• 한국지반공학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.37-44
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• 2017

본 연구에서는 특정 암반에 근입된 강관말뚝의 거동특성을 분석하기 위하여, 강관말뚝의 직경, 두께 및 길이 조건에 따른 인발, 압축 및 수평재하 시의 시험결과 예측을 위한 3차원 수치해석 연구를 수행하였다. 먼저, 인발재하에 대한 거동특성을 분석한 결과, 동일한 말뚝길이 및 두께와 인발하중 크기를 기준으로 말뚝직경에 반비례하는 인발변위가 나타나는 것으로 확인되었다. 또한 압축재하에 따른 하중-침하 관계를 통하여, 말뚝 직경에 비하여 말뚝의 두께가 하중저항에 대한 효과에 더욱 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었으며, 수평하중 재하에 따른 수평변위 관계를 바탕으로 수평하중의 저항효과는 말뚝직경에 의한 영향이 큰 것으로 분석되었다. 따라서 강관말뚝을 이용하여 기초구조물 설계에 따른 재하시험을 위해서는 예비설계 단계에서 말뚝 조건이 거동특성에 미치는 영향을 분석할 필요가 있는 것으로 확인되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.95-104
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• 2006

최근 경제적이고 안전한 기초 설계를 위하여 말뚝지지 전면기초(Piled raft) 또는 말뚝보강기초(Disconnected piled raft)에 대한 설계가 관심을 모으고 있다. 본 연구는 국내에서 연구가 미진한 말뚝보강기초의 거동과 그 효과를 실내 모형 시험을 대신하는 삼축압축시험을 통하여 규명하였다. 주문진 표준사와 탄소봉을 각각 지반과 말뚝으로 사용하여 삼축압축시험기에 보강 지반을 성형한 후 구속응력 상태에서 재하 시험을 실시하였다. 말뚝 보강에 따른 거동 차이를 규명하기 위하여 말뚝 개수, 말뚝 직경 및 말뚝 길이 등의 변화를 주어 하중-침하 관계를 도시하고 그 결과를 분석하였다. 시험 결과 기초지반 면적에 대한 보강 말뚝 면적비를 보강률이라 정의할 때 말뚝 수평단면 보강률이 약 18%이고, 수직단면 보강률이 약 70%일 경우 침하량은 무보강시에 비하여 약 80%까지 감소되는 것으로 나타났다. 또한 수평단면 보강률 및 수직단면 보강률에 따른 말뚝보강기초 지반의 변형계수 변화는 각각 직선식 E(Mpa) = 8.3p(%)+121.2와 E(Mpa) = 1.8p(%)+105.5로 나타났다. 본 연구의 결과 말뚝보강기초에서 소구경, 소량의 말뚝 보강으로도 비교적 큰 기초지반 침하 억제 효과가 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권1호
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• pp.39-53
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• 2019

현장에서의 양방향재하시험은 극한지지력을 판단할 수 있는 하중재하 단계까지의 재하시험이 실시되지 않기 때문에 항복하중 및 극한하중을 정확하게 알 수 없는 문제점이 있다. 그리고 정적압축재하시험과 달리 주면과 선단이 분리되어 하중이 전이되고, 주면부의 하중재하 방향이 반대이기 때문에 실제 말뚝의 거동과 다른 결과를 나타낼 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 대구경 현장타설말뚝인 바렛말뚝의 현장 양방향재하시험 결과로부터 3차원 유한요소해석을 실시하고, 재산정된 설계정수를 정적압축재하시험의 3차원 유한요소해석에 적용하여 수치해석을 실시하였으며, 그 결과로부터 현장타설말뚝의 실제 거동을 추정하는 방법을 제안하였다. 먼저, 현장타설말뚝의 현장 양방향재하시험 결과를 이용하여, 상 하향으로의 하중재하에 따른 하중-변위 분석을 실시하였다. 그리고 양방향재하시험을 3차원 유한요소해석을 통해 모사하고 역해석을 실시하여 재산정된 설계정수들을 정적압축재하시험의 3차원 유한요소해석에 적용하였으며, 이 결과로부터 양방향재하시험을 통한 정적압축재하시험의 거동을 분석하였다. 양방향재하시험을 통한 정적압축재하시험의 3차원 유한요소해석 결과를 {정적압축재하시험과 양방향재하시험의 지지력 비(y)} ~ {기준침하량과 말뚝주면장 비(x)}의 관계식으로 나타내었고, 10.0mm, 15.0 mm, 25.4mm일 때의 기준침하량에 따라 각각 구분하여 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권10호
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• pp.6322-6328
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• 2014

