• 지질공학
• /
• 제20권3호
• /
• pp.311-318
• /
• 2010

본 연구에서는 전라남도 화순군 일대에 분포하는 중생대 백악기 셰일을 대상으로 실내 시험을 통하여 풍화정도에 따른 물리적 특성과 슬레이크 내구성 특성을 파악하였다. 심한풍화 상태에서 신선한 상태의 셰일의 비중은 2.14~2.88, 건조밀도는 1.86~2.83(g/$cm^3$), 함수율은 0.12~6.36(%), 공극률은 1.33~20.49(%) 그리고 흡수율은 0.51~8.52(%)의 범위를 갖는다. 물리적 특성 중에서 공극률과 흡수율은 Ab = 0.44P-0.09(Ab: 흡수율, P: 공극률)의 관계식으로 표현되며, 결정계수($r^2$)는 0.99로 상관성이 양호한 편이다. 심한풍화 상태에서 신선한 상태의 풍화정도에 따른 셰일의 슬레이크 내구성 지수($Id_2$)는 90.07~99.33(%)의 범위를 갖으며. 또한 점하중강도 지수($Is_{(50)}$)는 10.8~90.2(kg/$cm^2$)의 범위를 갖는다. 점하중강도 지수와 슬레이크 내구성 지수와의 관계에서는 점하중강도 지수가 클수록 슬레이크 내구성은 강한 것으로 나타났으며, 이들의 상관 관계식은 $Is_{(50)}=1E-07e^{0.2033Id_2}$(kg/$cm^2$) ($r^2=0.69$)로 표현 된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제18권2호
• /
• pp.119-128
• /
• 2016

성능기반 설계에서 구조물의 안정성은 손상 상태와 이를 수치화한 손상 지수에 의해 평가한다. 지상 구조물에 대해서는 이들이 비교적 명확하게 정의되어 있으나 지중 구조물에 대한 연구 수행 사례는 매우 제한적이다. 본 연구에서는 국내 지하철 시스템에 널리 사용되는 박스형 개착식 터널에 작용하는 지진하중에 의한 손상 상태와 손상 지수를 일련의 비탄성 프레임 해석을 통하여 규명하였다. 터널의 3 단계 손상 상태는 구조물에 발생한 소성 힌지의 수에 의해 정의하였다. 손상 지수는 터널 구조 부재의 탄성 모멘트와 항복 모멘트의 비로 정의하여 탄성 해석만으로도 비탄성 거동과 파괴 메커니즘의 모사가 가능하도록 하였다. 또한 손상 지수를 자유장 전단 변형률의 함수로도 제시하였다. 전단 변형률은 1 차원 지반응답해석으로 쉽게 계산할 수 있으므로 이를 이용하여 간편하게 박스형 터널의 초기 내진 안정성 평가가 가능할 것으로 판단된다. 보다 일반적이고 보편적인 적용성 확보를 위해서는 추후 포괄적인 해석을 수행하여 다양한 형태의 터널과 지반에서의 전단 변형률 분포와 불확실성에 대한 연구가 진행되어야 할 것이다. 본 연구에서 제시된 터널 내진설계를 위한 손상 상태, 손상 지수, 그리고 전단파 속도 및 전단변형률 간의 상호관계 플래트폼은 새로운 아이디어를 담고 있으며 추후 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제32권4호
• /
• pp.5-14
• /
• 2016

건조토 지반에 근입된 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 제안된 모델은 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간 영역에서 해석이 수행되었다. 모델링 방법론으로써 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 경계요소 모델을 구성하는 스프링 계수는 탄성이론에 기초하여 결정되어, 내장 함수인 FISH를 통해 깊이에 따라 연속적으로 입력되었다. 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 기법(Kim et al., 2012)을 적용함으로써 해석 효율을 증가 시키고자 하였으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 수치 해석의 오차를 최소화하고 모델의 신뢰성을 확보하기 위해, Yoo(2013)이 수행한 원심모형시험 결과와 수치 해석 결과와의 비교를 통해 제안된 기법의 캘리브레이션을 수행하였으며, 말뚝 최대 휨 모멘트와 말뚝 횡방향 최대 변위의 깊이 별 분포가 다양한 입력 하중 조건에서 실험 결과를 적절히 모사하고 있는 것을 확인하였다. 또한, 제안된 수치 모델의 적용성 평가를 위해 다른 실험 결과와의 비교 검증을 수행하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제30권6호
• /
• pp.5-21
• /
• 2014

