• Geomechanics and Engineering
• /
• 제31권1호
• /
• pp.71-86
• /
• 2022

In Taiwan, an efficient approach for enhancing the stability of colluvium slopes is the drilled shaft method. For slopes with drilled shafts, the soil arching effect is one of the primary factors influencing slope stability and intertwines to the failure mechanism of the pile-soil system. In this study, the contribution of soil arching effect to slope stability is evaluated using the FEM software (Plaxis 3D) with the built-in strength reduction technique. The result indicates the depth of the failure surface is influenced by the S/D ratio (the distance to the diameter of piles), which can reflect the contribution of the soil arching effect to soil stability. When α (rock inclination angles)=β (slope angles) is considered and the S/D ratio=4, the failure surface of the slope is not significantly influenced by the piles. Overall, the soil arching effect is more significant on α=β, especially for the steep slopes. Additionally, the soil arching effect has been included in the proposed stability charts. The proposed charts were validated through two case studies, including that of the well-known Woo-Wan-Chai field in Taiwan. The differences in safety factor (FoS) values between the referenced literature and this study was approximately 4.9%.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제34권12호
• /
• pp.19-27
• /
• 2018

테르쟈기는 트랩도어 처짐에 기반한 상부지반의 수직활동면을 가정한 2차원 아칭식을 제안하였다. 이후 관련 식은 3차원 터널굴착조건과 경사활동면을 고려할 수 있도록 확장되었다. 본 연구에서는 3차원 터널굴착조건에서 비등방지반조건을 반영하여 터널 횡방향 및 종방향에서의 지반물성치 및 활동면의 경사각을 달리하여 고려할 수 있도록 더욱 확장된 아칭식을 유도하고 제시하였다. 제시된 식을 이용하여 다양한 조건(지반물성치, 경사활동면, 굴착조건, 상재하중, 토압계수)에서 발생되는 수직응력에 대해 조사하였고 테르쟈기의 2차원 아칭식과도 비교하였다. 조사결과, 발생 수직응력은 굴착폭 및 굴착길이, 경사각, 상재하중이 증가할수록 증가했고 점착력과 마찰각, 토압계수가 감소할수록 증가하였으며, 굴착길이가 작을 때와 횡방향 지반물성치에 의해서 더 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 테르쟈기 2차원 아칭식과 비교하여 발생 수직응력은 더 작은 것으로 나타났고 그 차이정도는 지반물성치, 경사활동면, 3차원 터널굴착 조건에 따라 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 제시된 3차원 아칭식은 터널굴착으로 인한 복잡한 아칭현상을 보다 잘 이해하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제56권4호
• /
• pp.507-534
• /
• 2015

The present work investigates the behavior of the embankment models resting on soft soil reinforced with ordinary and stone columns encased with geogrid. Model tests were performed with different spacing distances between stone columns and two lengths to diameter ratios (L/d) of the stone columns, in addition to different embankment heights. A total number of 42 model tests were carried out on a soil with undrianed shear strength $${\sim_\sim}10kPa$$. The models consist of stone columns embankment at s/d equal to 2.5, 3 and 4 with L/d ratio equal 5 and 8. Three embankment heights; 200 mm, 250 mm and 300 mm were tested for both tests of ordinary (OSC) and geogrid encased stone columns (ESC). Three earth pressure cells were used to measure directly the vertical effective stress on column at the top of the middle stone column under the center line of embankment and on the edge stone column for all models while the third cell was placed at the base of embankment between two columns to measure the vertical effective stress in soft soil directly. The performance of stone columns embankments relies upon the ability of the granular embankment material to arch over the 'gaps' between the stone columns spacing. The results showed that the ratio of the embankment height to the clear spacing between columns (h/s-d) is a key parameter. It is found that (h/s-d)<1.2 and 1.4 for OSC and ESC, respectively; (h is the embankment height, s is the spacing between columns and d is the diameter of stone columns), no effect of arching is pronounced, the settlement at the surface of the embankment is very large, and the stress acting on the subsoil is virtually unmodified from the nominal overburden stress. When $(h/s-d){\geq}2.2$ for OSC and ESC respectively, full arching will occur and minimum stress on subsoil between stone columns will act, so the range of critical embankment height will be 1.2 (h/sd) to 2.2 (h/s-d) for both OSC and ESC models.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제21권10호
• /
• pp.5-16
• /
• 2005

