• Geomechanics and Engineering
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• 제35권2호
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• pp.165-179
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• 2023

This study investigates the uplift capacity of a single vertical belled pile buried at shallow depth in dry sand. The laboratory model experiments are conducted with different pile-tip angles and relative densities. In addition, image and FEM analyses are performed to observe the failure surface of the belled pile for different pile-tip angles and relative densities. Accordingly, the uplift capacity and failure angle in the failure surface of the belled pile were found to depend on the belled pile-tip angle and relative density. A predictive model for the uplift capacity of the belled pile was proposed considering the relative density and belled pile-tip angle based on a previous limit equilibrium equation. To validate the applicability of the proposed model, the values calculated using the proposed and previous models were compared to those obtained through a laboratory model experiment. The proposed model had the best agreement with the laboratory model experiment.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.737-746
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• 2019

국내에서 발생하는 산사태는 대부분 강우에 의해 유발된 표층붕괴 형태이며 많은 연구자들에 의해 체적함수비를 통한 붕괴 예측 가능성이 밝혀졌다. 본 연구에서는 체적함수비 증가 기울기 특성을 통해 붕괴를 판단하는 방법에 대해 고찰하였다. 이를 위해 화강암 풍화토를 이용하여 실내 토조실험을 수행하였다. 강우강도 30, 50 mm/hr 조건하에 표층의 포화 상태를 확인하기 위해 비탈면 상부, 중부, 하부 10, 20 cm 심도에 체적함수비계를 설치하였다. 실험결과 체적함수비를 사용한 붕괴 판단은 비탈면 경사에 따라 제한적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다. 또한 강우 침투속도에 의한 유효누적강우량이 붕괴시간을 결정하는 요인으로 판단된다. 체적함수비 증가 기울기를 활용한 붕괴 판단 시 체적함수비의 설치 위치 및 심도에 의해 결과가 달라지는데 실험데이터에 의하면 비탈면 하부 20 cm에서의 계측 값이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 확인된 체적함수비 분석 방법 및 설치위치 선정 방법은 향후 체적함수비를 활용한 계측기준을 제시하기 위한 중요한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권5호
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• pp.1039-1046
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• 2018

This paper presents a limit analysis of the series of construction stages of shallow tunneling method by investigating their respective safety factors and failure mechanisms. A case study for one particular cross-section of Beijing Subway Line 7 is undertaken, with a focus on the effects of multiple soil layers and construction sequencing of dual tunnels. Results show that using the step-excavation technique can render a higher safety factor for the excavation of a tunnel compared to the entire cross-section being excavated all at once. The failure mechanisms for each different construction stage are discussed and corresponding key locations are suggested to monitor the safety during tunneling. Simultaneous excavation of dual tunnels in the same cross-section should be expressly avoided considering their potential negative interactions. The normal and shear forces as well as bending moment of the primary lining and locking anchor pipe are found to reach their maximum value at Stage 6, before closure of the primary lining. Designing these struts should consider the effects of different construction stages of shallow tunneling method.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.41-49
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• 2014

집중강우 시에는 사면의 얕은 심도에서 파괴가 빈번하게 발생한다. 사면의 표층 지반은 심도에 따라서 조밀해지는 특성이 있으며 지반의 투수특성과 강도특성도 달라지므로 강우시 사면의 얕은 심도에서 발생하는 파괴의 원인분석과 안정해석은 이러한 지반특성 변화를 고려할 필요가 있다. 본 연구에서는 사면의 표층 부근의 지반특성 변화가 강우시 사면의 안정성에 미치는 영향을 수치해석적으로 분석해 보고자 하였으며, 표층 근처에서 심도에 따라 구한 지반특성 값을 적용하는 방식에 따라 강우침투와 사면안정해석 결과의 차이를 비교해 보았다. 실제 강우시 파괴가 발생한 사면을 대상으로 사면의 표층에서 심도별로 시료를 채취하여 전단강도와 투수특성 등 지반특성을 구하였으며, 파괴를 유발한 강우기록을 적용하여 침투해석과 안정해석을 실시하였다. 해석결과 깊이별 지반의 특성 변화를 고려한 경우와 단일지층으로 가정하여 고려하는 방식에 따라 간극수압 분포, 예상파괴면, 안전율 변화에 차이가 있는 것으로 나타났으며, 깊이별 지반 특성 변화를 고려하는 경우가 실제 파괴거동과 유사한 결과를 나타내었다. 이러한 결과는 강우침투에 의한 표층파괴현상을 규명하고자 하는 경우 지반의 심도별 지반특성 변화를 고려할 필요가 있음을 의미한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권7호
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• pp.5-16
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• 2012

