• Geomechanics and Engineering
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• 제29권4호
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• pp.435-449
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• 2022

In this paper, unreinforced and geogrid-reinforced soil foundations were modeled by discrete element method and this performed under surface strip footing loads. The effects of horizontal position of geogrid, vertical position, thickness, number, confining pressure have been investigated on the footing settlement and propagation of tensile force along the geogrids. Also, interaction between rectangular tunnel and strip footing with and without presence of geogrid layer has been analyzed. Experimental results of the literature were used to validation of relationships between the numerically achieved footing pressure-settlement for foundations of reinforced and unreinforced soil. Models and micro input parameters which used in the numerical modelling of reinforced and unreinforced soil tunnel were similar to parameters which were used in soil foundations. Model dimension was 1000 mm* 600 mm. Normal and shear stiffness of soils were 5*10⁵ and 2.5 *10⁵ N/m, respectively. Normal and shear stiffness of geogrid were 1*10⁹ and 1*10⁹ N/m, respectively. Loading rate was 0.001 mm/sec. Micro input parameters used in numerical simulation gain by try and error. In addition of the quantitative tensile force propagation along the geogrids, the footing settlements were visualized. Due to collaboration of three layers of geogrid reinforcements the bearing capacity of the reinforced soil tunnel was greatly improved. In such practical reinforced soil formations, the qualitative displacement propagations of soil particles in the soil tunnel and the quantitative vertical displacement propagations along the soil layers/geogrids represented the geogrid reinforcing impacts too.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권7호
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• pp.99-105
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• 2004

포화점토가 보오링공에서 불교란시료로써 채취되면, 부의 간극수압이 체적팽창을 억제한다. 이 점토시료에는 지반중에서 작용한 평균주응력이 등방적으로 작용하며, 이 평균주응력은 수직응력보다 작고, 수평응력보다 크다. 그러므로 시료는 비배수조건하에서 수직으로 늘어나고, 수평으로 수축하게 된다. 통상적인 압밀시험은 이와 같이 변형된 시료를 그대로 사용하여 압밀링 크기와 똑같이 성형한 후 수행한다. 따라서 지반중의 유효상재압이 재하되면, 이 압력이 수평응력보다 크기 때문에 압밀량이 늘어나게 된다. 즉 압밀시험공시체는 현장의 압밀거동을 정확하게 나타내지 못하고 항상 아래에 위치하게 된다. 이 논문에서는 상기와 같은 시료변형의 영향을 고려하여, 압밀시험 공시체에 유효상재압이 재하되었을때 수평방향으로 비배수 변형하여 압밀링 내경에 밀착해도록 하였다. 그리고 제안하는 시험법의 적용성과 결과를 통상적인 압밀시험결과와 검토하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권5호
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• pp.713-723
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• 2016

Shear wave velocities of three selected sandy soils subject to drained triaxial compression test were continuously measured using the bender elements. The shear wave velocity during isotropic compression, as widely recognized, increased as confining pressure increased and they were correlated well. However, during drained shearing, the mean effective stress could no further provide a suitable correlation. The shear wave velocity during this stage was almost constant with respect to the mean effective stress. The vertical stress was found to be more favorable at this stage (since confining stress was kept constant). When sample was attained its peak stress, the shear wave velocity reduced and deviated from the previously existed trend line. This was probably caused by the non-uniformity induced by the formation of shear band. Subsequently, void ratios computed based on external measurements could not provide reasonable fitting to the initial stage of post-peak shear wave velocity. At very large strain levels after shear band formation, the digital images revealed that sample may internally re-arrange itself to be in a more uniform loose stage. This final stage void ratio estimated based on the proposed correlation derived during pre-peak state was close to the value of the maximum void ratio.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권9호
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• pp.17-27
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• 2015

