• Smart Structures and Systems
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• 제24권3호
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• pp.333-343
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• 2019

The possibility of adopting vibration-powered wireless nodes has been largely investigated in the last years. Among the available technologies based on the piezoelectric effect, the most common ones consist of a vibrating beam covered by electroactive layers. Another energy harvesting strategy is based on the use of piezoelectric strips attached to a hosting structure subjected to dynamic loads. The hosting structure, for example, can be the system to be equipped with wireless nodes. Such strategy has received few attentions so far and no analytical studies have been presented yet. Hence, the original contribution of the present paper is concerned with the development of analytical solutions for the electrodynamic analysis and design of piezoelectric polymeric strips attached to relatively large linear elastic structural systems subjected to random vibrations at the base. Specifically, it is assumed that the dynamics of the hosting structure is dominated by the fundamental vibration mode only, and thus it is reduced to a linear elastic single-degree-of-freedom system. On the other hand, the random excitation at the base of the hosting structure is simulated by filtering a white Gaussian noise through a linear second-order filter. The electromechanical force exerted by the polymeric strip is negligible compared with other forces generated by the large hosting structure to which it is attached. By assuming a simplified electrical interface, useful new exact analytical expressions are derived to assess the generated electric power and the integrity of the harvester as well as to facilitate its optimum design.

• Geomechanics and Engineering
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• 제24권2호
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• pp.129-141
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• 2021

The vacuum preloading method has been used in many countries for soil improvement and land reclamation. However, the treatment time is long and the improvement effect is poor for the straight-line vacuum preloading method. To alleviate such problems, a novel combined air booster and straight-line vacuum preloading method for shallow ground treatment is proposed in this study. Two types of traditional vacuum preloading and combined air booster and straight-line vacuum preloading tests were conducted and monitored in the field. In both tests, the depth of prefabricated vertical drains (PVDs) is 4.5m, the distance between PVDs is 0.8m, and the vacuum preloading time is 60 days. The prominent difference between the two methods is when the preloading time is 45 days, the injection pressure of 250 kPa is adopted for combined air booster and straight-line vacuum preloading test to inject air into the ground. Based on the monitoring data, this paper systematically studied the mechanical parameters, hydraulic conductivity, pore water pressure, settlement and subsoil bearing capacity, as determined by the vane shear strength, to demonstrate that the air-pressurizing system can improve the consolidation. The consolidation time decreased by 15 days, the pore water pressure decreased to 60.49%, and the settlement and vane shear strengths increased by 45.31% and 6.29%, respectively, at the surface. These results demonstrate the validity of the combined air booster and straight-line vacuum preloading method. Compared with the traditional vacuum preloading, the combined air booster and straight-line vacuum preloading method has better reinforcement effect. In addition, an estimation method for evaluating the average degree of consolidation and an empirical formula for evaluating the subsoil bearing capacity are proposed to assist in engineering decision making.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권4호
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• pp.5-17
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• 2023

도심지 지하굴착 공사가 대형화되면서 공사 중 안전사고에 대한 위험요인이 더욱 증가하고 있다. 이에 따라 공사현장의 위험요소를 모니터링하고 사전에 예측할 수 있는 기술이 필요하다. 굴착으로 인한 흙막이 벽체의 변형을 예측하는 방법에는 크게 경험식과 수치해석 두 가지 방법으로 분류할 수 있으며, 최근에는 인공지능 기술의 발달과 함께 머신러닝 기법을 활용한 예측 모델이 한 가지 방법으로 자리 잡고 있다. 본 연구에서는 예측력과 효율성이 우수한 부스팅 계열 알고리즘 및 앙상블 모델을 이용하여 시공 중 흙막이 벽체 변형을 예측하는 모델을 구축하였다. 지하흙막이 공사의 설계-시공-유지관리 과정에서 도출되는 자료들을 복합적으로 활용하여 데이터베이스를 구축하고, 이 자료를 토대로 학습모델을 만들고 성능을 평가하였다. 모델 성능 평가 결과, 높은 정확도로 흙막이 벽체 변형을 예측할 수 있었으며, 지반계측 자료를 학습에 활용함으로써 실제 시공과정의 특성이 반영된 예측결과를 제시할 수 있었다. 본 연구에서 구축한 예측 모델을 활용하여 시공 중 흙막이 벽체의 안정성 평가 및 모니터링에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.37-45
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• 2010

