• 한국지반공학회논문집
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• 제20권8호
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• pp.147-158
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• 2004

국내 액상화 상세평가에 관한 시방내용을 살펴보면, 지진을 정현하중으로 고려한 등가전단응력개념에 기초하여 전단응력을 달리한 3회 이상의 액상화 발생 실내진동시험을 수행하고 이를 토대로 액상화 저항응력비 곡선을 도시하여 지진규모별로 적용할 것을 명시하고 있다. 즉, 현행 액상화 상세평가에서는 실내진동시험결과인 응력, 변형률, 과잉간극수압, 유효응력, 응력 경괴의 변화 등의 다양한 결과들을 효과적으로 이용하지 못하고 최대전단응력과 액상화 발생시 진동재하횟수라는 단순한 시험결과만을 이용하여 액상화 평가를 수행한다. 본 연구에서는 현행 액상화 상세평가에서의 단순한 시험결과의 이용을 탈피하여 응력, 변형률, 그리고, 과잉간극수압 시간이력들과 응력-변형률 상관관계 및 유효응력경로 등의 다양한 실내진동시험 결과를 토대로 액상화 발생메카니즘을 포함한 지반의 동적저항상태를 분석하였다. 특히, 과잉간극수압의 영향을 고려한 동적 유효응력경로가 지반의 동적거동을 효과적으로 구분하여 나타낼 수 있는 점을 발견하고 이를 토대로 지반의 동적상태를 점진적 응력감소, 급진적 응력감소, 그리고 액상화 후 극한상태의 3단계로 구분하였다. 또한, 액상화 현상이 실제적으로 점진적 응력감소에서 급진적 응력감소로 전환되는 시점에서 대변형을 동반하여 발생한다는 사실을 발견하고 이를 액상화 상태전환시점으로 정의하였으며 이러한 액상화상태전환시점이 압축제하 또는 인장재제하로 하중방향이 바뀌는 시점에서 발생하는 점을 반영하여 1/4주기별 시험결과분석에 기초하여 저항특성을 나타내었다. 그리고, 본 연구를 통해 제안된 액상화 저항특성에 대한 타당성 검토를 위해 과잉간극수압으로 인해 발생하는 지반재료 내부에서 소산되는 에너지 개념과 기제안된 교란상태개념에 기초한 액상화 저항특성과 비교하였다. 연구결과, 제안된 누적 소성 전단변형률은 액상화 발생의 원인이 되는 과잉간 극수압의 영향을 합리적으로 표현하고 있을 뿐만 아니라 진동하중으로부터 소산되는 재료 내부의 에너지 변화를 신뢰성 높게 표현하고 있는 것으로 나타났다. 특히, 제안된 지반의 한계 저항특성의 경우, 기제안된 교란도 함$.$수에 기초한 수치해석방법보다 정확하게 대변형의 영향을 포함하지 않고 한계상태를 표현하고 있는 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권2호
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• pp.123-133
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• 2024

This study investigates the effects of loading frequency (f) and specimen size on the liquefaction resistance of clean sand. A series of cyclic direct simple shear tests were conducted on Jumunjin sand with varying consolidated relative densities (40% and 80%), f values (0.05, 0.10, and 0.20 Hz), and diameter to height (D/H) ratios (3.63, 3.18, 2.82, and 2.54). The results demonstrated the significant influence of f and D/H ratio on the number of cycles to liquefaction (N_cyc-liq) and the cyclic resistance ratio (CRR₁₅). It was observed that increasing f linearly increased N_cyc-liq. Increasing the specimen height also led to higher N_cyc-liq values irrespective of the f or relative density. Moreover, a positive correlation between CRR₁₅ and f indicated that higher f yielded higher CRR₁₅. This relationship was more pronounced in dense sand than in loose sand. Specimen height also significantly affected CRR₁₅, with increasing the specimen height resulting in higher CRR₁₅ values. Furthermore, the effect of f on CRR₁₅ was less significant compared to the influence of specimen height. The effect of f on the normalized cyclic resistance ratio (NCRR) was relatively negligible for loose sand but more substantial for dense sand depending on the D/H ratio. Data analysis revealed that the NCRR generally decreases as the D/H ratio increases. An interpolation formula was provided to calculate the NCRR based on the D/H ratio regardless of the f and relative density.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제7권6호
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• pp.133-143
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• 2006

