• 한국지반공학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.51-63
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• 2023

계절성 동토의 온도 변화에 따른 융해 및 동결작용에 의한 지반의 거동이 말뚝 기초의 변위 및 지지력에 끼치는 영향을 파악하기 위한 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 온도 변화에 따른 지반-말뚝 상호작용을 모사하기 위해 유한요소법 기반의 TM 모델링(Thermo-Mechanical coupled Modeling)을 적용하였으며, 동결 지반은 온도 의존적 비선형 물성을 적용하였다. 지반의 구성 모델은 소성 거동을 모사하기 위한 MCR 모델(Mohr Coulomb with Rankine Tensile cut-off Model)과 HDP 모델(Nonlinear Hyperbolic Drucker-Prager Model)을 각각 적용하였으며, 말뚝의 길이 및 너비 조건을 선정해 수치해석 결과를 비교 및 분석하였다. 수치해석 결과는 HDP 구성 모델이 비교적 작은 지반 거동과 지지력을 보였으나, 전체적으로는 말뚝의 길이 및 너비 조건에 따라 지지력 및 말뚝 머리의 변위 결과의 양상과 그 크기는 유사하게 나타났다. 지반의 융해-동결작용으로 인한 말뚝 머리(pile head)의 수직 변위는 길이 조건이 짧을수록 변위의 변화 폭이 크게 나타났다. 수직 변위는 길이 조건에 따라 MCR 구성 모델에서는 최대 0.0387m의 융해 침하와 0.0277m의 동결 융기가 발생했으며, HDP 구성 모델에서는 최대 0.0367m의 융해 침하와 0.0264m의 동결 융기가 발생했다. 또한 두 탄소성 모델에 대한 말뚝의 지지력 결과는 말뚝의 길이 조건보다 너비 조건에서 더 큰 차이를 보였으며, 너비 조건 L에서 최대 약 14.7%, M에서 최대 약 5.4%, S에서 최대 약 5.3%가 발생하였다. 이에 말뚝 머리의 수직 변위와 말뚝의 지지력은 말뚝-지반의 접촉 면적에 영향을 크게 받으며, 지반 내 활성층의 활성도에 따라 차이를 보였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권4호
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• pp.705-713
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• 2016

연약지반 공사는 설계단계에서 고려하지 못한 변수들이 시공단계에서 발생되어 구조물의 안정성과 설계변경에 따른 공사비 증가의 원인이 된다. 본 연구는 충청북도 오창지역에 조성되는 산업단지 진입도로 조성구간을 연구대상으로 하며, 연약지반 처리공법으로 암버럭을 이용한 치환공법 및 사용하중을 고려한 과재성토를 연약지반 처리대책으로 선정, 구조물의 안정성 및 공기 단축으로 공사비 절감효과 분석에 목적이 있다. 연구구간의 연약지반 두께는 사질토 및 점성토 연약지반으로 2.4~5.5m로 규모가 작으나 지표하 1.5~5.9m의 지층사이에 불균등하게 분포하며, 침하발생은 크지 않으나 장래 부등침하와 단차 발생이 예상되어 연약지반 처리후 현장 계측결과를 분석하여 장래 침하거동을 예측하였다. 또한, 치환재료는 지역특성 및 경제성을 고려하여 양질토사를 암버럭으로 치환하여 안정성 증가, 공기단축 등으로 공사비 29%를 절감하였다. 본 연구를 바탕으로 향후 제체내 간극수압 소산, 지하수위 변동 등의 예측과 실제 계측된 연약지반의 압밀과의 관계 등에 대한 추가적인 연구를 수행할 경우, 다양한 현장조건에서 연약지반 거동을 정확히 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.1227-1240
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• 2014

