• 한국지진공학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.223-234
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• 2016

To investigate earthquake responses of structures with basements affected by soil deposits, centrifuge tests were performed using an in-flight earthquake simulator. The test specimen was composed of a single-degree-of-freedom structure model, a basement and sub-soil deposits in a centrifuge container. The test parameters were the dynamic period of the structure model, boundary conditions of the basement, existence of soil deposits, centrifugal acceleration level, and type and level of input earthquake accelerations. When soil deposits did not exist, the earthquake responses of the structures with fixed basement were significantly greater than those of the structure without basement. Also, the earthquake responses of the structures with the fixed basement surrounded by soil deposits were amplified, but the amplifications were smaller than those of the structures without basement. The earthquake responses of the structures with the half-embedded basement in the soil deposits were greater than those estimated by the fixed base model using the measured free-field ground motion. The test showed that the basement and the soil deposit should be simultaneously considered in the numerical analysis model, and the stiffness of the half-embedded was not effective.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.119-135
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• 2022

본 논문에서는 대심도 가설 흙막이 벽체의 내진안전성을 검토하기 위해 평균재현주기 2,400년 수준(0.220g)을 목표로 Northridge(1994), Kobe(1995), 인공지진파 그리고 2.5Hz 정현파 총 네 가지 지진파를 가진하는 동적원심모형실험을 수행하였다. 원심모형실험은 대심도 굴착현장을 대상을 모사하였다. 모형지반은 상대밀도 55% 건조사질토지반으로 조성하였고, 모형벽체는 심도 24.8m의 지하연속벽 흙막이벽체와 중구경 강관 지보재로 보강된 공법을 모사하였다. 흙막이 시스템은 기반암 가속도가 배면지반, 벽체 상단과, 기반암 근처 하단부에서 증폭되었고, 중앙부에서는 상대적으로 감쇠되는 경향을 보였다. 벽체 전체최대휨모멘트와 지보재 전체최대축력이 유발되는 시점의 부재력을 정지상태 부재력과 비교하였다. 그 결과, 벽체 휨모멘트는 정모멘트와 부모멘트가 최대 10.1%, 36.2% 증가하였으며, 축력은 하단 지보재에서 최대 70% 증가하였다. 또한, Mononobe-Okabe(M-O) 동적토압이론과 Seed-Whitman(S-W) 동적토압이론을 활용한 등가정적해석을 수행하여 실험결과와 비교하였다. M-O 이론 등가정적해석이 휨모멘트 동적증가분을 과소평가하고, S-W 이론 등가정적해석은 과대평가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제33권6호
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• pp.5-16
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• 2017

얕은기초의 회전거동은 지진 시 기초 위 상부 구조물의 지진 하중을 줄여주는 장점이 있어 새로운 기초 내진설계개념으로 대두되고 있다. 본 연구에서는 현장 채취한 시료를 다짐하여 조성된 풍화토 지반에서 얕은기초의 회전거동을 평가하기 위하여 동적 원심모형실험을 수행하였다. 원심모형실험 모형은 풍화토 지반, 얕은기초, 단자유도 구조물로 이루어져 있으며, 지진 시 지반, 기초, 구조물의 가속도 응답과 기초의 침하 등 얕은기초 시스템의 거동을 관찰하였다. 입력 지진 하중이 클 경우 상부 구조물의 지진하중은 풍화토 지반에 놓인 기초 들뜸에 의한 회전거동으로 인해 줄어들었으며, 기초의 침하도 최대 기초폭의 0.5%이하로 작게 발현되었다. 이를 통하여 향후 추가적인 연구 및 검증을 바탕으로 국내 풍화토 지반에서 회전 거동 개념을 이용한 기초 설계 가능성을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.5-14
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• 2016