벤더엘리먼트가 장착된 삼축압축시험장비를 이용하여 모래에 대한 일련의 압밀배수시험을 수행하였다. 상대밀도 및 유효구속응력 조건을 달리하여 각각의 조건별 응력-변형률 관계를 측정하였으며, 압밀이 종료된 시점에서의 전단파 속도를 측정함으로써 전단파 속도와 간극비, 유효응력, 그리고 전단강도와의 상관관계를 분석하였다. 분석 결과, 미소변형률에서의 전단파 속도로부터 계산된 최대전단탄성계수와 파괴 시의 축응력과 압밀 시의 구속응력의 합으로 정의되는 유효수직응력간에는 고유한 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 도출된 전단탄성계수와 유효수직응력간의 상관관계는 유효구속응력을 정규화시킴으로써 정확도를 향상시켰다. 본 연구를 통해 제시된 상관관계를 통해 전단강도 및 내부 마찰각을 예측하였을 시, 실제 실내 시험을 통해 산출된 내부 마찰각을 정확하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 미소변형률에서의 전단파 속도를 기반으로 신뢰성 높은 파괴 시 전단강도, 나아가 내부 마찰각까지 예측이 가능하다는 것을 의미하며 기존 SPT-N value와 경험식을 통해 내부 마찰각을 예측하여 설계에 적용하는 방식의 불확실성을 개선해 줄 수 있는 매우 유용한 방법이라고 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권11호
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• pp.205-212
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• 2018

본 연구에서는 상용 해석프로그램에서 구현하기에 어려움이 있는 지반공학적 문제를 해결하기 위한 쉽고 직관적인 해석 프로그램 개발의 일환으로 계산의 정확도가 상대적으로 높은 요소를 채택한 유한요소법을 정식화 하고 해석과정을 프로그램화 하였다. 개발된 프로그램의 계산과정에 있어서의 신뢰성 확인을 위해 두 가지 예에 대한 해석을 수행하고 결과분석을 해 보았는데 첫 번째 예는 등방구속압이 요소에 작용하는 경우이고 나머지 예는 전단응력이 요소의 측면에 작용하는 경우이다. 유한요소를 구성하는 요소로는 등매개변수 사변형 요소를 채택하였는데 요소내의 변위는 요소의 절점변위와 형상함수로 표현된다. 전체좌표(global coordinate)에 의한 미분계수로 표현되는 변형률을 얻기 위해 자코비언과 자연좌표(natural coordinate)를 이용하는 계산과정을 코딩하였다. 요소의 강성행렬을 정의하는 이중적분식을 수치적분으로 변환시키기 위해 4점 가우스 구적법을 적용하였다. 개발된 프로그램의 계산과정 검증을 위해 등방구속압이 작용하는 요소에 대한 해석을 수행한 결과 요소내의 네 개의 가우스점과 요소 중앙에 대해 계산된 응력값이 등방구속압과 일치됨을 알 수 있었다. 개발된 프로그램의 계산과정 검증을 위해 전단응력이 작용하는 요소에 대한 해석을 수행한 결과 요소내에 발생되는 횡방향응력 및 연직응력이 위치에 따라 변화됨을 알 수 있었으며 외력에 대한 발생응력의 크기 및 분포양상이 합리적임을 알 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제23권5호
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• pp.455-466
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• 2020