지진시 불포화 도로성토의 붕괴는 지하수 및 강우의 침투에 기인한 함수비의 증가가 그 원인이 됨이 지적되어 왔다. 따라서, 이와 같은 지반재해의 방지를 위한 합리적 보강방안 및 적절한 설계기준의 정립을 위해 불포화 도로성토의 동적안정성 및 변형모드에 대한 함수비의 영향을 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 불포화 도로성토의 변형 및 파괴거동에 대한 함수비의 영향을 연구하기 위해 상이한 함수비를 갖는 도로성토 모형에 대하여 동적 원심모형실험을 진행하였다. 본 실험에서는 도로성토 모형에 대한 동적하중 부가시의 변위, 간극수압 및 가속도의 계측을 통해 최적함수비 부근 및 최적함수비보다 높은 함수비를 갖는 불포화 도로성토에 대한 동적 거동을 고찰하였다. 이와 함께, 화상해석에 의한 변위 및 변형율 분포의 분석을 통하여 최적함수비보다 높은 함수비를 갖는 불포화 도로성토의 변형모드를 구명하였다. 이로부터 사면 천단부의 침하는 천단부 아래에서의 체적압축에 기인하며, 구속압력이 작은 사면 선단부 및 사면 표면부 부근에서는 체적팽창을 동반한 큰 전단변형이 발생함을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제30권4호
• /
• pp.35-45
• /
• 2014

사면의 안정성을 위한 한계평형해석은 간편함과 적용성 때문에 가장 널리 적용되고 있다. 이러한 간편한 방법으로 균질하지 않고 방향성 있는 지층 같은 다양한 지형조건을 해석하기에는 신뢰성과 설득력 있는 결과를 주기에 한계가 있다. 또한 지반굴착과 성토지반 같은 토사사면의 초기 응력상태나 응력경로와 같은 지반의 응력변화에 대해서 고려하지 못한다. 반면, 한계평형해석과는 다르게, 유한요소법에 의한 변형과 응력분포 해석은 시간에 따른 복잡한 하중단계와 탄성영역외의 범위를 다룰 수 있다. 본 연구에서는 불포화 토사사면에서 발생하는 얕은 파괴의 안전율 계산과 임계단면을 결정하는 방법을 제안한다. 유한요소해석은 유효응력 거동을 근간으로 각 요소들의 가우스 포인트에서 응력들이 계산되고 안전율이 가장 약한 지점들을 찾아 비선형 임계단면이 결정된다. 이러한 사면안정해석은 강우침투에 의해 변형되는 지반의 사면 표층파괴에 적합하게 계산된다. 침투에 의한 지반의 단위중량의 변화는 사면의 연직 및 수평변위에 영향을 주며, Drucker-Prager 파괴기준은 수리학-역학적인 연계된 불포화토의 거동 해석과 응력-변형률 관계를 위해 적용된다.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제18권5호
• /
• pp.621-630
• /
• 2006

