• 대한토목학회논문집
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• 제28권2C호
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• pp.133-141
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• 2008

토목섬유보강 성토지지말뚝시스템에서 지반아칭에 의한 하중전이 특성을 규명할 수 있는 이론해석법을 개발하였다. 이론해석 결과, 성토지지말뚝에 토목섬유가 복합시공되면, 말뚝의 효율이 증가하였으며, 효율의 증대효과는 지반아치가 완전히 발달하기 이전인 저성토 구간에서 특히 두드러지게 나타났다. 또한, 이론해석법에 의한 하중전이는 말뚝의 간격, 성토고, 지반정수 및 토목섬유에 크게 영향을 받고 있다. 즉, 말뚝의 간격이 증가하면 말뚝의 효율은 감소하며, 성토고, 성토지반의 내부마찰각 및 토목섬유의 강도가 증가하면 효율이 커지게 된다. 이와같은 해석결과는 본 제안식이 토목섬유보강 성토지지말뚝시스템에서의 지반아칭효과를 잘 설명해주는 합리적인 해석법임을 나타내고 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권9호
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• pp.133-144
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• 2004

NATM터널 시공 중 강관이나 FRP관을 이용하여 터널 막장을 선행보강하는 방법은 RPUM이나 UAM 등으로 알려져 있으며, 얕은 터널 및 연약지반내 터널 굴착 시 굴진면의 안정성을 확보해주거나 지반 침하를 감소시켜주는 역할을 한다. 특히 굴진지반이 연약하여 자립이 어려운 경우 최근에는 굴진면 천단뿐 아니라 굴진면 수평보강을 실시하여 굴착에 따른 터널안정을 확보하게 된다. 일반적으로 터널굴착이 진행됨에 따라 굴진면 전후에는 종방향 아칭현상이 발생하며 이는 NATM 터널 지보재 작용원리의 근간이 된다. 따라서 터널 천단과 굴진면 수평보강을 실시하는 경우도 굴진에 따른 종방향 아칭의 관점에서 해석되어야 하나 이에 대한 연구는 현재까지 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 토사터널 굴진면에 RPUM(천단보강)이나 굴진면 수평보강이 실시된 경우, 종방향 아칭특성을 2차원 실내시험을 통해 살펴보았다. 실험결과, 연직토압의 변화를 토대로 한 종방향아칭 영향범위는 무보강의 경우 굴진면 전${\cdot}$후방으로 각각 2.5D와 1.5D(D는 터널직경), 천단보강 및 수평보강의 경우 2.0D와 1.5D, 천단과 수평보강이 동시에 적용된 경우는 2.0D와 1.0D까지로 측정되어 굴진면 보강에 따라 아칭의 영향범위가 감소함을 알 수 있었다. 반면 연직토압의 변화량은 굴진면 보강에 따라 증가하는 것으로 나타나 역학적으로 천단 및 수평보강재가 터널의 안정에 중요한 역할을 하고 있는 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.53-66
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• 2007

말뚝과 토목섬유로 지지된 성토지반의 아칭효과를 규명하기 위하여 일련의 모형실험을 실시하였다. 모형실험에서는 단독캡 말뚝을 상하이동이 가능한 철판 사이에 일정간격으로 설치하고, 토목섬유를 포설한 후 성토를 실시하였다. 모형실험에서는 침하판을 하강시킴으로써 연약지반의 침하를 모사하였으며, 침하판이 하강함에 따라 성토지반에 지반아칭이 발휘되었다. 성토지반과 토목섬유의 변형거동은 카메라로 관찰하였다. 또한 계측시스템을 통하여 말뚝캡에 작용하는 하중과 토목섬유의 인장변형률을 측정하였다. 모형실험결과 연약지반부의 침하가 발생할 때, 지반아칭효과로 인하여 말뚝으로 전이되는 성토하중이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 이때 토목섬유가 설치되지 않은 경우는 말뚝에 작용하는 하중이 최대값에 도달한 후 감소하는 반면, 토목섬유로 복합지지된 경우는 침하에 따라 말뚝하중이 점진적으로 증가하면서 일정한 값으로 수렴한다. 이것은 토목섬유에 의한 보강이 성토지반의 변형 억제에 효과적임을 나타내는 것이다. 한편, 침하유발시 말뚝캡 사이의 토목섬유는 원호형태로 변형을 일으키는 것으로 나타났다. 말뚝과 토목섬유로 지지된 성토지반에서 말뚝캡으로 전이되는 성토하중은 지반아칭효과와 토목섬유의 인장변형률을 고려함으로써 모형화할 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.181-189
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• 2003

