The Effects of Nail Inclination in Soil Nailing by Finite Element Analysis

Since the first construction of soil nailing in France in 1972, the application of soil nailing has increased. However, there is currently no design method which is universally accepted or agreed upon far soil nailed wall, because each of the design methods has different assumptions and, therefore, different approaches, moreover, since the suggested optimal inclination angles of nails are different by researchers. Therefore, the effect of nail inclination with soil nailing is analyzed by FEM. In this study, Finite element program SOILSTRUCT was applied for the effect analysis of nail inclination in soil nailed wall. For this finite element analysis, CEBTP No. 1 project data were used. The analyzed nail inclination ranged from 0$^{\circ}$ to 30$^{\circ}$ with 5$^{\circ}$ intervals. The result of finite element analysis showed that the most optimal inclination was 20$^{\circ}$ Also, the tension farce in the nails increased as the nail inclination increased. However, the effect of nail inclination on the wall deformation was very little. Therefore, constructability seems to be more important than nail inclination. Also, the tension force in the nails increases as the nail depth below the top of the wall increases, except f3r the lowest nail. Therefore, appropriate nail diameter should be used to prevent breakage of nails with considering nail strength-deformation interaction.

유한요소해석에 의한 쏘일네일링의 네일 경사각의 영향에 관한 연구

쏘일네일링 공법은 1972년 프랑스에서 처음 시공된 이래로, 최근 들어 그 적용성이 더욱 확대되고 있으나 아직까지 세계적으로 공인된 설계방법은 없으며 서로 다른 가정을 가지므로 설계접근 또한 완전히 다르다. 또한 기존의 제안된 네일의 최적 경사각은 제안자에 따라 서로 다르므로 네일 경사각에 대한 영향은 규명되어야 할 설계변수이다. 따라서, 본 연구에서는 쏘일네일링 벽체의 수평변위에 대한 네일의 경사각에 대한 영향을 분석하기 위하여 유한요소해석 프로그램인 SOILSTRUCT가 사용되었다. 프랑스의 쏘일네일 연구 프로젝트인 CLOUTERRE의 CEBTP No. 1에서 측정된 수평변위와 제시된 지반 물성치를 적용하여 FEM해석을 위한 기본 모델을 선정하였다. 그리고, 선정된 기본 모델을 사용하여 네일의 설치 각도에 따른 벽체 수평변위의 영향을 분석하기 위해서 네일의 경사각을 0$^{\circ}$에서 30$^{\circ}$까지 5$^{\circ}$간격으로 변화시키면서 최적의 네일경사각을 얻고자 하였다. 그 결과, 벽체의 변위가 최소로 발생하는 경사각은 20$^{\circ}$였으며, 네일의 경사각이 증가할수록 네일에서 유발되는 인장력은 증가하였다. 그러나 수평변위에 대한 네일 경사각의 영향은 적으므로 현장여건에 따라 시공성이 우선되어야 하는 것으로 분석 되었다. 또한 최하단 네일을 제외하고, 네일의 심도가 깊어질수록 네일에서 유발되는 인장력이 증가하므로 설계시 네일의 재료파괴를 방지하기 위해 네일의 강도와 변위 관계를 고려하여 적절한 네일직경을 적용하여야 한다.