• 한국지반공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.53-64
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• 2003

사면을 포함한 경사지에 설치된 송전탑, 교각, 고층빌딩 등을 지지하는 말뚝은 풍하중, 지진, 차량 등에 의한 수평하중을 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 사면이나 경사지에 설치된 수평하중을 받는 말뚝은 편평한 지반에 비하여, 수평지지력이 감소하기 때문이다. 그러므로 이러한 구조물은 일반적으로 강성이 높고, 대구경의 기초인 피어기초가 사용된다. 수평하중을 받는 피어기초는 일반적으로 장대말뚝과 다른 거동을 한다. 즉, 수평하중에 의하여 말뚝 자체의 회전이 발생하고, 그 회전의 중심점 상부의 사면측의 수동토압에 의존하여 지반파괴가 발생한다는 측면에서 짧은 강성 말뚝과 유사한 거동을 한다. 본 논문은 모래사면의 언덕 근처에 설치된 짧은 말뚝의 수평하중의 영향에 대한 실험 및 수치해석 결과를 포함한다. 대부분을 모형실험과 3차원 탄소성 유한요소해석의 비교, 결과를 기술하였다. 먼저, 사면 언덕에서 모형말뚝까지의 거리를 3종류로 구분하여 단항의 모형실험과 군항말뚝의 수평하중 특성을 파악하기 위하여 수평지반과 사면지반(경사 30$^{\circ}$)에 대하여 말뚝중심간의 거리를 각2종류로 모형실험을 실시하였다. 동시에 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석을 통하여 모형실험의 결과와의 비교를 시도하였다. 사용된 모래지반은 배수조건하에서 삼축압축실험으로 재현하였다. 3차원 탄소성 유한요소해석에서 완전탄소성모델의 파괴기준은 Mohr-Coulomb식, 소성 포텐셜은 Drucker-Prage식을 이용한 MC-DP모델을 적용하였다. 연구결과, 3차원탄소성 유한요소법이 사질토 지반에 설치된 짧은 말뚝의 수평거동을 파악하는데 유효하다는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제13권1호
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• pp.35-46
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• 1997

실제지반에 하중이 가하여 질 경우 발생되는 주응력회전시의 지반거동을 해석하기 위하여 등 방단일경화구성모델이 적용되었다. 이 모델에 의한 해석결과는 Ko압밀점토의 중공 원통형 공시체에 여러가지 응력경로를 대상으로 실시된 일련의 비틀림전단시험에 의한 시험치와 좋은 일치를 보이고 있다. 결국 주응력회전시의 지반거동은 등방압축 및 통상적인 압밀비배수 삼축압축시험으로 얻을 수 있는 간단한 정보만을 활용한 이 모델로 예측될 수 있음을 알았다. 비틀림전단시험결과와 해석결과 모두에서 등방탄소성 지반거동을 최초재하 (primary loading)단계 동안에 관찰할 수 있었다. 그러나, Ko압밀응력의 등방항복면내에서 감하나 수재하와 같은 응력 반전을 실시할 경우 최대주변형률증분 방향의 해석치는 시험치와 일치하지 않았다. 이는 응력반전시의 지반거동을 해석하기 위하여는 등방경화모델 (isotropic hardening model)보다 는 이동경화모델(kinematic hardening model)이 개발되어야함을 의미한다. 또한 본 연구에서는 일공간에서 변형률증분벡터의 시험치가 관련흐름법칙 및 비관련흐름법칙에 의한 해석법과 비교되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권3호
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• pp.403-414
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• 1994

