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

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

• 대한토목학회논문집
• /
• 제4권3호
• /
• pp.43-52
• /
• 1984

본문(本文)은 재생성(再生成)한 해성점토(海成粘土)에 대한 점토(粘土)의 시간효과특성(時間効果特性)과 정규압밀(正規壓密)된 점토(粘土)의 시간의존성거동(時間依存性擧動)을 보편적(普遍的)으로 설명(說明)할 수 있는 구성방정식(構成方程式)과 관계(關係)가 있다. 따라서 본문(本文)에서는 T. Adachi와 F. Oka가 제안(提案)한 구성식(構成式)을 채택(採擇)하였으며 이 구성방정식(構成方程式)은 Cam-clay 이론(理論)을 Perzyna외 탄일점소성연속체이론(彈一粘塑性連續體理論)에 적용(適用)하여 수립(樹立)된 것이다. 그리고 이 구성방정식(構成方程式)이 재생성(再生成)한 무안점토(務安粘土)에 대하여 어떻게 적용(適用)될 것인가를 실험적(實驗的)으로 연구(硏究)한 것이다. 본(本) 연구(硏究)에서 얻어진 결론(結論)의 주요(主要)한 것은 다음과 같다. 1. 등방압밀(等方壓密)과 등방응력완화시험(等方應力緩和試驗)의 결과(結果)로부터 정적(靜的), 동적(動的)인 강복면(降伏面)이 각각 존재(存在)함을 확인(確認)할 수 있었다. 2. 일정변형전단시험(一定變形剪斷試驗)과 응력완화시험(應力緩和試驗)의 결과(結果)로부터 시간효과(時間効果)의 특성(特性) 즉 응력(應力)-변형율(變形率)-시간간(時間間)의 유일(唯一)한 관계(關係)가 존재(存在)함을 알 수 있다. 3. Cam-clay 이론(理論)에 의한 응력경로(應力經路)와 변형율(變形率) 추정(推定)에 있어서 이론치(理論値)와 실험치간(實驗値間)에는 차이(差異)가 있다. 4. Cam-clay 이론(理論)을 Perzyna의 탄일점소성체이론(彈一粘塑性體理論)에 적용(適用)시킨 구성방정식(構成方程式)(6)은 비배수상태(非排水狀態)의 등방응력완화과정중(等方應力緩和過程中) 발생(發生)하는 간극수압(間隙水壓)의 거동(擧動)을 설명(說明)할 수 있다. 그리고, 동일(同一)한 혹은 다른 압밀이력(壓密履歷) 받은 점토(粘土)에 대하여 다른 변형속도(變形速度) 적용(適用)한 비배수(非排水) 3축시험(軸試驗)의 결과(結果)를 예측(豫測)하는데 상당한 적합성(適合性)이 있음을 알았다. 5. 이 구성방정식(構成方程式)에는 8개의 재료상수(材料常數)가 있는데 3축압축시험(軸壓縮試驗)을 통하여 쉽게 얻어진다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제38권2호
• /
• pp.357-367
• /
• 2018

최근 경주와 포항에서 발생한 지진으로 국내에서 액상화 현상에 대한 관심이 커지고 있다. 지반의 액상화는 포화된 상태에서 지진과 같은 동하중을 받았을 때 과잉간극수압이 발생하여 흙이 강도를 상실하고 물과 같이 거동하는 현상이며 지반 침하와 상부구조물의 전도와 같은 심각한 문제를 야기한다. 따라서 액상화 발생 가능성을 미리 파악하고 대비할 필요가 있다. 액상화의 발생 가능성과 액상화 피해 정도는 일반적으로 액상화 가능 지수(Liquefaction Potential Index, LPI)에 의해 정량적으로 평가된다. LPI의 계산은 시추공 별로 이루어지며 지반응답해석이 필수적인 작업으로 선행되어 많은 시간과 노력이 필요하다. 본 연구에서는 다양한 지하수위 분포를 가지는 넓은 지역의 액상화 평가를 간단히 수행할 수 있도록 전단파 속도와 LPI의 상관관계를 이용한 액상화 평가 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 액상화 가능 층의 평균 전단파 속도(${\bar{V}}s^{\prime}liquefiable$)와 액상화 가능 층의 두께로 나누어 정규화한 정규화 LPI의 상관관계를 분석하여 지하수위 별로 다양한 암반노두가속도에 대해 적용 가능한 상관관계식을 제시하고 이용한다. 상관관계를 이용한 액상화 평가 방법의 적용성을 확인하기 위해 서울특별시의 104개 시추조사자료를 이용하여 지하수위 0m, 1m, 2m, 3m에 대해 상관관계식을 제시하였으며 제시한 상관관계식을 이용하여 서울특별시와 경주시의 액상화 발생 가능성을 평가하였다. 지반응답해석을 이용해 계산한 LPI와 상관관계식을 이용해 계산한 LPI를 비교하였으며 제안된 액상화 평가 방법의 적용성을 확인하였다. 마지막으로 제안된 액상화 평가 방법에 따라 결정된 LPI의 분포를 지구통계학적 기법인 크리깅을 통해 지도로 나타내었다.

• 터널과지하공간
• /
• 제32권1호
• /
• pp.30-58
• /
• 2022

고준위방사성폐기물 심지층처분장은 공학적방벽과 천연방벽의 다중방벽으로 이루어져 있으며 각 방벽재 사이의 상호작용에 의해 처분시스템의 전반적인 장기 건전성이 영향을 받게 된다. 특히 공학적방벽재인 압축 벤토나이트 완충재와 천연방벽인 근계암반의 상호작용에 의한 완충재의 침식 및 파이핑 현상은 사용후핵연료의 붕괴열 발산, 지하수 유입 저지 및 핵종 이동 저지의 역할을 수행하는 완충재의 성능을 저하시키기 된다. 처분 초기에 벤토나이트 완충재가 흡수할 수 있는 물의 양보다 많은 유량이 근계암반의 절리로부터 유입되면 잉여 지하수로 인한 수압이 발생하고 이로 인해 완충재 자체 및 갭채움재 주변으로 파이핑 현상이 발생할 수 있다. 또한 지하수와 벤토나이트 완충재의 물리-화학적 상호작용으로 인하여 완충재의 표면의 팽윤 및 겔/졸화로 인하여 완충재의 표면에서 침식이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 침식 및 파이핑 현상이 발생하는 조건과 이로 인한 완충재의 건전성을 명확하게 평가하는 것이 처분장의 장기건전성 평가를 위해 반드시 필요하다. 처분선진국들에서는 주로 실내 및 공학규모 실험이 수행되고 있으며 일부 전산 모델 개발이 진행되고 있는 상황이지만 실험에서 관측된 현상들을 복합적으로 모사할 수 있는 전산 모델은 개발되지 않았다. 국내에서도 다양한 침식/파이핑 시나리오에 대한 연구나 열-수리-역학-화학적 복합거동을 고려한 연구는 수행되지 않았다. 본 기술 보고에서는 현재까지 수행된 국내외 벤토나이트 침식 및 파이핑 연구와 이들이 주로 고려한 영향인자를 파악하였다. 실험값을 검증하기 위해 제안된 전산 모델들을 소개하고 향후 완충재 침식 및 파이핑 현상 규명을 위한 연구 수행 방향에 대해 정리하였다. 본 논문에서 검토한 다양한 시험 및 모델링 사례를 바탕으로 향후 국내 심층처분장환경을 고려한 압축 벤토나이트 완충재 침식 및 파이핑 관련 연구가 필요하다고 판단된다.