일반적으로 강성 옹벽에 작용하는 주동토압은 Rankine이나 Coulomb의 토압이론에 의하여 계산되며, 이들 이론에서는 옹벽에 작용하는 주동토압이 삼각형으로 분포한다고 가정한다. 그러나 많은 실험결과들은 벽면이 거친 강성 벽체에 작용하는 주동토압은 Rankine과 Coulomb 이론에서 사용된 가정과는 달리 비선형으로 분포한다는 것을 보이고 있다. 그리고 이러한 비선형의 토압분포는 옹벽의 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과 때문으로 알려져 있다. 몇몇 연구자들은 강성벽체의 뒷채움재에 발생하는 아칭효과를 고려한 주동토압 산정식을 제안하였다. 그러나 이들 제안식들은 몇가지 점에서 문제점을 갖고 있다. 따라서 본 연구에서는 평행이동하는 강성벽체에 작용하는 주동토압의 크기와 비선형 분포를 정확히 예측할 수 있는 새로운 토압산정식을 제안하였으며, 이 제안식에서는 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과의 영향이 고려되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.23-31
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• 2012

본 연구에서는 사질토 지반에 설치한 원형수직터널에서 아칭효과를 고려한 토압의 거동 특성을 분석하기 위해 실제의 응력상태를 재현할 수 있는 원심모형실험(centrifuge model test)을 수행하였다. 이를 위해 직경 6.0m, 높이 15.0m의 원형수직터널을 대상으로 축소모형 실험체를 제작하였으며, 중력장 75G를 가속하여 2회 반복실험을 수행하였다. 더불어, 지반굴착에 따른 토압의 거동특성과 크기를 분석하기 위하여 모형 수직터널 벽체를 2단으로 분리하여 굴착효과를 모사하였으며, 그 결과를 선행연구에서 제안한 이론토압식과 비교하였다. 실험결과, 원형수직터널에 작용하는 토압은 기존의 2차원(Ko) 토압에 비해 약 70% 가까이 전토압이 저감되는 효과가 관찰되었으며, 이는 3차원 아칭효과에 의해 토압이 경감된 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권8호
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• pp.181-191
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• 2004

옹벽의 벽면이 거친 경우에 강성옹벽에 작용하는 주동토압의 크기와 분포형태는 뒷채움재의 내부마찰각과 옹벽의 벽면마찰각 뿐만 아니라 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과와 파괴면의 형상에도 영향을 받는다. 따라서 강성옹벽에 작용하는 주동토압의 크기와 비선형의 분포형태를 정확히 산정하기 위해서는 토압 산정 시 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과와 실제적인 파괴면의 형상을 고려해야 한다. 본 연구에서는 강성옹벽이 옹벽의 정점을 중심으로 회전하는 경우에 대하여 뒷채움재에서의 아칭효과와 실제적인 비선형의 파괴면 형상을 고려함으로써 비선형의 주동토압을 산정할 수 있는 토압산정식을 제안하였다. 그리고 제안식에 대한 정확도를 검증하기 위하여 제안식으로부터 얻어진 예측치들을 기존의 모형시험 결과들과 비교한 결과 제안식은 만족스런 토압 예측치를 제공하는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권3호
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• pp.217-226
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• 2003