휴 폐광산지역은 복합지질재해지역으로 집중호우에 의해 토사재해와 산성광산배수를 발생시킨다. 본 연구는 폐석적치장 전반에 걸쳐 토사재해가 관측된 임기광산에 대해 지반공학적 유변학적 시험을 수행하고 얻어진 시험결과를 토대로 1-D 토석류 수치해석을 수행함으로써 토석류의 확산성을 조사하였다. 모래와 자갈로 구성된 광산폐석 시료의 유변학적 특성을 조사하기 위해 베인관입형 레오미터(Vane-penetrated rheometer)를 사용하였으며, 전단응력 제어를 통한 전단응력(${\tau}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$)와 점도(${\eta}$)-전단속도(${\dot{\gamma}}$) 간의 상관관계를 얻었다. 또한 광산폐석 시료에 대해 잘 알려진 유변학적 모델들(Bingham, Herschel-Bulkley, Power-law, bilinear 및 Papanastasiou 모델)을 적용함으로써 수치해석에 필요한 유변학적 매개변수(항복응력과 소성점도)를 결정하였다. 실험결과에 따르면, 체적농도에 무관하게 전형적인 전단담화(shear thinning) 거동이 관측되었으며, 함수비가 증가할수록 Bingham 유체처럼 거동하는 것으로 나타났다. 또한 사용된 모든 유변학적 모델들은 파괴 후 거동에 적합한 모델들로 밝혀졌다. 토석류 흐름특성을 조사하기 위해 실험결과를 토대로 토석류 크기(5 m, 10 m 및 15 m)와 항복응력(100 Pa, 200 Pa, 300 Pa 및 500 Pa)을 선정하여 1-D BING을 통해 수치해석을 수행하였다. 그 결과, 토석류 이동거리와 이동속도는 항복응력의 크기에 반비례한 것으로 나타났으며, 토석류 항복응력이 500 Pa 이하인 경우 대부분의 토사는 계곡부까지 흘러갈 수 있는 것으로 나타났다. 따라서 집중호우 기간에 산악지역에 방치된 광산폐석은 토사재해에 취약하고 2차적으로 인근 수계로 유입되어 환경적 문제를 야기시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.328-337
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• 2005

This work reports results of our study on the dynamic responses of the buried pipelines both along the axial and the transverse directions under various boundary end conditions. We have considered three cases, i.e., the free ends, the fixed ends, and the fixed-free ends for the axial direction, and three more cases including the guided ends, the simply supported ends, and the supported-guided ends for the transverse direction. In order to investigate the effect of the boundary end conditions for the dynamic responses of the buried pipeline, we have devised a computer program to find the solutions of the formulae on the dynamic responses (displacements, axial strains, and bending strains) under the various boundary end conditions considered in this study. The dynamic behavior of the buried pipelines for the forced vibration is found to exhibit two different forms, a transient response and a steady state response, depending on the time before and after the transfer of a seismic wave on the end of the buried pipeline. The former is identified by a slight change in its behavior before the sinusoidal-shaped seismic wave travels along the whole length of the pipeline whereas the latter by the complete form of a sinusoidal wave when the wave travels throughout the pipeline. The transient response becomes insignificant as the wave speed increases. We have observed a resonance when the mode wavelength matches the wavelength of the seismic wave, where the mode number(k) of resonance for the axial direction is found to be $\overline{\omega}/{\pi}V+1/2$ for the fixed-free ends, $\overline{\omega}/{\pi}V+1$ for the free ends, and $\overline{\omega}/{\pi}V$ for the fixed ends, respectively. By adding 10 more modes to the mode number(k) of resonance, we were able to study all the dynamic responses of the buried pipeline for the axial direction. On the other hand, we have not been able to observe a resonance in the analysis for the transverse direction, because the dynamic responses are found to vanish after the seventh mode. From the results of the dynamic responses at the many points of the pipeline, we have found that the responses appeared to be dependent critically on the boundary end conditions. Such effects are found to be most prominent especially for the maximum values of the displacement and the strain and its position.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.109-120
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• 2007