토목섬유로 보강된 성토지지말뚝공법은 기존 성토지지말뚝공법의 말뚝간격처리 및 말뚝캡 면적문제를 개선하며 효과적으로 지지력을 보강하고 특히 전체침하 및 부등침하 감소시킬 수 있는 공법으로 최근 활용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 지오그리드로 보강된 성토지지말뚝공법의 보강 및 아칭효과에 대하여 연구하기 위하여 지오그리드 보강유무, 말뚝간격변화에 따른 현장모형실험과 2차원 수치해석을 수행하였다. 수치해석적 연구는 범용 유한차분해석 프로그램인 FLAC 2-D를 사용하였으며, 지반-말뚝-지오그리드의 하중전달 메카니즘에 대하며 분석하였다. 지오그리드로 보강된 성토지지말뚝의 하중전달은 성토제체 내의 아칭효과, 지오그리드의 인장, 말뚝으로의 응력전이 등의 과정이 복합적으로 발생한다. 현장모형실험 및 수치해석연구 결과에 따르면 지오그리드의 보강에 따라 아칭효과는 미소하게 감소하지만, 부등침하는 급격히 감소하는 것으로 나타났다. 또한, D/b=3(D: 말뚝캡 간격, b: 말뚝직경)일때 무보강 지반에 비하여 $40\%$의 침하가 감소하며, D/b=6이상일 경우는 지오그리드에 의한 하중전이가 발생하지 않아 보강효과가 거의 없는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
• /
• pp.784-791
• /
• 2008

In this study, we recognized about application of the load distribution factor for design of tunnel in 3D numerical analysis. Generally, load distribution factor of tunnel is applied to describe 3D arching effect that can not describe when 2D numerical analysis. Through result of 3D numerical analysis, we used to apply in numerical analysis for the load distribution factor that ratio of finally displacement to displacement of construction step. But 3D numerical analysis need to apply to load distribution factor for convenience of numerical analysis. Therefore, we proposed load distribution factor that reduce time and coast. It corrected variable of advanced length in load distribution factor of 3D numerical analysis.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제36권1호
• /
• pp.29-38
• /
• 2020

최근 환기구, 비상탈출용 수직구, 취수탑 가시설 등 지중 가물막이 또는 차수벽체로 원형 가물막이가 많이 적용되고 있다. 원형단면의 경우 벽체에 작용하는 토압이 원형가물막이 형상에 따라 아칭효과(arching effect)로 인하여 작용토압에 대한 구조체의 부재력이 감소하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 원형 가물막이에 대한 2D 유한요소해석(FEM)을 활용하여 원형띠장(ring beam) 강성을 산출 후 탄소성해석에 적용하여 부재의 단면력을 검토하였다. 더불어 3D 유한요소해석(FEM)을 통하여 원형단면의 가물막이가 다각형 형태의 가물막이보다 전단력, 휨모멘트, 그리고 발생변위가 최소값을 갖는 것으로 나타났으며, 이로써 원형단면 가물막이가 구조적으로 보다 효율적인 단면 형태임을 확인하였다