쏘일네일링 공법은 흙막이 또는 사면안정을 위해서 가장 많이 사용되는 공법이다. 일반적으로 쏘일네일링 공법의 설계에서는 인발에 의한 파괴와 전단에 의한 파괴를 고려한다. 쏘일네일링의 파괴거동은 인발파괴와 전단파괴와 같이 파괴면을 가지면서 사면이 무너지는 경우도 발생하지만 굴착에 의해서 사면 표면의 수평응력이 감소함에 따라 점점 표면이 쓸려가는 얕은 파괴에 의해서 파괴에 이르는 경우가 실제 현장에서 자주 발생하게 된다. 따라서 쏘일네일링의 파괴거동을 크게 인발파괴, 전단파괴, 그리고 얕은파괴로 나누어 정의하였다. 본 논문에서는 각각의 파괴모드에 대한 제약조건을 이론적으로 산정하였다. 또한 각각의 파괴를 막기 위한 설계 최적화를 실시하였으며, 네일링의 정착길이, 개수, 그리고 얕은파괴를 막기 위한 전면에서의 최소 구속압을 설계변수로 두어 최적화 과정을 진행하였다. 최적화 과정은 먼저 네일링의 정착길이와 인장력을 설계변수로 하여 인발파괴 및 전단파괴에 대하여 최적화를 실시한다. 다음으로 각 굴착단계별 사면의 표면에서 얕은파괴를 막기 위한 최소의 구속압을 산정한 후 최적화를 반복수행하여 각각의 설계 변수를 산정하게 된다. 이와 같은 설계 최적화 프로그램을 통해서 인발파괴와 전단파괴만을 고려하는 기존의 설계 시스템에서 프리스트레스까지 산정할 수 있게 되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제9권4호
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• pp.427-445
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• 2015

By means of finite element numerical simulation and pseudo-static method, the shallow-buried bilateral bias twin-tube tunnel subject to horizontal and vertical seismic forces are researched. The research includes rupture angles, the failure mode of the tunnel and the distribution of surrounding rock relaxation pressure. And the analytical solution for surrounding rock relaxation pressure is derived. For such tunnels, their surrounding rock has sliding rupture planes that generally follow a "W" shape. The failure area is determined by the rupture angles. Research shows that for shallow-buried bilateral bias twin-tube tunnel under the action of seismic force, the load effect on the tunnel structure shall be studied based on the relaxation pressure induced by surrounding rock failure. The rupture angles between the left tube and the right tube are independent of the surface slope. For tunnels with surrounding rock of Grade IV, V and VI, which is of poor quality, the recommended reinforcement range for the rupture angles is provided when the seismic fortification intensity is VI, VII, VIII and IX respectively. This study is expected to provide theoretical support regarding the ground reinforcement range for the shallow-buried bilateral bias twin-tube tunnel under seismic force.

