀접한 관계가 있으며, Rankine과 Coulomb의 방법은 작용수평주동토압을 과소평가하고, 경사진 뒤채움의 수평주동토압증가효과도 과소평가함을 확인하였다. 그리고 본 해석결과를 토대로 수평주동토압을 간편하게 산출할 수 있는 새로운 방법을 제안하였다.

그리드(grid) 형태의 토목섬유와 흙 사이의 마찰특성은 표면마찰 뿐만아니라 그리드에 의한 수동저항을 동시에 측정할 수 있는 인발시험(pull-out test)에 의해 평가되고 있다. 본 연구에서는 보강토 구조물에서 가장 많이 사용되고 있는 지오그리드(geogrid)와 국내에 널리 분포되어 있는 화강 풍화토를 대상으로 실내 인발시험을 수행하였으며, 인발시험의 주요 영향 인자들인 인발속도, 토조 전면벽의 위치, 지오그리드 시료의 폭 및 지오그리드 수동 저항부재의 유.무 등이 흙/지오그리드 마찰특성에 미치는 영향을 평가하였다.

본 연구는 중간토의 지지력 및 변형특성을 조사하기 위해 원심재하장치(centrifuge)를 이용한 지지력 실험을 시행한 결과이다. 점성토에 비해 투수계수가 비교적 큰 중간토지 반을 대상으로 재하 과정에서 발생하는 배수현상이 지반의 지지력에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과, 재하 속도와 지반의 투수계수와의 관계, 즉 본 연구에서 정의한 상대재하속도와 하중강도의 관계로부터 기존 설계상의 문제점을 지적하였고, 또한 재하속도의 차이에 의해 동일 침하량비에서의 하중강도의 대소관계가 역전하는 현상은 비 배수상태의 재하속도 의존성 뿐만 아니라 재하초기부터 발생하는 부분배수현상에 의한 것임을 재하중에 관측한 과잉간극수압의 거동과 변형거동을 중심으로 증명하였다. 나아가 중간토지반에 있어서 기초폭과 초기 지반응력 상태가 지지력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 기초폭과 과압밀비를 변화시켜 중간토지반의 지지력 특성을 조사 하였다.

Laterite 또는 laterite성토의 정의는 열대.아열대의 기후조건에서 논의 되었고 그 풍화 지표 는 화학적 조성에 의해 표시하고 있다. 열대.습윤온난지역의 적황색토화한 화강암질 풍화잔적토는 화학적 조성에서 laterite성토와 같은 정의의 지표로서는 전체성분에 대한 $(A1_2O_3+Fe_2O_3)$의 비가 0.2~0.5를 나타낸다. 본 연구에서의 전주아중지역의 화학적 비는0.28정도, 홍성 및 대천의 서해연안지역은 0.33정도이다. 비laterite치 화학적 비는 0.2미만이며 경주불국사지역은 0.17 정도로 확인되었다. 적황색토의 X-Ray 회절 분석결과 점토광물은 kaolinite화 되어 있는 것은 다른지역의 화강암질 풍화잔적토와 같은 특징이다.

연약지반의 압밀침하속도를 증가시키고, 요구되는 전단강대를 얻기 위하여 연직배수재가 병행된 선행압밀하중공법이 널리 사용된다. 그러나 배수재가 설치된 연약지반의 압밀거동을 해석하기 위하여 아무리 정교한 수치해석기법을 사용하더라도 지반정수,수치모델링 및 계측시스템 등과 관련된 불확실성 때문에 실제 현장에서 관측되는 거동은 설계단계에서 예측된 거동과 종종 다르다. 본 연구에서는 simplex 방법 및 BFGS 방법의 역해석 기법을 축대칭 비선형 압밀해석 프로그램인 AXICON에 적용하였다. AXICON은 배수재가 설치된 연약지반의 압밀과정동안에 발생하는 압축성과 투수계수의 변화를 고려할 수 있는 유한차분해석 프로그램이다. 배수재가 설치된 연약지반의 압밀과정 초기 단계에서 계측된 거동을 바탕으로 본 프로그램에 적용된 역해석적 기법을 이용하여 압밀거동과 관련된 주요 설계변수를 최적화함으로써 장래의 압밀거동을 비교적 정확히 예측하는 것이 가능하다.

