• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.1073-1080
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• 2010

In this paper, the centrifuge model tests were conducted for the sake of measuring three dimensional arching earth pressure while two step excavation of the vertical shaft. The results of the centrifuge model tests were compared to newly suggested arching earth pressure equation proposed by Kim et al(2009) and two dimension earth pressure(Rankine). As the results, Measured arching earth pressure revealed about 35 percentages of two dimension earth pressure(Rankine) and almost same as that of newly suggested arching earth pressure equation.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권7호
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• pp.27-33
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• 2016

This study expanded Terzaghi arching formula, which assumed a vertical surface as a sliding surface, to consider an arbitrarily inclined surface as a sliding surface and examined the effect of a sliding surface. This study firstly developed a formula to expand the existing Terzaghi arching formula to consider an inclined surface as well as a vertical surface as a sliding surface under the downward movement of a trap door. Using the expanded formula, the effect of excavation, ground, and surcharge conditions on a vertical stress was examined and the results were compared with them from Terzaghi arching formula. The comparison indicated that the induced vertical stress was highly affected by the angle of an inclined sliding surface and the degree of influence depended on the excavation, ground, and surcharge conditions. It is expected that the results from this study would provide a better understanding of various arching phenomenon in the future.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권4호
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• pp.341-358
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• 2024

This paper reports several plane-strain trapdoor tests conducted to investigate the effects of reinforcement on soil arching development under localized surface loading with a loading plate width three times the trapdoor width. An analogical soil composed of aluminum rods with three different diameters was used as the backfill and Kraft paper with two different stiffness values was used as the reinforcement material. Four reinforcement arrangements were investigated: (1) no reinforcement, (2) one low stiffness reinforcement R1, (3) one high stiffness reinforcement R2, and (4) two low stiffness reinforcements R1 with a backfill layer in between. The stiffness of R2 was approximately twice that of R1; therefore, two R1 had approximately the same total stiffness as one R2. Test results indicate that the use of reinforcement minimized soil arching degradation under localized surface loading. Soil arching with reinforcement degraded more at unloading stages as compared to that at loading stages. The use of stiffer reinforcement had the advantages of more effectively minimizing soil arching degradation. As compared to one high stiffness reinforcement layer, two low stiffness reinforcement layers with a backfill layer of certain thickness in between promoted soil arching under localized surface loading. Due to different states of soil arching development with and without reinforcement, an analytical multi-stage soil arching model available in the literature was selected in this study to calculate the average vertical pressures acting on the trapdoor or on the deflected reinforcement section under both the backfill self-weight and localized surface loading.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권7호
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• pp.375-381
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• 2017

성토지지말뚝의 아칭효과를 실험적으로 살펴보고자 현장시험을 수행하였으며 계측결과로부터 구한 아칭효율을 이론식에 의한 값과 비교해 보았다. 성토지지말뚝의 아칭효과를 살펴보기 위해 측정한 하중계 및 토압계에 의한 계측값들은 대체적으로 성토지지말뚝의 아칭효과를 반영하였다. 하중계 측정값을 통해 볼 때 아칭효율은 성토고 3m 까지는 평면변형률 조건을 가정한 이론식에 의한 값보다 작았으나 4m 이상에서는 이론식에 의한 값보다 큰 값을 보였으며 이론식에 의할 경우, 아칭효율은 성토고에 따라 감소하는 경향을 보였으나 측정결과는 성토고에 따라 아칭효율도 증가하는 경향을 나타내었다. 현장 시험에서 계획했던 최종 성토고까지 비교적 원활하게 작동하였던 토압계에 의한 계측결과에 따르면, 성토고에 따라 평면변형률 조건을 가정한 이론식에 의한 값보다 큰 아칭효율을 나타내었으며 4m 이상의 성토고에 대해서는 아칭효율의 변화양상 또한 이론식과 유사한 경향을 보였다. 토압계 측정결과에 따르면 성토고 2m, 3m, 4m, 5m 그리고 6m일 때의 아칭효율은 평면변형률조건을 가정한 이론식에 의한 아칭효율에 비해 각각 1.05배, 1.23배, 1,29배, 1.28배 그리고 1.29배 큰 값들을 보여 우수한 아칭효과를 보임을 알 수 있었다. 현장시험을 통해 얻은 하중계 및 토압계 측정값들로부터 계산된 아칭효율은 말뚝을 격자배치한 경우에 대한 이론식에 의한 그것보다 상당히 컸다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권5호
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• pp.481-491
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• 2020

Piles installed in row(s) are used as an effective technique to improve the stability of soil slopes. The analysis of pile-stabilized slopes require a reliable prediction of lateral resistance offered by the piles. In this work, an analytical solution is developed to estimate the lateral resistance offered by the stabilizing piles in sand and c - 𝜙 soil slopes considering soil arching phenomenon. The soil arching in both horizontal direction (between the neighboring piles) and vertical direction (in the active wedge in front of the pile row) are studied and their effects are incorporated in the proposed model. The shape of soil arch is assumed to be circular and principal stress trajectories are defined separately for both modes of arching. Experimental and numerical studies found in literature were used to validate the proposed method. A detailed parametric analysis was performed to study the influence of pile diameter, center-to-center spacing, slope angle and angle of internal friction on the lateral pile resistance.