기후변화로 인해 물의 증발량이 많은 지역의 지반에서는 자연적인 소금의 고결화 현상이 발생한다. 이러한 소금의 고결화 분포는 모래지반에서 모세관력에 영향을 받는다. 이 연구의 목적은 콘 관입시험, 전기전도율 측정, 사진 이미지 촬영, 비파괴 이미지 분석 그리고 탄성파에 의한 프로세스 모니터링을 이용하여 소금의 고결화 현상에 대한 모세관력의 효과를 관찰하는 것이다. 실험은 입상재료를 모형화한 글라스비즈를 소금물에 포화시킨 후, 오븐에 넣어 시료를 건조시킴으로써 고결화를 발생시켰다. 실험결과, 고결된 소금의 농도는 시료입경이 작은 경우 최상부에서 높았고, 시료입경이 큰 경우 중간 또는 하부에서 높았다. 고결된 시료에서 높은 소금농도의 위치는 해석적 방법으로 산정된 모세관 높이와 유사하였다. 본 연구에서 수행한 5가지 실험은 모세관력이 소금이 고결된 흙과 같은 입상재료의 거동에 중요한 영향을 끼치는 것을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권7호
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• pp.37-42
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• 2008

인천시 소재 OO지역 비위생 매립지를 대상으로 선행하중(pre-loading) 공법에 의한 성토시 폐기물층의 침하 계측을 바탕으로 기존에 제시된 경험적 침하 모델을 적용하여 침하 모델의 적용성과 타당성을 분석하였다. 매립 연한이 20년이 지난 비위생 매립에서의 1년간의 성토기간 동안에 9개 지점의 지표면 침하판, 2개의 층별 침하계를 설치하고 약 300일간의 계측을 통해 비위생 매립지의 침하량을 측정하였다. 초기 침하 부분에서 기존의 침하 예측 모델과 본 현장의 침하량을 비교 분석한 결과 PCL(Power Creep Law)모델의 경우 실측 범위내에서 근접한 결과를 보였으나 쌍곡선(hyperbolic) 모델과 Bjarngard와 Edgers 모델의 경우 초기 실측 범위인 약 $50{\sim}70$일부터 300일까지 실측치와 근접하게 예측되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제26권11호
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• pp.99-110
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• 2010

연구에서는 부주면마찰력이 발생하는 3개 지역 총 16본 말뚝의 현장 계측 자료들을 바탕으로 국내 지반 특성에 맞는 주면마찰계수($\alpha$, $\beta$ 계수)의 분포범위를 압밀도(U)와 역청재(S.L) 도포 유무에 따라 역산정하였다. 역청재 도포 말뚝의 부주면마찰력 저감효과는 50~90% 정도인 것으로 나타났으며, 기존 설계에 사용되던 제안 값과의 비교를 통해, 본 연구에서 산정된 $\alpha$와 $\beta$계수가 적정 범위에 있으며, 그 결과 국내지반조건을 반영한 말뚝의 장, 단기 주면마찰력을 예측할 수 있는 기본자료를 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.5-13
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• 2008

지금까지 유효활용이 불가능한 항만지역의 발생 준설토사를 자원으로 활용하기 위한 환경기준을 제안하였다. 현재 국내의 경우 퇴적물의 화학적 분석은 이루어졌으나 생물영향과 연계된 자료의 부족으로 자체적 기준을 개발하는 것은 현실적으로 불가능하다. 그러므로 외국의 기준을 선별하고 국내 퇴적물 오염현황, 국내 퇴적물의 주요 오염성분, 오염퇴적물 정화기준의 하위기준과 상위기준을 종합적으로 고려하여 국내여건에 적합한 환경기준을 제안하였다. 본 연구에서 제시된 환경기준은 국내퇴적물의 천연부존량보다 값이 크기 때문에 국내 환경여건에 대하여 적합하며 많은 경험과 사후 모니터 링을 실시하고 있는 선진국의 환경기준과 비교하여 엄격한 수준으로서 준설토사를 경제적으로 활용할 경우, 환경에 미치는 영향은 크지 않아 향후 준설토사의 처리 및 활용의 적용기준으로 적합할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.85-93
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• 2008

