• 한국지반공학회논문집
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• 제32권9호
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• pp.51-62
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• 2016

다양한 현장 조건에서 일어날 수 있는 건조토 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적거동을 평가하고 고찰하기 위해 3차원 수치 모델을 이용한 매개변수 연구가 수행되었다. 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 통해 시간 영역에서 이루어졌다. 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법을 적용함으로써 해석 효율을 증가시키고자 하였다. 또한, 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 개발된 수치 모델을 이용하여 상부질량의 크기, 말뚝의 길이, 두부 경계조건, 지반의 상대밀도에 대한 매개변수 연구를 수행함으로써 다양한 현장 조건에 대한 지반-말뚝-구조물 시스템의 동적 거동을 평가하였다. 매개변수 연구 결과, 건조토 지반 조건에서는 상부질량에 의한 관성력이 시스템의 동적 거동에 지배적인 영향을 미침을 확인하였으며 지반에 의한 운동력의 영향은 상대적으로 적다고 평가되었다. 또한 짧은 말뚝과 긴 말뚝의 동적 거동 차이 및 말뚝두부 고정단과 자유단의 거동 차이를 해석적으로 검증하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.419-426
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• 2020

본 연구에서는 철골편심가새골조 시스템을 대상으로 다목적최적화기법을 통해 설계를 수행하고 그 결과를 분석하였다. 최적화 설계를 위해 유전 알고리즘의 일종인 NSGA-II를 활용하였다. 여기서, 목적함수는 이율배반적 관계를 갖는 구조물량과 층간변위로 하여 최소화되고, 제약조건에는 구조기준에서 요구하는 내력비, 링크의 회전각 등을 포함하였다. 제약조건은 최적화 알고리즘 내에서 각 항목을 위반할수록 목적함수 값을 크게 증가시키는 벌금함수의 형태를 가지고 있다. 설계기준에서 EBF 시스템의 설계규정은 링크 부재만 항복이 허용되며 나머지 부재는 링크 항복 시 발생되는 부재력을 탄성상태에서 견디도록 의도한 역량설계법에 기초한다. 그러나 최적화를 통해 도출된 결과 중 일부는 구조기준의 설계조항은 만족하지만 특정층 링크에 소성변형이 집중되어 연약층을 형성함으로써 기준에서 의도하는 역량설계의 원칙을 위배하는 결과가 나타났다. 이를 해결하기 위해 모든 링크의 전단 초과강도계수 중 최대값이 최소값의 1.25배를 넘지 않도록 하는 제약식을 추가하였다. 새로운 제약식을 추가한 경우 모든 최적해는 설계기준과 역량설계의 원칙을 준수하는 것으로 나타났다. 모든 설계안에서 보 경간에 대한 링크의 길이비는 전단링크의 범주에 해당하는 10% ~ 14%였다. 전체적으로 설계안들은 링크의 초과강도 계수비가 가장 지배적인 제약으로 작용하였으며, 구조기준의 요구사항 중 층간변위와 내력비 등의 항목에서 허용치에 비해 매우 보수적으로 설계되었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제11권1호
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• pp.35-45
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• 2012

본 연구는 석산개발 및 석재가공으로 인해 발생되는 석분의 적절한 활용방안을 모색하기 위해 화강풍화토에 석분과 벤토나이트를 혼합한 시료에 대한 동적거동 특성을 연구하였다. 공시체 성형은 화강풍화토에 석분을 0%, 5%, 10%, 15%로 혼합하고 그 혼합토에 벤토나이트를 0%, 5%, 10%, 15%로 다시 혼합하여 만든 16개의 시료를 중량백분율로 배합한 뒤 표준다짐을 실시하고 공시체를 제작하여 각 구속압별로 공진주실험을 실시하였다. 본 연구결과 화강풍화토가 가지고 있는 최대 전단탄성계수 및 최소감쇠비 조건을 만족하는 혼합비율은 화강풍화토에 석분과 벤토나이트의 함유량이 각각 5%에서 10%범위 정도인 것으로 확인되었다. 따라서 이 범위 내에서 화강풍화토에 석분과 벤토나이트를 혼합한다면 이 혼합된 시료도 동적거동을 받는 지반재료로서의 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권7호
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• pp.29-38
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• 2018