산업부산물을 활용한 고강도 경량 콘크리트 보의 역학적 거동 구명과 함께 경량 콘크리트 보의 이론식을 바탕으로 합리적인 전단강도식을 제안하였다. 보는 경량 골재를 사용한 고강도 경량 콘크리트 보(L) 8개와 일반 골재를 사용한 고강도콘크리트 보(H) 4개의 실험체를 제작하였다. 그리고 전단스팬비(a/b=1.5, 2.5, 3.5, 4.5), 인장철근비(${\rho}$=0.57, 1.0, 1.59, 2.3%), 콘크리트의 압축강도(35.4, 65.3MPa)를 주요 변수로 설정하여 실험하였다. 이로부터 보에 대한 하중-처짐관계 및 변형률 분포, 파괴성상, 최대내력 등에 대하여 측정하였다. 또한 보의 전단강도식의 제안을 위하여 사인장 균열 강도와 극한전단강도로 세분화하여 기존 제안식과 규준식에 적용시켜 상호 비교 분석을 하였다. $V_{cr}$에 있어서는 a/b=2.5 이상에서는 ACI 규준식과 Zsutty제안식에서 감소하는 결과였지만, Mathey의 제안식에서는 약간의 상승 경향을 보였다. 또한, ${\rho},\;f_c$의 증가에 따라 $V_{cr,\exp}/V_{cr,cal}$은 과대평가의 경향이 나타났다. 한편, $V_{u, \exp}/V_{u,cal}$에서는 통계적인 방법으로 유도된 Zsutty의 제안식이 실험결과와의 일치성에서 좋은 결과를 보였다. 이 식으로부터 유도 수정된 전단강도에 대한 제안식은 $V_{cr},\;V_u$에서 합리적으로 예측할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제안된 전단강도 식은 경량 콘크리트의 전단스팬비, 인장철근비, 콘크리트 압축강도의 변화에 따른 전단내력을 합리적으로 평가하는데 유용하게 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
• /
• 한국콘크리트학회 2008년도 추계 학술발표회 제20권2호
• /
• pp.9-12
• /
• 2008

반강접합은 핀접합의 단점을 보완하고 강접합의 장점을 수용할 수 있는 중간 형태이다. 현재 국내에서 핀접합에 대한 연구는 활성화 되어있으나 반강접합에 대한 연구는 많지 않기 때문에 본 연구에서는 3가지 형태의 실험체를 제작하여 성능을 입증하려 했다. 실험체는 강접합 HI-R, 반강접합 HI-S, 핀접합 HI-P등 총 3개이다. 실험결과 HI-R은 접합부 전단파괴, HI-S는 고정단 상부 휨파괴, HI-P는 경사계단 슬래브 하부 휨파괴로 나타났고 최대내력은 각각 51.74, 51.4, 24.63kN으로 측정되었고, 강성은 1.58, 1.19, 0.37을 나타냈다. 항복강도는 각각 44.5, 47.3, 24kN을 보유하고, 연성비는 3.31, 2.32, 1.54로 나타냈고, 사용하중 작용 시의 처짐은 KBC기준에 의거하여 HI-P실험체가 기준을 초과하는 것으로 나타났다. 철근 변형률분포로 보아 HI-S는 초기에 HI-R과 유사한 거동을 보이나 항복이후 접합부 내부요소들의 응력분담으로 핀접합보다는 우수한 성능을 보유한 반강접 접합부로 판단할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제19권5호
• /
• pp.211-221
• /
• 2003

스웨덴$\"{A}"{s}"{p}"{o}$지하실험실에서는 방사성폐기물 처분공 사이 암반에서의 파쇄 및 안정성을 예측할 수 있는 능력을 평가하기 위해 $\"{A}"{s}"{p}"{o}$ 암주 안정성 실험 (APSE)이라고 하는 현지 가열 실험이 준비되고 있다. 계획된 시험 조건하의 암주에서의 균열 진전 과정을 합리적으로 예측하기 위해 경계요소 수치해석 코드인 FRACOD가 적용되었다. 암석경계와 무결암석 내에서의 균열 진전을 모사하기 위해 코드를 개선하였다. 또한 굴착 및 열하중에 의해 발생하는 응력분포를 FRACOD모델에 적용하기 위해 새로운 경계요소를 이용한 역해법을 개발하였다. 이 글은 계획된 시험조건에 대한 예측 모델링 결과를 제시한다. 굴착에 의한 응력분포는 암주 벽면에 약간의 균열을 발생시켰다. 120일 동안의 가열에 의해 암주 벽면 중앙부에서 전형적인 전단 균열들의 개시 및 전파가 일어났지만, 전반적으로 암주 내부는 고려되는 조건하에서 안정한 상태를 유지하였다. 기존 절리들의 존재와 균열 물성에 따른 영향이 또한 논의되었다. 해석 결과를 통해 FRACOD가 심부 터널 및 보어홀에서 취성 암반의 균열 진전 현상을 적절히 모델링할 수 있음을 알 수 있다. 취성 암반의 균열 진전 현상을 적절히 모델링할 수 있음을 알 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제10권3호
• /
• pp.269-282
• /
• 2008