건조토 지반에 근입된 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 제안된 모델은 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간 영역에서 해석이 수행되었다. 모델링 방법론으로써 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계요소 모델을 구성하는 스프링 계수는 탄성이론에 기초하여 결정되어, 내장 함수인 FISH를 통해 깊이에 따라 연속적으로 입력되었다. 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법(Kim et al., 2012)을 적용함으로써 해석 효율을 증가 시키고자 하였으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 수치 해석의 오차를 최소화하고 모델의 신뢰성을 확보하기 위해, Yoo(2013)이 수행한 원심모형시험 결과와 수치 해석 결과와의 비교를 통해 제안된 기법의 캘리브레이션을 수행하였으며, 말뚝 최대 휨 모멘트와 말뚝 횡방향 최대 변위의 깊이 별 분포가 다양한 입력 하중 조건에서 실험 결과를 적절히 모사하고 있는 것을 확인하였다. 또한, 제안된 수치 모델의 적용성 평가를 위해 다른 실험 결과와의 비교 검증을 수행하였다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.201-209
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• 2016

Damages of large embankment dams by recent strong earthquakes in the world highlight the importance of seismic security of dams. Some of recent dam construction projects for water storage and hydropower are located in highly seismic zone, hence the seismic performance evaluation is an important issue. While state-of-the-art numerical analysis technology is generally utilized in practice for seismic performance evaluation of large dams, physical modeling is also carried out where new construction technology is involved or numerical analysis technology cannot simulate the behavior appropriately. Geotechnical centrifuge modeling is widely adopted in earthquake engineering to simulate the seismic behavior of large earth structures, but sometimes it can't be applied for large embankment dams due to various limitations. This study proposes a dynamic centrifuge testing method for large embankment dams and evaluated its applicability. Scaling relations for a case which model scale and g-level are different could be derived considering the stress conditions and predominant period of the structure, which is equivalent to previously suggested scaling relations. The scaling principles and testing method could be verified by modified modeling of models using a model at different acceleration levels. Finally, its applicability was examined by centrifuge tests for an embankment dam in Korea.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권1호
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• pp.5-15
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• 2020

말뚝의 동적거동은 말뚝과 지반 사이의 동적 상호작용에 큰 영향을 받는다. 특히, 경사지반에 설치된 말뚝은 진동방향에 따른 지반저항력 차이, 지반 변위 등에 의해 말뚝-지반 동적상호작용이 매우 복잡해진다. 본 연구에서는 건조 사질토 경사지반에 설치된 단일말뚝과 2×2 무리말뚝에 대하여 동적 원심모형실험을 수행하였다. 그리고, 말뚝과 지반 변위 사이의 위상차 및 동적 p-y 곡선 등을 산정하여 경사지반, 단일말뚝과 무리말뚝, 입력가속도 진폭 등의 조건이 말뚝-지반 동적 상호작용에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 지반-말뚝 사이의 운동학적 힘이 말뚝의 동적거동에 큰 영향을 주며, 동적 p-y 곡선이 지반경사, 잔류변위, 운동학적 힘의 영향 등으로 매우 복잡한 형상을 보여주는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권7호
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• pp.29-38
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• 2018

액상화 시 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간영역에서 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 지반의 전단변형에 따른 간극수압의 발달을 직접적으로 모사하기 위해 유효응력 해석법을 이용한 액상화 모델인 Finn model을 적용하였으며 Mohr-Coulomb 탄소성 모델에 접목되어 해석이 수행되었다. 이력감쇠모델을 적용하여 지반 비선형 거동을 고려하였으며 지반과 말뚝 간의 분리현상, 미끄러짐 현상을 모사하는 인터페이스 모델을 적용하였다. 경계조건으로써 단순화 연속체 모델링 기법을 도입하여 반사파의 생성을 막고 해석 효율을 증가시켰으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 비선형 거동을 정확히 모사하고자 하였다. Wilson(1998)이 수행한 원심모형시험 케이스 중 상부지반 상대밀도가 55%인 모델을 이용하여 제안된 모델링 기법의 캘리브레이션을 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 깊이 별 과잉간극수압 비-시간 이력, 휨모멘트-시간이력, 말뚝 두부 변위-시간이력이 실험 결과를 잘 모사하였다. 상부지반 상대밀도가 30%인 모델의 결과를 이용하여 제안된 모델링 기법의 적용성 평가를 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 지반 및 말뚝 응답이 실험 결과를 잘 모사하였으며 제안된 모델링 기법이 지반-말뚝 시스템의 액상화 거동을 적절히 모사한다고 판단되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.93-102
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• 2023