본 연구에서는 철근콘크리트 격납구조물에서 가상의 냉각재 유출사고에 의한 온도하중과 압력에 따른 거동을 알아보기 위한 비선형 해석을 수행하였다. 시간에 따른 온도하중을 결정하기 위하여 과도온도해석을 통해 격납구조물 단면내의 온도분포를 구하였다. 구조물은 기하학적 비선형성과 재료비선형성을 고려한 쉘요소로 이상화되며, 쉘요소는 두께방향에 따라 변하는 응력을 고려하기 위해 몇 개의 층으로 이루어진 모델을 사용하였다. 본 연구에서는 재료비선형성을 고려하기위해 콘크리트의 압축거동은 Drucker-Prager 항복규준에 의해 모델링하며 부착효과를 고려한 콘크리트의 인장거동을 나타내기 위해 인장증강모델을 사용하였다. 철근은 축방향력만을 받는 분포 철근층으로 모델링하였으며 steel liner는 Von Mises 항복규준에 따라 모델링하였다. 열응력은 인접한 두시간 단계에서의 온도차를 하중증가로 고려하여 초기변형 문제로 변환하여 결정되었다. 본 연구에서의 수치해석결과에 의하면 과도온도해석에 근거한 비선형온도경사를 고려할때의 응력이 고려하지 않을때의 응력에 비해 크게 나타남을 알 수 있었다. 본 연구는 우리나라에서 많이 건설되고 있는 원자력발전소의 정확하고 진보적인 해석을 위하여 비선형해석 기법을 유도하여 제시하였으며, 특히 온도분포의 비선형성과 재료비선형을 고려한 고급 유한요소해석을 가능케하고 있다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제14권5호
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• pp.39-52
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• 1998

본 논문은 정규압밀된 점성토 지반에서 강관 매입 말뚝의 수평 거동에 영향을 미치는 여러인자들 중에서 말뚝의 근입길이, 지반조건(건조단위 중량 $\gamma_4$), 말뚝 두부의 구속조건의 영향에 관하여 모형실험을 수행하였으며, 이러한 영향을 정량화 할 수 있는 경첩식을 그 결과들로부터 얻었다. 모형실험에 사용한 지반은 3종류의 정규압밀 점토이다. 2종류의 말뚝 근입길이와 말뚝 두부의 고정 자유조건의 모형실험결과들에 의하여 수평하중-변위 관계는 $\gamma_d/\gamma_{dmax}$=0.84 이하에서 완전 탄소성체의 거동형상을 보일 것으로 나타났으며, 각 실험에서 최대 수평하중(Q--) 이후의 수평하중 감소는 상당한 시간 의존성을 보였다. 본 연구에서는 수평 하중-변위관계(logo-logy/D)와 최대 휨 모멘트-변위관계($loaM_{max}$.-.-logy/D)에서 각각 구한 항복 수평하중(Qy)과 항복 최대 휭 모멘트(My)가 직선적인 관계로 밝혀졌다. Relaxation에 의한 수평하 중은 모형실험 결과들로부터 시간을 변수로 한 지수 함수식으로 회귀분석 하였다. 수평 극한하중과 항복하중에 대한 지반조건의 영향은 $\gamma_4$$/\gamma_{dmax}$의 변수로 한 지수함수식으로 모델화 하였으며, Broms와 Budhu et at.에 의한 결과와의 비교에서 예측결과가 26-78%정도 과대평가 되었다. 수평하중-변위 관계에 대한 말뚝 두부의 고정조건 영향에서 $Q_{mxed}/Q_{free}$-y/D의 관계는 상당히 비선형적으로 나타났으며, yiD를 변수로 한 지수함수식으로 모델화하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.107-115
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• 2008