액상화 시 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간영역에서 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 지반의 전단변형에 따른 간극수압의 발달을 직접적으로 모사하기 위해 유효응력 해석법을 이용한 액상화 모델인 Finn model을 적용하였으며 Mohr-Coulomb 탄소성 모델에 접목되어 해석이 수행되었다. 이력감쇠모델을 적용하여 지반 비선형 거동을 고려하였으며 지반과 말뚝 간의 분리현상, 미끄러짐 현상을 모사하는 인터페이스 모델을 적용하였다. 경계조건으로써 단순화 연속체 모델링 기법을 도입하여 반사파의 생성을 막고 해석 효율을 증가시켰으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 비선형 거동을 정확히 모사하고자 하였다. Wilson(1998)이 수행한 원심모형시험 케이스 중 상부지반 상대밀도가 55%인 모델을 이용하여 제안된 모델링 기법의 캘리브레이션을 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 깊이 별 과잉간극수압 비-시간 이력, 휨모멘트-시간이력, 말뚝 두부 변위-시간이력이 실험 결과를 잘 모사하였다. 상부지반 상대밀도가 30%인 모델의 결과를 이용하여 제안된 모델링 기법의 적용성 평가를 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 지반 및 말뚝 응답이 실험 결과를 잘 모사하였으며 제안된 모델링 기법이 지반-말뚝 시스템의 액상화 거동을 적절히 모사한다고 판단되었다.

• 지질공학
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• 제26권3호
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• pp.383-392
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• 2016

본 연구는 무등산국립공원 주상절리대 중 입석대 주상절리대를 대상으로 물리역학적 특성을 살펴보았다. 이를 위하여 무등산응회암에 대한 물리적 및 역학적 성질과 불연속면 특성, 주상절리대 주변의 진동 및 국지 기상 측정, 그리고 주상절리대 자체하중에 의한 지반변형을 살펴보았다. 물리적 성질의 경우 평균 공극률은 0.65%, 평균 비중은 2.69, 평균 밀도는 2.68 g/cm³, 평균 종파속도는 2411 m/s로 나타났다. 역학적 성질의 경우 평균 일축압축강도는 323MPa, 평균 탄성계수는 81 GPa, 그리고 평균 포아송비는 0.25로 나타났다. 절리면 전단시험의 경우 평균 수직강성은 3.15 GPa/m, 평균 전단강성은 0.38 GPa/m, 평균 점착력은 0.50 MPa, 그리고 평균 내부마찰각은 35°로 나타났다. 절리면 거칠기를 측정한 결과 거칠기 상수(JRC) 표준도에 따르면 4~6 범위, JRC 차트에 따르면 1~1.5 범위가 우세하게 나타나 약간 거침 상태를 보였다. 또한 주상절리 표면에 대한 실버슈미트해머 반발경도 Q값을 측정한 결과 평균 57(약 90MPa)로 나타났으며, 이는 원래 일축압축강도의 약 28% 수준이다. 입석대 주상절리대 주변의 진동을 측정한 결과 최대 진동값은 0.57 PPV (mm/s)~2.35 PPV (mm/s) 범위를 보여 주상절리대 주변의 탐방객들에 의해 발생되는 진동은 미약한 것으로 나타났다. 주상절리의 표면 및 부근에서 온도, 습도, 풍속 등 국지기상을 측정한 결과 측정 당일의 날씨 영향을 크게 받은 것으로 나타났다. 입석대 주상절리대 자체하중에 의한 지반변형 상태를 수치해석한 결과, 오른쪽 지반에서 최대 변위는 지반거리가 약 2.5m일 때 최대값을 보이며, 6m까지 급격하게 감소하다가 그 이후부터는 미미하게 증가했다. 중간 지반에서 최대 변위는 지반거리가 0~2 m에서 최대값을 보이며, 3 m에서 급격하게 감소하다가 12m에서 미미하게 증가하는 경향을 나타냈다. 그리고 왼쪽 지반에서 최대 변위는 지반거리가 5~6 m일 때 최대값을 보이며, 6~10 m까지 급격하게 감소하다가 그 이후부터는 미미하게 증가하는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권11호
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• pp.5947-5955
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• 2013

본 연구에서는 급속시공이 가능한 모듈러 도로포장 시스템에서 포장체 모듈 사이의 조인트에서 발생하는 축방향 변형량을 평가하고, 시멘트 페이스트, 에폭시, 폴리우레탄을 매트릭스로 하는 2성상 복합재료에 대하여 조인트 연결재료로서의 적용가능성을 검토하였다. 포장체 모듈 하부에 받침이 있는 경우와 노반에 직접 접촉하는 경우에 대해 FEM해석을 실시하여 발생 변형량을 평가하였다. 변형 유발 요인으로 자중 및 활하중, 온도변화 및 건조수축을 고려하였으며, 그 중 온도변화에 의한 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. 2성상 복합체의 변형성능 예측은 수정 전단지연 모델을 이용하여 수행하였다. 모래 혼입 부피비율에 따른 복합체의 탄성계수와 최대 인장변형률 변화를 검토한 결과, 15~20 mm의 조인트 폭에 대해, 폴리우레탄을 사용할 경우 모래를 20~30 % 비율로 치환함으로써 소요 변형성능을 확보하면서 동시 경제적인 조인트 연결재료로 활용할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.35-46
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• 2017