본 논문에서는 저자가 제안한 유효응력모델을 이용하여 지진시 사면의 동적거동에 관한 수치해석을 수행하였다. 항복함수는 동일한 응력비를 가진 무한개의 방사선을 의미하며, 비관련 유동규칙을 가진 탄소성모델인 UBCSAND를 이용하였다. 이 모델은 FLAC내에 내장된 Mohr-Coulomb모델을 변형한 형태이다. UBCSAND모델을 이용하여 RPI에서 수행한 원심모형실험결과를 예측하였다. 먼저, UBCSAND모델을 Nevada모래를 사용한 반복 직접단순전단시험결과를 이용하여 검증하였으며, 액상화전후의 거동을 예측하였다. 이와 같이 검증된 모델을 원심모형실험에서 계측된 가속도, 과잉간극 수압, 변위와 서로 비교하였다. 일반적으로 계측치와 예측치가 일치하였다. 유효응력모델을 이용한 동적 수치해석기법은 서부 캐나다에서 댐, 교량, 터널, 파이프라인과 관련된 액상화 프로젝트에 실제 사용되고 있다.

• 한국농공학회지
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• 제35권2호
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• pp.43-56
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• 1993

The laboratory tests are performed on how the liquefaction potential of the sea dike structures on the saturated sand or silty sand seabed could be affected due to earthquake before and after construction results are given as follows ; 1. Earthquake damages to sea dike structures consist of lateral deformation, settlement, minor abnormality of the structures and differential settlement of embankments, etc. It is known that severe disasters due to this type of damages are not much documented. Because of its high relative cost of the preventive measures against this type of damages, the designing engineer has much freedom for the play of judgement and ingenuity in the selection of the construction methods, that is, by comparing the cost of the preventive design cost at a design stage to reconstruction cost after minor failure. 2. The factors controlling the liquefaction potential of the hydraulic fill structure are magnitude of earthquake(max. surface velocity), N-value(relative density), gradation, consistency(plastic limit), classification of soil(G & vs), ground water level, compaction method, volumetric shear stress and strain, effective confining stress, and primary consolidation. 3. The probability of liquefaction can be evaluated by the simple method based on SPT and CPT test results or the precise method based on laboratory test results. For sandy or silty sand seabed of the concerned area of this study, it is said that evaluation of liquefaction potential can be done by the one-dimensional analysis using some geotechnical parameters of soil such as Ip, Υt' gradation, N-value, OCR and classification of soils. 4. Based on above mentioned analysis, safety factor of liquefaction potential on the sea bed at the given site is Fs =0.84 when M = 5.23 or amax= 0.12g. With sea dike structures H = 42.5m and 35.5m on the same site Fs= 3.M~2.08 and Fs = 1.74~1.31 are obtained, respectively. local liquefaction can be expected at the toe of the sea dike constructed with hydraulic fill because of lack of constrained effective stress of the area.

• Earthquakes and Structures
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• 제25권1호
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• pp.27-41
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• 2023

This study focused on nonlinear effective stress site response analysis using two coupled constitutive models, that is, the DM model (Dafalias and Manzari 2004), which incorporated a simple plasticity sand model accounting for fabric change effects, and the PMDY03 model (Khosravifar et al. 2018), that is, a 3D model for earthquake-induced liquefaction triggering and postliquefaction response. A detailed parametric study was conducted to validate the effectiveness of nonlinear site response analysis and porewater pressure (PWP) generation through a true coupled formulation for assessing the initiation of liquefaction at ground level. The coupled models demonstrated accurate prediction of liquefaction triggering, which was in line with established empirical liquefaction triggering relations in published databases. Several limitations were identified in the evaluation of liquefaction using the cyclic stress method, despite its widespread implementation for calculating liquefaction triggering. Variations in shear stiffness, represented by changes in shear wave velocity (Vs1), exerted the most significant influence on site response. The study further indicated that substantial differences in response spectra between nonlinear total stress and nonlinear effective stress analyses primarily occurred when liquefaction was triggered or on the verge of being triggered, as shown by excess PWP ratios approaching unity. These differences diminished when liquefaction occurred towards the later stages of intense shaking. The soil response was predominantly influenced by the higher stiffness values present prior to liquefaction. A key contribution of this study was to validate the criteria used to assess the triggering of level-ground liquefaction using true coupled effective-stress constitutive models, while also confirming the reliability of numerical approximations including the PDMY03 and DM models. These models effectively captured the principal characteristics of liquefaction observed in field tests and laboratory experiments.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.213-220
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• 2016