얕은기초의 하중지지거동을 살펴보기 위해 3종류의 얕은기초를 가정하여 유한요소해석을 수행하였다. 띠기초에 대한 해석을 통해 구한 파괴시의 기초하부지반의 파괴양상은 팽창각이 없는 경우 국부전단파괴양상을 보였으며 팽창각이 있는 경우에는 전반전단파괴양상을 보였다. 팽창각에 따른 극한하중에 있어서는 팽창각이 있는 경우의 극한하중이 팽창각이 없는 경우에 비해 1.5배 큰 값을 보였다. 원형기초와 정사각형 기초에 대한 해석결과에 따르면 팽창각의 존재여부와 관계없이 파괴시 기초 인접지반면에 상향의 변위가 발생하여 전반전단파괴양상을 보였다. 극한하중에 있어서는 팽창각이 있는 경우가 없는 경우에 비해 약 10% 정도 증가하였다. 세 종류의 얕은기초에 대하여 해석을 통해 얻은 하중-침하곡선을 살펴볼 때 팽창각이 클수록 하중지지능력이 큼을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1C호
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• pp.53-62
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• 2008

본 논문에서는 직접단순전단변형으로 발생하는 주응력 방향의 회전에 의한 소성변형을 고려할 수 있는 구성모델을 제안하였다. 이 모델은 두 개의 응력면에서 발생하는 응력상태의 변화를 이용하여 각 응력면의 소성변형률을 계산하였다. 두 개의 응력면에서 계산된 소성변형률을 합산하여 전체 소성변형률을 구하였다. 첫번째 응력면은 최대전단응력면을 나타내며 이 응력면은 응력변화에 따라 수평방향을 기준으로 회전한다. 두번째 응력면은 수평방향으로 고정된 수평면을 나타낸다. 초기 수직응력과 수평응력이 서로 다른 상태에 있는 직접단순전단시험의 공시체에서 전단변형으로 발생하는 주응력 방향의 회전현상을 두번째 응력면에 작용하는 응력상태를 이용하여 모델링하였다. 본 모델의 구성관계식은 전단변형으로 인한 흙의 골격변화 즉 체적변화를 수식화하였으며 응력-물의 상관관계를 동시에 묘사할 수 있는 FLAC을 이용하여 모델링하였다. 느슨한 Fraser River 모래의 배수 직접단순전단시험에서 발생하는 전단응력과 체적변화는 주응력 방향의 회전에 따른 소성변형을 포함하고 있으므로 이를 계산하여 구성모델을 검증하였다. 느슨한 모래 지반에 놓인 강성기초의 하중 증가에 따라 발생하는 지반침하를 주응력 방향의 회전을 고려하여 예측하였을 때 실제 계측된 침하량과 유사한 결과를 얻었다. 주응력 방향의 회전을 고려하지 않고 Mohr-Coulomb모델을 이용하여 계산된 침하량은 실제 침하량 또는 제안된 모델이 예측한 침하량의 약 20%정도에 해당하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권12호
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• pp.5-15
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• 2015

연약지반 개량목적으로 쇄석다짐말뚝에 대한 연구는 많이 진행되어 왔다. 하지만 이러한 연구들은 수치해석 및 실내모형실험을 토대로 도출해 낸 결과이며, 연성말뚝(기초의 강성이 작아 유연한 기초)의 벌징파괴에 대해 효율적으로 적용할 수 있는 방안에 대한 연구는 없는 실정이다. 이 연구는 SPT 시험의 N치로 추정된 지반물성치의 변화에 따른 쇄석다짐말뚝의 등단면 및 변단면의 하중-침하량 관계에 대한 민감도를 분석하였다. 정재하시험의 하중-침하량 결과에 기초하여 수치해석 시 지반에 대한 지반 물성치를 추정하였다. N치가 3이하인 매우 연약한 점토층의 탄성계수는 700~2000kPa, 푸아송비는 0.40~0.48의 값이 합리적인 것으로 판단되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6C호
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• pp.407-419
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• 2006

현장타설말뚝이 주면저항력에 의해서만 지지되는 상황은 천공홀 바닥을 청소할 수 없어서 선단부 지지력의 반현 여부를 확신할 수 없을 때이다. 반대로, 신선한 기반암이 낮은 강도의 상부 재료 하부에 있는 경우는 암반에서의 선단지지력만으로 상부 하중을 지탱할 수 있으며, 상부 재료에서는 지지력 발현을 기대하지 않아도 된다. 그러나 신선암에서 일정 깊이 천공을 실시한 경우, 현장타설말뚝은 주면저항력과 선단지지력 모두를 기대할 수 있다. 암반에 근입된 현장타설말뚝의 거동에 관한 이론적 연구와 현장 시험을 통하여 작용 하중의 대부분이 통상 주면저항력에 의해서 지지되게 된다는 사실이 알려져 있다. 암-콘크리트 접촉면에서의 수직응력은 두 가지 기구에 의해 증가하게 된다. 먼저, 말뚝 상부에 작용하는 압축하중에 의해서 콘크리트는 탄성 다이레이션이 발생하고 두 번째로 거친 천공홀 표면에서 전단 변위를 통해서 접촉면의 역학적 다이레이션이 발생되게 된다. 수직 변위에 대한 근입부 주변 물질의 강성도가 일정하면, 작용하중이 증가함에 따라서 수직응력은 증가하게 되며 따라서, 전단강도의 증가 현상이 발생하게 된다. 본 연구에서는 수치해석을 통하여 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면부 거동특성을 조사하였다. 또한, 두부의 하중-침하량(선단부 침하량+말뚝의 탄성변형량) 관계가 비선형성을 띠는 원인 및 파괴기구를 충분히 조사함으로써 암반에 근입된 현장타설말뚝의 주면저항력에 영향을 미치는 요소들을 모두 고려하여 국내 풍화암 및 연암에 근입되는 현장타설말뚝의 설계차트를 제시하고 이를 검증하였다.