본 연구에서는 활동성 불연속면을 포함하고 있는 모래지반에 터널을 굴착할 때에 터널 주변의 원지반에 발생되는 아칭을 규명하기 위하여 터널 상부의 토피고와 불연속면의 위치 및 각도를 변화시켜가며 모형실험을 수행하였다. 모형실험기의 중앙에 수직으로 이동이 가능한 가동판을 설치하고 모래지반 조성 후에 가동판을 강하시켜서 터널 굴착을 모형화 하였고, 토조의 바닥판에 로드셀을 부착하여, 아칭에 의한 하중전이를 측정하였다. 굴착에 의한 지표면의 침하거동은 변위측정센서를 지표면에 설치하여 측정하였으며, 실험 중에 연속사진촬영을 실시하고 지반조성시 일정한 간격으로 설치한 측점의 움직임을 관측하여 굴착에 의한 지반이완형태를 측정하였다. 본 연구 결과 터널굴착시 불연속면의 각도와 위치, 그리고 터널 상부의 토피고에 따라서 하중전이 형태와 이완영역이 변화하는 것을 확인하였으며 지반의 이완영역이 터널과 인접해 있는 불연속면을 따라 주변지반으로 점차 확대되어 가는 것을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.143-155
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• 2007

원형수직구 벽체에 작용하는 토압은 축대칭 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 벽체에 작용하는 토압보다는 작으며, 원형수직구 흙막이벽이나 라이닝 등의 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압의 정확한 산정이 필요하다. 따라서, 수평 및 연직방향 아칭효과에 의한 토압감소를 고려하고 수직구 벽체 반경에 대한 높이의 비로 정의되는 벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 토압산정식이 제안되었다. 또한, 모래지반에서 모형실험에 의한 토압이 분석되었다. 제안된 토압산정식에 의한 토압은 벽체반경이 증가하여 벽체형상비가 감소함에 따라 평면변형조건의 토압과 정확히 일치하였으며, 모형실험에 의한 토압분포와 근사한 경향을 나타내었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.79-88
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• 2009

본 연구에서는 상부 토피고가 낮거나 지반조건이 불량한 터널의 경우 기존 터널의 보강공법과 다른 선지보네일 보강공법을 적용한 터널의 설계 및 시공사례를 조사하였다. 신기술 신공법인 선지보네일 보강공법을 대단면 터널 상부지반에 보강하여 기존 터널 보강공법들에 비하여 보강효과 및 안정성 측면의 실효성을 확인하였다. 선지보네일 공법에 대한 설계, 현장시공 사례 및 계측 데이타를 조사하여 그 보강 결과를 확인하였으며, 터널 상부지반 선지보네일 보강에 따른 대단면 터널의 아칭 특성에 대하여 유한요소 수치해석 프로그램인 MIDAS/GTS를 이용하여 연구하였다. 이와 더불어 터널 상부지반에 선지보네일 공법을 적용함에 있어서 적절한 설치간격과, 적용시 공법의 보강효과를 극대화하기 위한 방법을 제시하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.276-284
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• 2009

최근 연약지반에서 급속시공과 엄격한 침하억제가 필요한 경우가 빈번해짐에 따라 성토지지 말뚝공법이 이에 대한 해결책으로 대두되고 있다. 특히 토목섬유로 보강한 성토지지 말뚝 공법의 경우 경제성 및 안정성 측면에서 효용성이 커서 전 세계적으로 활발히 적용되고 있다. 그러나 성토지지말뚝에서의 하중전달작용은 매우 복잡하여 아직까지 이에 대한 완전한 파악이 이루어지지 않은 상태이다. 특히 토목섬유의 보강 목적 및 효과에 대한 이해는 매우 부족한 상태로, 지반의 아칭효과에 의한 말뚝 지지효과를 보조하기 위한 수단으로서 토목섬유의 보강효과를 간주하고 있다. 본 논문에서는 3차원 유한요소해석을 이용한 변수연구를 통해 토목섬유의 보강효과를 구명하였다. 해석 결과의 분석을 통해 토목섬유의 보강 정도가 증가함에 따라 성토하중이 말뚝으로의 집중하는 작용이 지반의 아칭효과에서 토목섬유의 인장효과로 전이되는 현상을 발견하였다. 이는 토목섬유가 일방적으로 말뚝으로의 하중 전달 작용을 향상시킨다는 기존의 인식과는 상반된 결과이다 최종적으로는 기존 설계방법과 수치해석으로 산정된 설계변수의 비교를 통해 기존 설계방법의 문제점과 개선 방안을 제시하였다.