미연소탄소 함량이 높은 플라이애쉬(High carbon contents fly ash, HCFA)는 콘크리트 혼화재로의 사용이 부적합하여 대부분 매립되고 있다. 이에 본 연구는 미연소탄소함량이 높은 플라이애쉬의 지반공학적 활용 방안을 모색하기 위하여 폴리프로필렌섬유(Polypropylene fiber, PP fiber)와 모래로 보강하여 일축압축시험과 벤더엘리먼트가 설치된 일차원 수정 압축실험을 진행하였다. 섬유의 보강효과로 섬유비가 증가함에 따라 일축압축강도(UCS), 일축압축강도시의 변형률과 동일 간극비 상에서의 최대전단탄성계수(Maximum Shear Modulus, $G_{max}$)가 증가하였다. 모래로 보강된 경우 혼합물의 UCS는 다소 증가하였으나 UCS 시의 변형률은 모래비의 영향을 받지 않았으며, 모래입자는 HCFA 입자간의 접촉을 방해하여 혼합물의 $G_{max}$를 감소시켰다. 그러나 20% 이상의 모래비에 대하여 동일 에너지로 다짐하였을 시, 조밀한 상태로 조성되며 그로 인한 보강 효과를 기대할 수 있었다. 섬유나 모래로 보강된 HCFA의 압축지수(Compression index, $C_c$)는 보강재의 종류와 관계없이 주로 초기 간극비에 의해 결정되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.29-39
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• 2012

본 연구에서는 암반근입 현장타설말뚝의 선단지지력에 영향을 미치는 주요 영향인자들과 이들 영향인자에 따른 선단지지력의 변화특성을 수치해석을 통하여 분석하였다. 수치해석은 일반적으로 널리 사용되는 연속체해석 중 유한차분해석(FDM)과 암반에 존재하는 불연속면(절리, 단층 등)의 특성을 고려할 수 있는 불연속체해석 중 개별요소해석(DEM)을 병행함으로서 해석의 정확도를 높였다. 그 결과, 암반에 근입된 현장타설말뚝의 선단지지력($q_{max}$)은 암반의 탄성계수($E_m$), 불연속면의 간격($S_j$)에 비례하여 증가하였으며, 말뚝의 직경(D)에는 반비례하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 불연속면의 경사($i_j$)에 대해서는 불연속면의 경사($i_j$)가 $0^{\circ}$ < $i_j$ < $60^{\circ}$일 때의 선단지지력은 그 외 경사의 선단지지력에 비해 최대 약 50%까지 감소하였으며 이는 말뚝으로부터 전해진 하중에 의하여 말뚝하부 암반 자체 보다 암반의 불연속면에서 먼저 전단파괴가 발생하였기 때문인 것으로 판단된다. 불연속면의 경사($i_j$)가 불연속면의 내부마찰각(${\phi}_j$)과 근접할 때 선단지지력이 최소치에 가까운 것으로 나타났으며, 따라서 불연속면의 경사가 일반적인 암반 및 암반 불연속면 내부마찰각의 범위인 $20^{\circ}{\sim}40^{\circ}$에 존재할 때는 선단지지력의 산정 시 반드시 불연속면 경사의 영향을 고려해야하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권11호
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• pp.105-115
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• 2009

본 연구에서는 제주특별자치도 강정항 인근 해역에서 채취한 해사의 기본특성을 분석하고, 실내 챔버시험으로부터 미고결 제주해사의 콘선단저항-상대밀도-연직구속압의 관계를 결정하였다. 또한 현장 표준관입시험, 콘관입시험, Suspension-PS 검층을 수행하여 제주인근 해역 퇴적층의 고결가능성을 평가하였다. 시험결과, 제주해사는 입자의 각진 정도가 크고 입자표면과 내부에 공극이 발달하여 최대, 최소간극비가 큰 탄산염 모래의 특성을 가지고 있었으며, 큰 압축성을 가진 규산염 모래와 유사한 콘선단저항 분포를 나타내었다. 그러나 미고결 제주해사의 $q_c-D_R-{\sigma}_v'$ 관계는 제주인근 해역 퇴적층의 상대밀도를 과대평가하였다. 관입시험(CPT, SPT) 결과와 Suspension-PS 시험에 의한 미소변형전단탄성계수를 비교한 결과, 제주인근 해역의 퇴적층은 고결 가능성이 매우 높은 것으로 확인되었다.