• 한국지반공학회지:지반
• /
• 제14권4호
• /
• pp.17-32
• /
• 1998

최근 수도권의 인구집중 및 경제발전의 가속화에 따른 지상공간의 부족으로 인해 지하공간에 대한 설계와 시공이 활발히 진행되고 있으며 그에 따라 지하공동 형성시 안정성을 확보하기 위한 시공기술 및 연구가 많은 발전을 이루어 왔다. 최근의 연구결과에 의하면 터널의 시공시 굴진에 따라 지반의 강도차이로 인해 발생된 3차원 절대내공변위의 변화양상을 파악하여 막장 전방의 불연속면을 미리 예측할 수 있다고 연구되었다. 따라서 3차원 계측으로 얻어진 절대내공변위의 분석을 통해 지반변화를 예측, 설계수정 및 변경을 함으로써 보다 안전하고 경제적인 터널시공이 가능하게 되었다. 본 연구는 지하공간 시공시 하중전이 효과(Arching effect)로 인한 응력의 재배치를 고려하여, 3 차원 연속체에 대한 유한요소해석을 수행함으로써 지하 공동이 존재할 경우에 대한 3차원 절대내공 변위의 양상을 파악하여 그 존재 및 위치를 예측하는 데 중점을 두었다. 또한 파쇄대 및 연약대가 존재하는 경우의 해석을 통하여 공동으로 인한 3차원 절대내공 변위 경향과의 차이를 규명하여 공동 및 파쇄대, 연약대를 가려냄으로써 각 경우의 적절한 지보선정에 도움이 되도록 하여 지하공 간 개발시 보다 진보적인 정보화 시공을 위한 시스템을 구축하는데 있어 근간을 마련하고자 한다.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제4권2호
• /
• pp.11-18
• /
• 2005

본 연구에서는 지오그리드로 보강된 성토지지말뚝의 보강 및 아칭효과를 분석하기위하여 실대형 현장모형시험과 2차원 평면변형 수치해석을 수행하였다. 연약지반 상 지오그리드로 보강된 성토지지말뚝의 현장모형시험은 $3{\times}3$ 콘크리트말뚝을 말뚝간격변화에 따라 연약지반에 타입하고 지오그리드를 포설한 후, 침하량, 수직하중, 지오그리드의 스트레인을 계측하였다. 또한 2차원 수치해석은 범용 유한차분해석 프로그램인 FLAC 2D를 이용하여 현장모형시험에 대한 비교해석을 실시하였다. 각각의 현장모형시험 및 수치해석결과, 말뚝 보강에 의한 지반의 아칭효과는 말뚝캡 중앙부에서 가장 크게 발생하였으며, 말뚝-지반-지오그리드의 강성차이로 인하여 지오그리드에 인장력이 유발되고 지오그리드 인장력발생에 의한 하중전이로 전체 지오그리드 및 성토지지말뚝 보강지반의 부등침하가 급격히 감소하였다. 또한, 말뚝간격에 따른 보강효과는 말뚝간격 $D/b{\geq}6.0$일 경우 보강효과가 거의 없는 것으로 도출되었다.

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

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제21권9호
• /
• pp.15-24
• /
• 2020

본 연구에서는 저유동성 몰탈 주입공법의 개량체에 관한 응력분담비를 복합지반법, 지반아칭이론, 소성각법 및 2차원과 3차원 수치해석, 3차원 모형실험을 통해 평가하였다. 복합지반법으로 계산된 응력분담비는 89.3, 3차원 지반아칭이론을 적용할 경우 3.75~59.0, 3차원 소성각법의 경우 82.8로 이론별 응력분담비의 차이가 나타났다. 2차원 수치해석 결과 응력분담비는 63.0~77.0으로 개량율이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났고, 3차원 수치해석 결과 50.0~56.0으로 2차원 해석 결과 대비 작게 예측되었다. 대형 삼축압축셀을 이용한 특수 모형 실험의 경우 하중단계별 응력분담비는 53.0~60.0으로 나타났고, 실험으로 평가한 응력분담비는 2차원과 3차원 수치해석적 예측치 내에서 측정되었다. 본 연구에서는 저유동성 몰탈 주입 공법의 개량체에 대하여 해석 및 실험값을 바탕으로 개량율에 따른 응력분담비에 대한 예측식을 제안하였다.