• Geomechanics and Engineering
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• 제6권5호
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• pp.469-485
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• 2014

A series of bearing capacity tests was conducted with eccentrically loaded model surface and shallow strip footings resting close to a slope to investigate behavior of such footings (ultimate loads, failure surfaces, load-displacement curves, rotation of footing, etc.). Ultimate loads of footing close to slope decreased with increasing eccentricity for both surface and shallow footings. Failure surfaces were not symmetrical, primary failure surfaces occurred on the eccentricity side (the slope side) and secondary failure surfaces occurred on the other side. Lengths of failure surfaces decreased with increasing eccentricity. Footings always rotated towards eccentricity side a few degrees. For eccentrically loaded footing, decrease in ultimate load with increasing eccentricity is roughly in agreement with Customary Analysis.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권10호
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• pp.5-14
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• 2017

In recent years, world has witnessed many man-made activities related to both above and underground blasts. Details on behaviour of shallow foundations subjected to blast loads and induced liquefaction is scarce in literature. In this paper, typical shallow strip foundation in saturated cohesionless soils subjected to both above and underground blasting have been simulated by using finite difference based numerical model FLAC3D. Peak particle velocity (PPV) has been obtained to propose critical values for which bearing capacity failure for shallow foundations with soil liquefaction can occur. Typical results for pore pressure ratio (PPR) for various scaled distances are compared to PPR values obtained by using empirical equation available in literature which shows good agreement. Critical design values obtained in the present study for PPV and PPR to estimate the scaled distance, bearing capacity failure and liquefaction susceptibility can be used effectively for design of shallow strip foundation in cohesionless soil subjected to both above and under ground blast loads.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.3-25
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• 2010

The paper deals with two bearing capacity problems of shallow footing under combined loading. The first is a FEM study of shallow strip footing on two-layer clay deposits subjected to a vertical, horizontal and moment combined loading, while the second is a centrifuge study of shallow rectangular footing on dry sand under double eccentricity. The FEM results revealed that the existence of top soft layer sensitively affects more on horizontal and moment capacity than vertical capacity for cases of footing on soft clay overlying stiff clay. Practical design charts are presented to evaluate bearing capacities of footing for various combinations of the ratio of the depth of the upper layer to the footing width and the ratio of undrained strength of the upper layer to that of the lower. The centrifuge tests indicated that current design practice of calculating failure load of rectangular surface footing under double eccentricity underestimates the centrifuge loading test data. This trend is more marked when the eccentricity becomes larger. The decreasing trend in failure load with an increase of double eccentricity is rather uniquely expressed by a single curve, using a newly defined resultant eccentricity and the diagonal length of the footing base.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.871-885
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• 2017

최근 도심지 등에서 활용도가 높아지고 있는 얕은터널은 구조물에 인접하여 얕은 심도에 건설하므로 그 거동에 따른 주변지반 변위에 대한 연구는 아직 충분하지 않다. 특히, 얕은터널의 측벽에서 변위가 일어나면 주변지반의 이완형태 및 주변지반으로 전이되는 하중의 분포와 크기가 영향을 받을 수 있다. 그러나 지금까지 터널의 측벽변위에 관련된 연구는 많지 않고 그나마 터널과 주변지반을 평면변형률조건(plane strain state)으로 단순화하고 터널 전체의 안정이나 파괴메커니즘 규명에 대한 연구에 국한되어 있고, 터널 측벽일부의 변위에 따른 영향을 연구한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 터널측벽의 변위가 터널 주변 횡방향 하중전이에 미치는 영향을 규명하였다. 이를 위하여 탄소봉으로 지반을 조성하고 알미늄으로 터널의 형상을 모형화하여 터널의 한쪽측벽에 수평으로 변위를 주어 토피(0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D)를 변화시키면서 모형시험을 수행하였고, 일부 측벽의 파괴에 따른 주변지반의 하중전이 거동을 분석하였다. 연구 결과, 얕은터널에서 토피가 일정깊이(0.75D) 이상이면 토피고에 무관하게 일정한 형태로 터널 측벽파괴가 발생하였고 반대측벽에 영향을 미치지 않았다. 그러나, 토피고가 일정깊이 이하일 경우에는 한쪽 측벽의 파괴가 반대쪽 측벽에까지 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 터널 굴착시 측벽변위가 예상변위량의 50% 발생하면, 터널 파괴는 75% 이상 진행되는 것을 발견하였다. 그러나, 지반조건에 따라 차이를 보일 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.