대형 대단면 터널의 시공시 지반 변형을 억제시키고 지반의 강성을 증가시키며 차수 및 지수를 확보하기 위해 다양한 사전 보강공법들이 굴착전 막장 천단부 전방에 적용되고 있으나 물성치 결정 및 시공단계 해석에 있어서 여러 오류를 안고 있다. 본 연구에서는 탄성파를 이용하여 사전보강영역의 시간 의존적 강도 및 강성 특성을 분석하는 기법을 제시하였다. 실내실험을 통해 획득한 탄성파속도와 전단강도는 경화시간에 따라 증가하며, 전단강도와 전단강도정수는 탄성파 속도와 일정한 관계를 갖는 것으로 분석된다. 재령에 따른 탄성계수와 점착력을 터널의 시공단계에 따른 시뮬레이션에 적용하여 경시효과가 터널 변위 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과 $1{\sim}2$일 강도 및 강성을 적용한 결과가 경시효과를 고려한 경우와 갱구부에서 유사한 거동을 하며, 특히 초기 시공부분 및 갱구부에서 터널의 안정성에 큰 영향을 미치는 것으로 분석된다. 본 연구에서 제안된 기법을 통해 향후 사전보강영역의 경시효과를 고려한 터널 거동해석을 위해 실내실험과 수치해석을 병용하여 신뢰성 있는 터널 해석 및 설계를 수행하는 것이 바람직 할 것이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권9호
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• pp.626-633
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• 2020

본 연구에서는 원형 터널을 대상으로 Terzaghi 토압공식과 지반조사 자료결과를 이용한 방법 그리고 Dilatnacy 효과를 고려한 방법을 유한요소해석을 통해 검토하여 각 방법들을 비교하고 지반의 거동을 분석하였다. Terzaghi 토압공식의 경우, 이완하중이 과도하게 산정되어 과다설계를 유발할 수 있으며 지반조사 자료결과를 이용한 방법은 공학적인 토압계수가 적용되지 않을 경우 실제 현장과 상이한 거동을 보여 예상치 못한 문제가 발생할 수 있다. Dilatancy 효과를 고려한 방법의 경우, 팽창각을 통한 강도증진효과와 상대밀도를 모두 고려할 수 있으며 그로 인해 각 방법 중 가장 합리적으로 이완하중이 산정되는 것으로 타났다. 현장지반조사 결과를 이용한 유한 요소해석 결과, 터널 상부지반이 저토피일때 터널 천단부에서 인장응력이 작용하는 것으로 나타나 실제 현장 지반 거동과는 달랐다. 딜리턴시를 고려한 지반 해석방법의 경우, 지반의 이완하중이 합리적으로 나타났다. 그러나, 현장 계측결과와의 비교 등을 통해 추가적인 검증이 필요하다고 판단되며 추가 연구를 통해 정규화시킨다면 터널 설계 시 이완하중을 합리적으로 산정하여 안전하고 경제적인 설계가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.1-9
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• 2012

본 연구는 이 구성모델의 실용화를 위한 검토로 응력경로에 따라 어떤 특성이 있는가를 밝히기 위하여 백마강 모래를 이용하여 등방압축팽창시험과 응력경로를 달리한 일련의 배수삼축시험(CTC, Conventional triaxial compression test), TC(Triaxial compression test), RTC(Reduced triaxial compression test), OSP(Optional stress path))을 각각 수행하여 각각의 토질매개변수를 결정한다. 그리고 각각의 응력경로에 대한 시험으로부터 결정된 토질매개변수 11개를 이용하여 토질매개변수를 결정시 이용된 시험 결과를 역해석한다. 그리고 항복함수에 관련된 토질매개변수 h와 ${\alpha}$를 파괴기준에 관련된 토질매개변수 ${\eta}_1$의 상관식과 상수로 결정한 9개의 토질매개변수를 이용하여 응력경로가 다른 경우의 응력-변형률 거동에 대한 예측의 정도를 밝히기 위하여 CTC시험, TC시험, RTC시험, OSP시험 및 Fine Silica Sand시험의 결과를 각각 해석하여 단일항복면 구성모델의 실용성을 검토한다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권4호
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• pp.61-70
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• 2008