This paper presents analysis of the interaction between tunnel and Qanat with a particular interest for the optimization of Qanat shape using the discrete element code, PFC2D, and the results will be compared with the FEM results of PLAXIS2D. For these concerns, using software PFC2D based on Discrete Element Method (DEM), a model with dimension of 100m ^⁎ 100 m was prepared. A circular tunnel with dimension of 9 m was situated 20 m below the ground surface. Also one Qanat was situated perpendicularly above the tunnel roof. Distance between Qanat center and ground surface was 8 m. Five different shapes for Qanat were selected i.e., square, semi-circular, vertical ellipse, circular and horizontal ellipse. Confining pressure of 5 MPa was applied to the model. The vertical displacement of balls situated in ground surface was picked up to measure the ground subsidence. Also two measuring circles were situated at the tunnel roof and at the Qanat roof to check the vertical displacements. The properties of the alluvial soil of Tehran city are: γ_dry=19 (KN/㎥), E= 750 (kg/㎠), ν=0.35, c=0.3(kg/㎠), φ=34°. In order to validate the DEM results, a comparison between the numerical results (obtained in this study) and analytical and field monitoring have been done. The PFC2D results are compared with the FEM results. The results shows that when Qanat has rectangular shape, the tensile stress concentration at the Qanat corners has maximum value while it has minimum value for vertical ellipse shape. The ground subsidence for Qanat rectangular shape has maximum value while it has minimum value for ellipse shape of Qanat. The vertical displacements at the tunnel roof for Qanat rectangular shape has maximum value while it has minimum value for ellipse shape of Qanat. Historical shape of Qante approved the finding of this research.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권7호
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• pp.49-62
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• 2022

중공블록 기초공법은 육각형의 벌집구조로 제작된 콘크리트 중공블록을 혼합쇄석과 함께 치환 설치하여 연약지반을 보강하고 인위적인 층상지반을 형성하여 얕은 기초의 지지력 증가와 침하량을 감소시키는 지반보강 기초공법이다. 벌집구조의 중공블록은 기하학적으로 경제적인 구조임과 동시에 힘을 균형 있게 배분하는 안정적인 구조로 기초와 쇄석치환 보강층 사이에서 보강재로써 보강효과를 유발하는 것을 단편적으로 확인하였으나, 거동특성 규명은 아직 미비한 상태이다. 본 연구에서는 실내모형실험을 통해 보강재로써 중공블록의 보강효과를 파악하기 위해 실내 평판재하시험을 수행하였다. 하중-침하 곡선에서 비채움 조건(A-1-N)에서는 관입전단파괴가 발생한 반면에 채움 조건(A-1-F)은 항복이 나타나지 않은 선형 곡선을 나타내며, 원지반 대비 3배의 보강효과를 확인하였다. 중공블록의 구속효과 모식도를 바탕으로 중공블록 콘크리트부의 접지응력과 중공부 구속효과에 의한 수직응력 그리고 수평응력이 작용한 내벽의 내주면마찰력에 대한 관계식을 제안하였다. 관계식 계산결과 중공블록의 콘크리트부의 접지력은 재하하중의 약 65%이고, 중공부 단면에 작용하는 구속 수직력은 약 16.5%이고, 내주면마찰력은 약 18.5%로 분담하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 중공블록이 보강재로써 상재하중이 작용할 때, 중공블록의 중공부 하단에서는 구속효과로 수직응력이 발생하고, 수평방향이 구속상태인 내부 모래에서 수평응력이 내벽에 작용하여 내주면마찰력이 발생하여 중공블록 콘크리트의 관입을 억제하고 선단 응력이 감소하는 거동특성을 규명하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권9호
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• pp.67-76
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• 2011