최근 건축물 구조 기준의 개정으로 말뚝 기초의 내진성능 강화가 강조되고 있음에도 불구하고, 현재 건축물 기초의 내진설계는 비용과 시공상의 어려움으로 충분한 시행이 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 지진 시 수평 및 수직 하중에 효과적으로 대응할 수 있는 구조로 제안된 삼축 마이크로파일(TMP)의 지진 시 동적 거동을 평가하고자 하였다. 동적 원심모형실험을 통해 설치 각도가 15°인 그룹 삼축 마이크로파일과 설치 각도가 0°인 연직 군말뚝의 가속도, 변위, 휨모멘트, 축력 등의 동적 거동이 비교 분석되었다. 실험 결과에 따르면 가속도와 수평 및 수직 변위 결과를 바탕으로 살펴보았을 때 탁월 주기가 0.5 초 미만인 실지진파 가진 조건에서 경사진 그룹 삼축 마이크로파일의 내진성능은 연직 군말뚝보다 좋거나 비슷한 수준으로 평가된다. 그러나 Sine 2Hz와 같은 장주기의 강한 지진 가진 시에는 경사진 삼축 마이크로파일의 응답이 전반적으로 수직 마이크로파일보다 크게 나타났다. 협소한 공간에서 기존 시설물의 단주기 지진파에 대한 응답을 줄이는 내진보강이 필요한 경우 경사진 삼축 마이크로파일이 수직 마이크로파일의 대안으로 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권1호
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• pp.17-33
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• 2022

본 연구는 지하수 유무에 따른 지진시 풍화지반에 근입된 단말뚝의 동적 거동을 분석하기 위해 수치해석을 수행하였다. 3차원 유한차분해석 프로그램을 사용하여 지하수 및 지반 조건에 따라 동적 수치해석을 수행하였으며, 풍화지반의 물성은 현장에서 채취한 흙의 물성시험을 통해 해석에 적용하였다. 건조한 지반 및 포화된 지반은 Mohr-Coulomb, Finn model을 각각 적용하여 모델링하였고, 각각의 모델링은 원심모형실험 결과와 검증을 수행하였다. 해석결과, 전반적으로 지하수위가 존재하는 경우가 건조한 경우보다 더 큰 말뚝의 수평변형을 나타냈으며, 깊은 심도에서부터 그 차이가 크게 발생하는 것으로 확인되었다. 이는 포화지반에 지진이 발생하게 되면 과잉간극수압의 발생으로 인해 지반 구속압이 감소하게 되는 현상에 지배되는 것으로 확인되었다. 또한, 지반에 근입된 말뚝의 영향으로 인근 지반에서의 전단변형률이 작게 발생하고, 과잉간극수압은 말뚝과 멀리 떨어진 지반에 비해 작게 증가하는 경향을 보였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권1호
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• pp.61-70
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• 2011

충돌보호공은 해저지반에 깊게 근입되어 있으며 돌핀을 의미하는 상부는 단단한 콘트리트 뚜껑으로 막혀지고 쇄석으로 채워진 원형의 속채움 시트파일의 배열로 구성된다. 본 연구에서는 돌핀의 거동을 규명하기 위해 총 7회의 준정적실험과 11회의 동적 원심모형실험을 수행하였다. 주요한 실험적 결과는 다음과 같다. 우선, 준정적실험의 실험적인 힘-변위 결과는 채움재 강성과 관련된 채움 밀도의 변화로부터 구조물의 초기 강성에 대한 영향을 보여준다. 그리고 동일한 변위에서의 에너지 소산을 비교해보면 더 조밀한 채움에서 직경 20m 돌핀은 16%, 직경 30m 돌핀은 23% 정도 소산율이 증가하는 것으로 나타났다. 30m 직경의 돌핀이 더 큰 민감도를 갖는 것은 채움재의 변형률이 에너지소산에 대해 보다 크게 기여하기 때문이다. 동 정적 충돌실험결과, 일반적으로 동적 응답이 준정적 응답보다 26~58%까지 크고 더 작은 변위에서 에너지 소산이 발생되고 있음을 알 수 있다. 따라서 돌핀 구조물의 거동예측 시 준정적 응답특성을 사용하는 것이 보수적이라는 것을 알 수 있으며, 하부충돌 시 돌핀 저항력은 상부충돌 시와 동일하거나 더 우세한 것으로 나타났다.