본 연구는 1차압밀 중의 크리프의 영향과 Yin이 제안한 탄-점-소성 모델에 대한 적용성을 검토하였다. 탄성모델을 이용한 일반적인 압밀이론은, 1차압밀 과정을 표현할 수 있으나 2차압밀을 표현할 수 없다. 이러한 결과는 2차압축을 표현할 수 있는 점성에 기인하며, 때로는 Ladd 등(1977)이 제안한 가정 A 및 B와 같은 스케일효과(실험실 공시체와 현장조건 사이의 점토층 두께의 차이)와 관련되어진다. 통상적으로 1차압밀 중의 크리프의 존재는 많은 연구자에 의해 확인되어졌으며, 가정 B가 잘 맞는 것으로 되어있다. 한편, 대형압밀시험을 통해 가정 A와 B의 중간적인 특성이 Aboshi(1973)에 의한 가정 C로써 제안되어졌다. 본 연구에서는 1차압밀 중의 침하-시간관계에 대한 크리프의 영향을 명백히 하기 위해, peat와 점토에 대해 분할형 압밀시험기를 이용하여 가정 B의 압밀시험을 행하였다. 그리고 Yin의 탄-점-소성 모델을 이용하여 실험결과를 해석하였다. 얻어진 결과는 다음과 같다. 1차압밀 종료시에 분할 공시체의 압축은 과잉간극수압 소산속도의 차이에 의해 동일하지 않았다. 또한 분할형 압밀시험기에 의해 측정된 평균변형률과 Yin의 EVP 모델을 이용한 해석치는 잘 일치하였다. 그러나 과잉간극수압의 소산에 대해서는 측정치가 Yin 모델에 비해 빨리 소산되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.153-166
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• 1999

일반적으로 도심지에서 이루어지는 굴착은 안정성의 중요도에 비하여 해석의 정확도가 떨어지기 때문에 시공 중 현장계측관리가 필수적으로 수반된다. 그러나 계측은 이미 진행된 공정의 거동을 나타내는 것이고, 실제로 시공관리에 도움이 되는 향후 예정된 공정에 대한 예측에는 한계가 있다. 본 연구에서는 계측결과를 해석에 반영하여 예측 결과의 신뢰성을 제고하는 역해석기법을 이용하여 굴착 시공 중 차후 공정의 거동예측을 정확하게 예측할 수 있는 굴착 관리 정보화 시스템을 개발하였다. 개발시스템은 탄소성 지반스프링 모델을 이용한 탄소성 기법을 토대로 측정변위와 모델에 의하여 계산된 변위간의 최소자승 오차를 최소화하는 역해석 기법을 사용하였으며, 정해석, 계측관리, 역해석을 시스템 내에서 일관되게 수행할 수 있고, 실시간 적용과 사용자의 편의를 감안하였다. 개발된 시스템을 두 가지 사례에 적용한 결과 굴착 지반의 거동을 정확하게 예측할 수 있음을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권7호
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• pp.35-45
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• 2016

해양구조물을 지지하기 위해 사용되는 버킷기초를 설계하는데 있어 수직지지력을 정확하게 예측하는 것은 중요하다. 사질토 또는 점성토 지반에 설치된 버킷기초의 수직지지력에 대한 실험적, 이론적 연구가 많이 수행되었지만, 실제와 같은 다층지반에서의 산정방법은 명확하게 제시되지 않았다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 유한요소해석을 수행하여 점성토 지반 위의 사질토 층에 설치된 버킷기초의 수직지지력을 산정하였다. 사질토의 마찰각, 점성토의 비배수전단강도, 사질토 층 두께, 기초의 장경비가 다양한 조건에 대하여 매개변수 해석을 수행하였으며, 이들의 영향에 따른 지반의 파괴 메커니즘 차이를 분석하였다. 최종적으로 수치해석을 수행하여 얻어진 극한지지력의 결과를 바탕으로 버킷기초 설계에 사용할 수 있는 지지력 산정 차트를 제시하였다. 또한 설계차트에 직접 제시되어 있지 않은 조건에 대해서는 차트에 제시된 값에 선형보간법을 적용하여 버킷기초의 선단지지력을 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권4호
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• pp.399-413
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• 2018