최근 제한된 국토 면적에 비해 늘어나고 있는 인구와 그에 따른 교통량 증가에 따라 효율적인 공간 이용의 필요성이 급증하고 있다. 이를 위하여 여러 가지 지하구조물 건설이 증가하고 있으며, 그 중 대표적인 것이 복층터널이다. 복층터널 건설시 터널 라이닝과 주위 지반이 접촉하게 되고, 그 사이에 차수, 보호 또는 지반보강의 목적으로 토목섬유를 시공하게 된다. 따라서 필연적으로 지반-토목섬유 접촉면이 형성되어 터널의 전단 거동에 큰 영향을 미치게 되며, 특히 지진과 같은 동적하중 재하시 그 거동은 매우 복잡해지므로 실험적 접근이 필수적이다. 본 연구에서는 터널 주위지반의 지하수 내 산성 및 중성과 같은 화학적 성분이 반복 전단하중 상태에서 지반-토목섬유 접촉면의 전단강도 감소에 미치는 영향을 실내 시험을 통하여 분석하였다. 또한 여러 가지 요인에 의하여 형성되는 지중 온도차를 고려하기 위하여 시료의 온도를 $20^{\circ}C$와 $40^{\circ}C$로 설정하여 온도에 의한 접촉면의 동적 전단특성을 고려하였다. 이를 위하여 접촉면 동적전단시험기를 이용하고 60일, 960일간 수침시킨 토목섬유와 흙 시료를 이용하여 반복 단순전단시험을 수행하였고, 그 결과를 교란상태개념을 이용하여 지반-토목섬유 접촉면의 전단강도 감소 특성을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권11호
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• pp.73-81
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• 2016

최근 늘어나고 있는 폐기물량에 따라 해상 폐기물 매립장의 건설이 연구되고 있으며, 매립장 내 폐기물의 보강 및 보호 목적으로 토목섬유가 널리 사용되고 있다. 토목섬유는 흙과의 접촉면을 형성하는데 지진시 접촉면에서의 동적 전단 거동이 폐기물 매립장의 지진시 거동 및 안정성을 지배하는 가장 중요한 요소이다. 따라서 접촉면 동적 전단거동 및 동적상대변위 파악이 매우 중요하다. 이러한 접촉면 거동은 주위 환경 및 하중조건에 의해 영향을 받으며 복잡한 응답을 보이므로 이론적 접근이 곤란하다. 본 연구에서는 침출수 내의 산성 및 염기성과 같은 성분이 반복 전단하중 상태에서 지반-토목섬유 접촉면의 동적 상대변위특성에 대하여 실내 시험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 이를 위하여 동적 접촉면 전단 시험기를 이용하여 산성 및 염기성 용액에 840일 장기수침 시료와 60일 단기수침시료에 대하여 반복 단순전단 시험을 수행 하였다. 그 결과 산성 및 염기성 조건 공통적으로 산성일 경우 접촉면의 상대변위가 가장 큰 값을 나타내어 접촉면 손상 정도의 크기가 상대적으로 큰 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.145-159
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• 2004

본 연구에서는 지진시 지반의 안정성 평가시, 진동시험에 기초하여 액상화 발생가능성 여부를 판정하는 상세평가법을 개발하였다. 개발된 평가법에서는 기존의 평가법이 지진을 단순히 정현하중화하는 등가전단응력개념에 기초한점과는 달리, 지진의 최대가속도, 유효지속시간, 지진형태, 그리고 지진규모 등 다양한 지진영향인자가 고려될 수 있도록 실지진기록 입력의 지반응답해석을 포함하도록 하였다. 지반의 고유한 저항특성을 응력-변형률 시험 결과로부터 액상화 전환시점까지의 누적 소성 전단변형률로 하였으며 이와 연계하여 지진의 액상화 발생특성을 지반응답해석을 통해 획득 가능한 전단변형률 시간이력곡선에 기초하도록 하였다. 이때, 액상화를 유발시키는 실지진기록의 특성분석을 위해 실지진하중 재하의 진동삼축시험을 수행하였다. 시험결과, 충격형 지진인 경우, 지진기록의 최대하중이 재하된 직후, 과잉간극수압이 급진적으로 발전하며 액상화가 발생하는 것으로 나타났으며 진동형 지진의 경우에는 최대하중이 재하된 경우, 눈에 띄는 과잉간극수압의 변화가 관찰되었으며 이후, 일정수준 이상의 큰 하중재하시 액상화가 발생하였다. 이로부터 액상화 발생에 가장 큰 영향인자는 최대하중인 것을 알 수 있었으며 진동형 지진형태의 경우, 일정수준 이상의 후속하중에 대한 고려가 필요함을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 본 평가법에서는 우선적으로 충격형 지진에 한하여 사용할 것을 제안하며 이때, 최대 전단변형률까지의 시간이력곡선으로부터 소성 전단변형률을 누적계산하여 이를 해당입력지진의 액상화 발생특성치로 정하였다. 기존의 등가응력개념에 기초한 상세평가법과의 비교를 통한 타당성 분석결과, 본 평가법은 기존의 상세평가법보다 유효응력경로 및 응력-변형률 상관곡선 등 실제적인 지반거동변화에 관한 진동시험결과에 기초하여 지반의 고유특성을 결정하고 지반응답해석을 통해 증폭현상을 포함한 지반 내 지진거동변화와 지진시간이력이 보유하고 있는 지진특성을 충분히 반영하고 있으므로 신뢰성 높은 액상화 상세평가가 가능할 것으로 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제4권3호
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• pp.173-190
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• 2012