일반적으로 터널설계와 관련된 수치해석에서 강지보의 효과가 고려되지 않고 있다. 최근 연약한 지반에 위치하는 얕은 터널 건설의 증가에 따라 터널의 안정성 해석에 강지보가 굴착으로 재 분포된 하중의 일부를 부담한다는 개념 하에 숏크리트와 함께 강지보의 효과를 적용한 사례가 늘고 있다. 이와 같은 해석에서 강지보는 여러 방법으로 고려될 수 있다. 본 논문에서는 숏크리트와 강지보의 발생응력을 알아보기 위하여 FLAC 2D를 이용하여 (1) 강지보를 고려하지 않는 일반적인 방법, (2) 숏크리트의 모멘트를 고려하지 않는 등가합성단면법, (3) 숏크리트와 강지보의 압축력과 휨모멘트를 모두 고려하는 등가합성단면법, 그리고 (4) 각각의 빔 요소로서 모델링하는 방법을 포함하는 4가지 방법에 대해 수치해석을 실시하였다. 그 결과, 강지보의 지보효과를 고려한 경우가 그렇지 않은 방법에 비해 현실적이며 경제적인 설계에 접근할 수 있는 것으로 나타났다. 강지보를 고려하는 3가지 해석방법은 지반 조건에 따라 조금씩 다른 경향을 나타내므로 설계조건 및 상황에 맞는 적절한 사용이 필요하다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제19권4호
• /
• pp.247-256
• /
• 2003

국내 서해안 지역에서는 실트질 저소성 점토가 두루 분포하고 있다. 따라서, 저소성 점토를 함유한 연약지반에 지반개량공법에 관련된 여러 해석을 실시할 경우, 일반적으로 수정 Cam-clay모델을 적용하여 FEM 해석을 수행하고 있다. 하지만, 국내에서는 등방조건에서 개발된 Cam-clay이론의 특성에 대해서 충분한 검토를 하지 않고 비등방 조건을 갖는 현장을 해석하기 위해 두루 적용하고 있다. 따라서, 본 논문은 실트질 저소성 점토지반에서 수정 Cam-clay 이론을 적용할 경우, 발생되는 문제점들을 고려하기 위해 실내 등방 및 비등방 삼축압축시험을 실시하였으며, 그 결과를 FEM 수치해석을 구성하여 시험결과와 비교ㆍ검토하였다. 검토결과 수정 Cam-clay 이론을 적용한 해석치들은 비배수 전단강도를 평가함에 합리적인 결과를 나타냈지만, 하중적용시 발생하는 간극수압을 예측함에 모두 과대 평가를 나타냈다. 특히 비등방 조건에서는 등방조건보다 더욱 큰 차이를 보였다. 이러한 원인은 수정 Cam-clay 이론 자체가 등방조건의 이론인 관계로 등방조건보다 비등방조건에서 과잉간극수압 예측이 과대 평가되는 특징을 보인다고 판단할 수 있다. 또한, 등방조건에서 약간 과대 평가되는 이유는 실트질 저소성 점토가 전단시 시료 팽창에 의한 다일러턴시가 발생하여 간극수압 예측에 전반적인 과대 평가를 유발했음이라 판단된다.