동토지역 말뚝기초의 지지력은 말뚝과 토사의 접촉면에서 작용하는 동착강도에 지배된다. 말뚝주변 토사 내 간극수의 동결로 인해 발현되는 동착강도는 동토지반 기초설계에 있어 가장 주요한 설계정수로 고려되고 있다. 지난 50년간 동착강도에 대한 연구가 다각도로 수행되어 왔으나, 대부분 동결온도와 지중온도를 고정조건으로 그 영향력을 고려하지 않은 채 토사종류, 말뚝종류, 재하속도 등의 영향인자를 분석하기 위한 목적으로 수행되었다. 본 연구에서는 동결온도와 마찰면에 작용하는 수직구속응력을 주요 변수로 적용하고, 토사종류, 말뚝종류, 재하속도 등은 고정조건으로 적용하여 직접전단방식의 동착강도 측정실험을 수행하였다. 실험재료로는 표면 가공이 용이하여 거칠기를 정밀하게 조절할 수 있는 알루미늄 모형과 주문진표준사를 활용하였다. 실험은 상온(> $0^{\circ}C$), $-1^{\circ}C$, $-2^{\circ}C$, $-5^{\circ}C$, $-10^{\circ}C$의 동결온도및 1atm, 2atm, 3atm의 수직구속응력 조건에서 수행되었으며, 그 결과를 바탕으로 동결온도와 수직구속응력이 동착강도에 미치는 영향을 분석하였다. 전반적으로 동착강도는 동결온도가 낮아질수록, 혹은 수직구속응력이 커질수록 증가하는 경향을 보였으며, 특히 단위온도차에 따른 동착강도의 증가율이 1)급증하는 구간과 2)점진적으로 감소하는 구간을 뚜렷하게 나타내며 변화하는 특성을 보였다. 또한, 동결온도의 저하에 따라 동착강도의 변화를 지배하는 요소가 마찰각에서 부착력으로 변화하며 수렴구간을 형성하는 경향을 나타냈다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권7호
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• pp.19-29
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• 2013

동토지역에서 지반의 역학적인 특징은 기존 토질역학이론과 다르기 때문에 동토지반 내 응력분포와 파괴조건을 묘사하기 위하여 기존 토질역학을 동토에 적용하는 것은 효과적이지 못하거나 적합하지 않다고 할 수 있다. 따라서, 동토지역에서 구조물의 설계 및 시공을 위해서는 동토역학에 관한 기술 자료의 수집 및 분석, 그리고 체계적이고 전문화된 연구가 필수적으로 요구된다. 극한지에서 나타나는 영구동토지역은 계절에 따라 활동층이 동결 융해를 반복하게 되며, 이에 따라 구조물에 영향을 끼치는 하중조건 또한 변화된다. 특히, 동토의 역학적인 성질들은 온도, 함수비, 입도분포, 상대밀도, 하중을 가하는 속도에 따라 민감하게 반응하기 때문에 동토지역 구조물 설계 및 시공에 있어 다양한 조건에 따른 동토의 역학적인 특징들을 신뢰성 있게 분석할 수 있는 방법이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 동토의 전단강도 특성을 분석하기 위하여 영하 30도에서 작동 가능한 직접전단시험장비와 대형 냉동 챔버를 활용하였으며, 동결온도, 수직응력, 함수비 및 상대밀도를 달리하여 화강풍화토의 전단강도 특성을 분석하였다. 본 연구에 따르면 수직응력, 함수비 및 상대밀도는 동결온도 조건하에서 화강풍화토의 전단강도 특성에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제74권2호
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• pp.283-296
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• 2020

The coupled hydro-mechanical loading conditions commonly occur in the geothermal and petroleum engineering projects, which is significantly important influence on the stability of rock masses. In this article, the influence of flaw inclination angle of fracture behaviors in rock-like materials subjected to both mechanical loads and internal hydraulic pressures is experimentally studied using the 3-D X-ray computed tomography combined with 3-D reconstruction techniques. Triaxial compression experiments under confining pressure of 8.0 MPa are first conducted for intact rock-like specimens using a rock mechanics testing system. Four pre-flawed rock-like specimens containing a single open flaw with different inclination angle under the coupled hydro-mechanical loading conditions are carried out. Then, the broken pre-flawed rock-like specimens are analyzed using a 3-D X-ray computed tomography (CT) scanning system. Subsequently, the internal damage behaviors of failed pre-flawed rock-like specimens are evaluated by the 3-D reconstruction techniques, according to the horizontal and vertical cross-sectional CT images. The present experimental does not only focus on the mechanical responses, but also pays attentions to the internal fracture characteristics of rock-like materials under the coupled hydro-mechanical loading conditions. The conclusion remarks are significant for predicting the rock instability in geothermal and unconventional petroleum engineering.