With recent growing interests in the Performance-Based Seismic Design and Assessment Methodology, more realistic modeling of a structural system is deemed essential in analyzing, designing, and evaluating both newly constructed and existing buildings under seismic events. Consequently, a shallow foundation element becomes an essential constituent in the implementation of this seismic design and assessment methodology. In this paper, a contact interface fiber section element is presented for use in modeling soil-shallow foundation systems. The assumption of a rigid footing on a Winkler-based soil rests simply on the Euler-Bernoulli's hypothesis on sectional kinematics. Fiber section discretization is employed to represent the contact interface sectional response. The hyperbolic function provides an adequate means of representing the stress-deformation behavior of each soil fiber. The element is simple but efficient in representing salient features of the soil-shallow foundation system (sliding, settling, and rocking). Two experimental results from centrifuge-scale and full-scale cyclic loading tests on shallow foundations are used to illustrate the model characteristics and verify the accuracy of the model. Based on this comprehensive model validation, it is observed that the model performs quite satisfactorily. It resembles reasonably well the experimental results in terms of moment, shear, settlement, and rotation demands. The hysteretic behavior of moment-rotation responses and the rotation-settlement feature are also captured well by the model.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권5호
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• pp.5-17
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• 2022

말뚝(pile)은 연약한 지반에 구조물을 설치하기 위하여 지중에 관입시키는 매개체로서, 특히 PHC말뚝은 설계기준강도 80MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하여 제작하므로 압축력과 휨모멘트에 대한 저항성이 우수하다. 또한 강관 말뚝 대비 경제성에서 유리하며 공장에서 생산되므로 품질확보 및 관리가 용이하다. 하지만 PHC말뚝의 설계 시 지지력에 영향을 미치는 주면마찰력은 단순히 경험식 또는 N값 등을 이용한 추정치에 의한 설계가 이루어지고 있으며, 특히 최근 빈도수가 급증하고 있는 국내 지진에 대하여 PHC말뚝 주면부에 형성되는 지반과의 접촉면 동적거동에 관한 실험적 연구 사례는 미미한 실정이다. 또한 지반 내 지하수의 pH 값과 같은 지반환경적 요소 역시 고려되지 않고 있다. 본 연구에서는 지하수의 pH 값을 고려하여 산성, 중성, 염기성 용액에 1개월간 수침시킨 콘크리트 시료를 점토의 구성광물인 카올리나이트 시료와 접촉시키고, 반복 단순전단시험을 수행하였다. 반복 단순전단시험은 상재압 0.2MPa 및 0.4MPa에 대하여 각각 수행하였고 그 결과를 비교하였다. 또한 접촉면의 동적 거동을 합리적으로 표현하기 위하여 교란상태개념(Disturbed State Concept)을 도입하여 교란상태함수를 구성하는 매개변수를 도출하였다. 그 결과 염기성 수침시료에 대하여 접촉면의 교란도가 가장 급격히 증가하였고 구속압이 작을 경우 보다 작은 누적 전단변형률에서 조기에 접촉면이 파괴상태에 근접하는 결과를 나타내었다. 또한 이러한 경향을 정량적으로 표현하는 교란상태함수의 매개변수를 새로이 제시하였다.