연약한 지반의 거동을 적절하게 표현할 수 있는 일반 등방경화 규칙에 근거한 비등방경화 구성모델을 비선형 유한요소해석에 적용하기 위하여 내재적인 응력적분기법을 정식화하였다. 정식화된 응력적분기법은 비선형 해석시에 필요한 응력을 일반 사다리꼴규칙에 의하여 내재적으로 적분하고 응력변형률 접선계수를 비선형 해법에 일관되게 도출할 수 있다. 이러한 알고리즘을 통하여 해의 정확도 및 수렴도를 확보할 수 있으므로, 비등방경화 구성 관계를 적용한 비선형 해석을 정확하고 효율적으로 수행할 수 있는 토대를 구축할 수 있었다.

기존의 보강토벽체에 주로 이용되어온 steel strict등 고강도 인장보강재는 주변 뒤채움흙에 비해 상대적으로 변형이 작기 때문에, 설계검토시 과강재 자체에서 유발되는 변형의 크기에 대해서는 크게 유의할 필요가 없었다. 그러나 비교적 저강도인 섬유보강재의 경우, 한계상태에서 예상되는 섬유보강재 자체의 변형량은 주변 뒤채움흙의 소성변형 유발에 필요시 되는 변형량을 종종 초과하게 되며, 이와같은 크기의 과도한 변형량은 보강토벽체 구조체 자체의 안정성 확보 측면에서 허용할 수 없는 경우가 대부분이다. 결국 보증토벽체 구조체의 전면부 발생변위에 대한 일반적인 허용조건을 충족하기 위해서는, 극한강도 보다 훨씬 작은 크기의 강도가 섬유보강재의 경우 발휘하는 것으로 보아야 할 것이며, 따라서 최종적인 구조체 안정검토를 위해서는 보강재 자체의 예상변형량에 대한 평가가 섬유보강재의 경우 특히 중요시 된다. 보강재의 인장응력 -변형률 관계는 강보강재의 경우 선형탄성거동으로 가정할 수 있으나, 섬 유보강재의 경우에는 일반적으로 비 선형거동을 나타낸다. 본 연구에서는 쌍곡선 함수를 이용하여 섬유보강재의 비선형 거동특성을 모델링하였으며,또한 뒤채움흙 다짐으로 인한 유발응력등을 고려하기 위해 Ehrlich SE Mitchell, Duncan등이 제안한 방법을 수정하여 섬유 보강토벽체의 안정 해석법을 제시하였다. 본 안정 해석법 에서는 침투수압의 영향 및 뒤채움흙의 구속효과에 따른 섬유보강재의 부분적인 상대강성 변화 등을 고려하였으며, 이를 토대로 깊이별 각 섬유보 강재의 최대인장력 및 변형량 등의 예측이 가능하다. 본 연구에서는 제시하리라 하는 안정해석법의 적용성을 위해, paraweb polyester fibre multicord, non-woven polyester 지오텍스타일 및 knitted polyester 지오그리드 등 3가지 종류 보강재의 인장응력-변형률 관계 실험결과를 회귀분석하여 쌍곡선 함수형태로 이와같은 섬유보 강재의 비선형거동을 모델링하였다. 또한 이를 토대로 한 븐 연구 해석법의 적합성 검토를 위해, Ho & Rowe가 제시한 유한요소해석결과 및 LCPC, FHWA등에서 시행한 시험결과와 깊이별 각 섬유보강재의 최대인장력,변형량 및 지점별 변형률 등에 대해서도 비교하였다. 아울러 섬유 보강재의 상대강성, 뒤채움흙의 깊이별 구속효과의 정도, 다짐정도 및 침투수압 등이 각 섬유보강재의 변형량 및 전체적인 변형형태 등에 미치는 영향을 종합적으로 분석하였다.