본 연구에서는 말뚝의 하중-수평변위 거동에 대한 해석 방법 중에서 지반공학적인 측면에서 널리 쓰이고 있는 하중전이함수법에 대해 고찰하였다. 다층지반에 관입되어 사질토에 근입된 대구경 현장타설말뚝의 실물 수평재하시험을 실시하여 계측결과를 분석하였고, 계측데이타의 분석을 통해 현장에 적용가능한 하중-변위을 제안하였다 현장재하시험결과와 유한차분해석 프로그램인 "LPILE"에 의한 기존에 제안된 하중전이함수식의 조합에 의한 해석결과를 대상으로 비교, 분석을 수행하였다. 계측데이타의 분석에 의해 하중-변위곡선을 여러 함수식으로 표현해본 결과, 지수형모델인 $y=ae^{bx}$ (여기서 y : 변위(mm), x : 하중(ton))가 가장 간단하고 적용성이 뛰어난 것으로 분석되었고 a값은대체로 1.3에, b값 은0.02에 근접한 경향을 보인다. 현장실측결과와 'LPILE'에 의한 하중전이함수식의 조합에 의한 해석결과를 비교, 분석한 결과 수평하중이 작을때에는 계산된 변위와 실측 변위가 거의 유사한 값을 보이다가 수평하중이 커짐에 따라 계산된 변위가 실측 변위보다 크게 나타나는 경향을 보였다. 하중전이함수의 조합인 Matlock-Reese의 방법과 Matlock-API 방법에 의한 결과를 비교해 보면 Matlock-Reese 의 방법이 수평변위가 상대적으로 크게 산정되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.537-546
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• 2013

최근 교통량의 증가와 차량의 대형화로 인해 기존 터널에서 상습적인 정체가 발생되는 경우가 증가하고 있다. 이러한 문제해결의 일환으로 기존 터널을 확폭하는 경우는 신설 터널을 건설하는 경우와 비교하여 용지매입 비용의 절감과 자연환경의 훼손을 최소화 시킬 수 있다는 장점이 있다. 실제로 일본과 유럽 등 해외에서는 기존 터널을 확폭 시공하는 사례가 많이 보고되고 있다. 이러한 흐름에서 국내에서도 향후 기존터널의 확폭 시공에 대한 수요는 꾸준히 증가할 것으로 예상되나, 현재까지는 기존 터널의 확폭에 관한 실적과 경험이 많지 않아 이에 관한 기반 연구가 필요한 상황이라고 볼 수 있다. 본 연구에서는 유한요소해석과 기존의 이론, 경험식 등을 이용하여 기존 병설터널을 확폭하는 경우 확폭방식과 그에 따른 필라폭 변화가 터널의 거동과 필라 안정성에 미치는 영향을 평가하였다. 조사 결과, 필라폭은 동일하나 편측과 양측으로 확대하는 경우의 차이에 따라 편측 확대 터널의 천단침하는 양측 확대 터널에 비해 약 5~20%의 큰 값을 보이는 한편, 최소 필라폭을 갖게되는 편측 확대 터널에서 숏크리트 응력이 최대를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 강도/응력비의 경우 조사된 네 종류의 확폭 패턴에 대하여 모두 1.0 이상을 나타내었고 Matsuda의 방법이 Peck의 방법에 비해 약 50% 정도 강도/응력비를 크게 산정하게 됨을 확인하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.11-18
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• 2006

지오텍스타일 튜브공법은 지오텍스타일의 필터 및 배수기능을 복합적으로 활용하는 공법으로 과거의 모래주머니, 훼브릭 폼, 게비언 등의 개념에서 최근 수리학적 채움기법을 적용하여 해안침식방지 구조물, 슬러지의 탈수, 교량축조를 위한 가도, 여수로 공사를 위한 임시구조물 등의 신구조물 공법으로 자리매김 하고 있다. 본 연구에서는 지오텍스타일 튜브와 지반재료와의 복합구조물의 안정거동에 대하여 2차원 한계평형, 침투해석 및 사면안정해석방법을 통하여 분석하였다. 2차원 한계평형이론을 통하여 설계영향인자 및 현장여건에 따른 지오텍스타일 튜브 복합구조물의 지반공학적 안정성을 분석하였으며, 사면안정해석을 위하여 일차적으로 부정류 침투해석을 통하여 조위변동에 따른 복합구조물내의 간극수압분포를 분석하였다. 최종적으로 범용 사면안정해석 프로그램인 Slope/W를 이용한 침투분석결과와 연동하여 사면안정해석을 수행하였다. 2차원 한계평형해석 및 평면변형해석 방법을 통한 분석결과, 세가지 형태의 지오텍스타일 튜브 복합구조물 모두 안정성을 확보하고 있으며, 지오텍스타일 튜브 구조물 자체는 수위조건 변화에 대해서는 크게 영향이 없이 안정한 것으로 도출되었다.