대심도 연약지반에 설치되는 말뚝은 말뚝의 길이가 길어져 지반지지력이 크므로 극한 지지력의 확인이 힘들고, 부마찰력에 의해 큰 잔류하중이 발생하기 때문에 하중전이시험을 수행하더라도 정확한 하중전이곡선을 산정하기 어렵다. 본 연구에서는 연약지반에 설치된 PHC 항타 말뚝을 대상으로 선단지지력과 주면마찰력을 분리측정할 수 있고 극한 지지력을 확인하기 용이한 하중전이 양방향 재하시험을 수행하였다. 말뚝설치 직후부터 말뚝변형률을 지속적으로 계측하여 잔류하중을 결정하였다. 잔류하중의 영향을 고려하여 참지지력과 참 하중-변위 곡선을 분석하였다. 이를 바탕으로 잔류하중이 포함된 주면마찰력에 대한 하중-변위 거동모형을 제안하였다. 결과적으로, 점토지반에 설치되는 장대말뚝의 재하실험 결과에 대한 정확한 분석을 위해서는 잔류하중을 고려하여야 한다는 것을 입증하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권2호
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• pp.65-79
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• 2024

본 연구는 전통적인 통계기반 ARIMA(Auto-Regressive Integrated Moving Average) 모델과 딥러닝 기반 LSTM(Long Short-Term Memory) 모델을 활용하여 굴착 현장의 지중경사계 데이터를 통한 흙막이 벽체 변형을 예측하고, 두 모델의 예측 성능을 비교 분석하였다. ARIMA 모델은 시간의 흐름에 따른 시계열 데이터의 선형적 패턴을 분석하는 데 강점을 보이는 반면, LSTM은 데이터의 복잡한 비선형 패턴과 장기 의존성을 포착하는 데 우수한 능력을 보여주었다. 본 연구는 흙막이 벽체 변형 예측을 위해 지중경사계 계측 데이터에 대한 전처리, 다양한 시계열 데이터 길이 및 입력변수 조건 등에 따른 성능 평가를 포함하였으며, LSTM 모델이 ARIMA 모델에 비해 통계적으로 유의미한 예측 성능 향상을 확인하였다. 본 연구의 결과는 굴착 현장에서의 지중경사계 데이터를 활용한 흙막이 벽체의 안정성 평가에 LSTM 모델을 효과적으로 적용할 수 있음을 보여준다. 또한 이를 바탕으로 향후 굴착 현장 전체에 대한 안전모니터링 시스템 구축과 시계열 예측 모델 발전에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권1호
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• pp.39-46
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• 2024

전 지구적 기후변화에 따른 용수확보 방안으로 인공함양 기법이 활용되고 있다. 함양률을 감소시키는 클로깅 문제는 인공함양 기법의 활용에 큰 장애가 되고 있다. 이 연구는 하천수 주입 과정에서 발생할 가능성이 있는 클로깅 평가를 위한 기초자료를 확보하기 위해 인공함양 예정 지역 충적층의 토양 조직과 광물 특성을 분석하였다. 충적층 쇄설성 입자의 주요 구성 광물은 석영, 정장석, 사장석, 흑운모 등이며, 공극을 충진하는 주요 2차 광물은 일라이트, 카오린나이트, Fe-산화광물이다. 2차 광물로서 탄산염 혹은 황산염 광물의 산출이 없는 것은 인공함양 실험 전인 연구 지역 충적층에서는 지하수와 지표수 간의 반응에 의한 화학적 클로깅은 발생하지 않았음을 시사한다. 인공함양 실험과 관련된 화학적 클로깅에 대한 평가를 위해 대수층 내 공극에서 2차 광물의 생성과 성장과 같은 충적층의 토양특성에 대한 모니터링이 필요하다.