• 지질공학
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• 제3권2호
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• pp.177-190
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• 1993

연약지반에서 성토나 교대등에 의한 편재하중이 작용하게 되면 지반중에는 침하, 측방변위, 융기 및 전단파괴 등의 큰 소성적인 전단변형이 발생하여 지반 및 구조물에 큰 피해를 주는 것을 많이 볼 수 있다. 본 연구는 이러한 연약지반에서 편재하중에 의한 지반의 제반변형에 대한 거동을 연구하기 위하여 기존의 이론적인 배경을 조사하고 모형실험을 통한 실측치를 이용하여 서로 비교분석하여 보았다. 모형실험은 먼저 모형재하장치를 제작하고 토조안에 연약한 흙시료를 채워 비배수상태에서 일정한 시간간격으로 하중단계를 증가시켜 가면서 변형의 상태를 관측하였다. 실험결과를 토대로 지반특성과 변위량의 관계, 한계하중 및 극한지지력, 지반의 소성유동의 상태 및 측방 유동압의 검토 등을 상세하게 분석하여 기존의 이론과 비교해 봄으로써 실제 연약지반상에서의 측방변형에 대한 원인을 규명함으로써 그로 인한 피해를 사전에 방지하고자 한다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.13-22
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• 2015

본 연구에서는 3차원 유한요소 해석을 수행하여 터널굴착에 의한 말뚝의 거동변화를 지배하는 말뚝선단에 대한 터널의 상대 위치를 고려하여 분석하였다. 수치해석 결과를 순수하게 터널굴착으로 발생한(Tunnelling-induced) 말뚝두부의 침하, 상대변위, 체적손실률(Volume loss), 말뚝의 축력, 전단응력 그리고 겉보기안전율 등을 분석하였다. 터널과 말뚝선단의 상대위치를 고려했을 때 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재하는 경우 Tunnelling-induced 말뚝두부의 침하는 지표면의 침하보다 크게 나타났으며, 이는 말뚝에 Tunnelling-induced 인장력을 발생시켰다. 반대로 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 외부에 존재할 경우, 말뚝상부에서 유발된 하향의 전단응력으로 인해 말뚝에는 Tunnelling-induced 압축력이 작용하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-변위 관계를 이용하여 겉보기안전율을 분석한 결과 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝의 겉보기안전율은 평균 약 36% 감소하는 것으로 나타났다. 터널의 상대위치에 따른 전단응력전이 매커니즘을 Tunnelling-induced 말뚝축력, 전단응력과 말뚝의 겉보기안전율을 고려하여 심도 있게 고찰하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제13권6호통권58호
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• pp.192-203
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• 2009

본 연구는 경부고속철도(대구~부산) 도심통과 노반신설 공사중 기존 부산지하철 1호선 및 부산지하철 2호선 구간에 대한 안정성에 관한 연구로서 현장조사를 실시하여 대상시설물의 외관상태, 품질상태 및 내구성능 등을 평가하고 MIDAS/GTS를 이용한 수치해석을 통해 대상시설물 및 본선터널의 안정성을 검토하는데 그 목적이 있다. 지하수위 하에서 터널이 시공되는 기본 메카니즘과 3차원 유한요소해석 응력-간극수압 연계해석을 수행한 후 라이닝 작용하중, 막장안정성, 지표침하 등 지하수와 터널굴착의 상호관계를 고찰하였다. 수치해석의 결과 1, 2호선의 최대침하, 부등침하, 라이닝응력 등은 허용치 이내이며 손상 정도는 무시할 수 있는 정도의 경미한 것으로 나타나고 있다. 그러나 실제 터널 시공시 막장거동을 최소화하기 위하여 필요시 Pre-Grouting을 시행하여 터널 굴착시 터널내 유출수를 최소화하는 것이 필요할 것으로 판단된다.