This paper addresses the issue of field measurement of excavation damage zone (EDZ) and its numerical simulation method considering both excavation unloading and blasting load effects. Firstly, a 2000 m-deep rock cavern in China is focused. A detailed analysis is conducted on the field measurement data regarding the mechanical response of rock masses subjected to excavation and blasting operation. The extent of EDZ is revealed 3.6 m-4.0 m, accounting for 28.6% of the cavern span, so it is significantly larger than rock caverns at conventional overburden depth. The rock mass mechanical response subjected to excavation and blasting is time-independent. Afterwards, based on findings of the field measurement data, a numerical evaluation method for EDZ determination considering both excavation unloading and blasting load effects is presented. The basic idea and general procedures are illustrated. It features a calibration operation of damage constant, which is defined in an elasto-plastic damage constitutive model, and a regression process of blasting load using field blasting vibration monitoring data. The numerical simulation results are basically consistent with the field measurement results. Further, some issues regarding the blasting loads, applicability of proposed numerical method, and some other factors are discussed. In conclusion, the field measurement data collected from the 2000 m-deep rock cavern and the corresponding findings will broaden the understanding of tunnel behavior subjected to excavation and blasting at great depth. Meanwhile, the presented numerical simulation method for EDZ determination considering both excavation unloading and blasting load effects can be used to evaluate rock caverns with similar characteristics.

• 대한토목학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.123-132
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• 1990

본논문(本論文)은 굴(堀)착깊이에 따르는 지중연속벽(地中連續壁)의 토지변동(土地變動)에 관(關)하여 벽체(壁體)의 강성(剛性), 흙의 밀도(密度), 근입(根入)깊이비(比) 벽체이동(壁體移動)에 기인(起因)되는 strut 설치지점(設置地點)의 선행변위등(先行變位等)의 요소(要素)들을 고려(考慮)한 탄소성(彈塑性) model을 제시(提示)하고 몇 가지 경우(境遇)에 대(對)하여 수치해석(數値解析)한 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 변동영역(變動領域)에서의 탄소성한계비(彈塑性限界比)는 벽체(壁體)의 강성(剛性), 모래의 밀도(密度) 및 근입(根入)깊이비(比)가 증가(增加)됨에 따라 감소(減少)되는 현상(現像)을 나타낸다. 2. 벽체(壁體)의 최대(最大) 휨-모멘트값은 모래의 밀도(密屠)가 클수록 감소(減少)하고 벽체강성(壁體剛性)의 영향(影響) 근입(根入)깊이비(比)에 비례(比例)하여 커진다. 3. 최대(最大) strut 반력(反力)은 모래의 밀도(密度)에 반비례(反比例)한다. 4. strut 설치지점(設置地點)의 지중선행변위(地中先行變位)는 deflection에 큰 영향(影響)을 줌으로 반드시 고려(考慮)되어야한다.

• 전산구조공학
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• 제10권3호
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• pp.241-250
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• 1997

콘크리트에 발생하는 변형률 국소화는 연화거동에 수반하여 변형이 국부적으로 집중되는 현상으로 이를 유한요소해석 할 수 있는 일관된 알고리즘을 개발하는 것이 본 연구의 목적이다. 변형률 국소화현상이 발생한 콘크리트는 변형률이 집중되는 국소화영역과 그외의 영역인 비국소화영역으로 크게 구분할 수 있으며 국소화영역에서는 연화현상을 포함하는 탄소성거동을 하게 되며 비국소화영역은 손상제하거동을 수반하게 된다. 변형률 국소화현상이 진행중인 콘크리트의 국소화영역을 모델링하기 위하여 열역학적으로 정식화된 전형적인 소성모델에 콘크리트의 극한응력 이후에 비선형 연화로 표현되는 소성거동을 고려할 수 있는 일반화된 Drucker-Prager모델을 도입하였으며 소성이론식의 적분을 위해 return-mapping 알고리즘을 사용하고 일관된 알고리즘을 전개하였다. 또한, 콘크리트의 비국소화영역의 모델링을 위하여 열역학적 자유에너지함수를 수정하여 비선형 탄성 및 손상의 일관된 알고리즘을 전개하였다. 개발된 알고리즘에 의한 유한요소해석을 통해 압축을 받는 콘크리트 부재의 변형률 국소화 현상을 해석하였다.