• Geomechanics and Engineering
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• 제31권1호
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• pp.71-86
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• 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
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• 제20권6호
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• pp.127-136
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• 2004

강성옹벽에 작용하는 주동토압의 크기와 분포형태에 영향을 미치는 아칭효과는 옹벽의 안정성과 옹벽 단면의 결정에도 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 평행이동하는 강성옹벽의 경우에 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과가 옹벽에 작용하는 토압과 전도모멘트, 옹벽의 안정성, 그리고 옹벽의 단면에 미치는 영향을 규명하기 위하여 아칭효과를 고려해서 토압을 산정하는 백(2003a)의 제안식과 Coulomb의 토압이론으로부터 얻어진 결과들을 서로 비교하였다. 연구결과 $\phi$와 $\delta$의 크기에 관계없이 아칭효과를 고려했을 때의 주동토압이 Coulomb 토압보다 컸으며, 옹벽에 작용하는 전도모멘트도 아칭효과를 고려했을 때가 고려하지 않았을 때보다 큰 것으로 나타났다. 그리고 토압에 의해 옹벽의 각 위치에 유발되는 전단력과 모멘트을 비교한 결과 아칭효과를 고려했을 때의 전단력과 모멘트가 아칭효과를 고려하지 않았을 때보다 컸으며, 아칭효과의 고려 유무에 따라 옹벽에 유발되는 전단력의 차이와 모멘트의 차이는 옹벽의 저면으로부터 옹벽 높이의 0.02-0.08배되는 위치에서 최대가 되었다. 따라서 Coulomb의 토압이론에 근거해서 평행이동하는 강성옹벽을 설계하면 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과로 인해 옹벽이 활동과 전도파괴에 대하여 불안정할 수 있다. 그리고 옹벽의 단면은 옹벽에 작용하는 전단력과 모멘트를 지지하기에 충분하지 않을 수 있으며, 이러한 옹벽 단면의 부족은 옹벽의 상부보다는 하부에서 심각하게 된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권2A호
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• pp.131-143
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• 2009

지진하중과 같은 횡하중에 대하여 교량구조물의 아칭작용은 교대 사이의 상부구조에 의해 발생하며 이를 상부구조의 저항능력이라고도 한다. 교량구조물의 아칭작용의 크기는 경간의 수에 영향을 받으며 또한 상부구조, 교대와 교각의 연결조건 및 상부구조와 하부구조의 강성비에도 영향을 받는다. 프리캐스트 콘크리트 상자형 교량의 비탄성 지진응답에 대한 아칭작용의 영향을 분석하기 위하여 경간수에 따른 두 가지 종류의 예제교량(교량 SB와 교량 LB), 교각의 높이의 배열에 따른 세가지 종류(대칭, 비대칭)의 교량, 상부구조와 하부구조의 연결조건에 따른 세가지 교량(형식 A, B, C)등에 대한 구분을 조합하여 18가지 종류의 예제구조물을 작성하였으며, 이 예제구조물들에 대하여 역량스펙트럼해석, 비탄성 시간이력해석을 수행하여 지진응답을 비교하여 아칭작용의 영향을 분석하였다. 아칭작용의 영향(최대변위의 감소와 저항능력의 증가)은 교량 SB(short bridge)의 경우가 교량 LB(long bridge) 보다 크게 나타났으며 대칭교량의 경우가 비대칭교량에 비하여 크게 나타남을 알수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.302-309
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• 2017

이론적 연구를 통하여 말뚝지름과 말뚝설치간격, 성토재의 내부마찰각 그리고 성토고가 성토지지말뚝의 아칭효율에 미치는 영향을 살펴보았다. 성토지지말뚝 상부의 성토체에 발생하는 아치모델에 대하여 아칭효율을 계산함에 있어 아치의 천정부파괴 및 말뚝캡에 작용하는 하중계산을 통한 아칭효율이 같게 되는 임계 상대간격비를 구할 수 있는 식을 제시하였으며 설계에 유용하게 쓰일 것으로 판단된다. 본 연구에서 수행된 계산결과에 따르면 상대간격비가 작은 경우는 말뚝캡에 작용하는 하중을 통해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 됨을 알 수 있으며 상대간격비가 커질수록 아치의 천정부파괴에 의한 아칭효율이 설계를 지배함을 알 수 있다. 말뚝중심간 설치간격에 대한 말뚝지름의 비를 나타내는 ${\beta}$값이 커질수록 말뚝 캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 설계를 지배하게 되는 임계 상대간격비가 작아짐을 알 수 있었는데 ${\beta}$값이 0.5인 경우 임계 상대간격비는 0.35이며 ${\beta}$값이 0.2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 계산결과에 따르면 Rankine 수동토압계수($K_p$)가 클수록 임계 상대간격비는 작아져서 $K_p$가 5인 경우 임계 상대간격비는 0.23이었으며 $K_p$가 2인 경우 임계 상대간격비는 0.85이었다. 말뚝캡이 성토지반에 대해 차지하는 면적비가 9%인 경우 아칭효율은 54%이었으며 성토재의 수동토압계수가 3인 경우 아칭효율은 61%이었는데 두 경우 모두 말뚝캡에 작용하는 하중에 의해 계산되는 아칭효율이 지배하는 상대간격비가 0.5보다 큼을 알 수 있어 실제적인 설계에 적용될 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.67-74
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• 2012

기존건물의 지하층과 인접하여 굴착 시 양단벽체 토사의 마찰로 발생하는 아칭효과는 굴착벽체에 작용하는 토압을 경감시키게 된다. 본 논문에서는 굴착깊이에 대한 배면폭의 비와 벽마찰각의 변화에 따른 아칭효과의 변화를 다양한 조건에서 수치해석을 통하여 살펴보았다. 수치해석 모델은 원심모형시험결과를 바탕으로 검증하여 적용하였으며, 아칭에 의한 토압경감 효과는 굴착깊이에 대한 배면폭의 비가 작고 벽마찰각이 커짐에 따라 증가함을 알 수 있었다. 이와 같은 아칭 현상은 기존의 아칭이론 중 Handy(1985)가 제안한 이론식을 통하여 가장 정확히 묘사 가능함을 알 수 있었다.