• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권5호
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• pp.59-67
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• 2009

본 연구에서는 단독말뚝의 주변에서 실시되는 터널의 굴착이 지반 및 말뚝에 미치는 영향을 3차원 수치해석을 통하여 분석하였다. 수치해석에서는 말뚝과 주변지반 사이에 경계면요소를 이용하여 소성항복 발생조건을 모델링하였다. 수치해석을 통하여 풍화토 및 풍화암에 시공된 터널과 말뚝의 상호거동에 대한 분석을 실시하였다. 수치해석을 통해 말뚝의 침하, 말뚝과 지반 경계면에서의 상대변위, 전단응력 및 말뚝의 축력변화를 분석하였다. 특히 터널의 굴착과 관련된 전단응력의 전이과정에 대한 심도있는 분석을 실시하였다. 터널굴착에 의한 말뚝-지반 경계면에서 상대변위의 변화로 인하여 말뚝에 작용하는 전단응력 및 축력의 분포가 변하게 된다. 말뚝 본체 대부분에서는 상향의 전단응력이 발생하는 반면(Z/L=0.0-0.8), 말뚝선단부근에서는(Z/L=0.8-1.0) 하향의 전단응력이 발생하여 말뚝에 인장력이 발생된다. 수치해석을 통해서 터널굴착이 말뚝 거동에 미치는 영향을 상세하게 분석하였다.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 2002년도 추계 학술발표회 논문집
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• pp.106-113
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• 2002

In this study, a numerical analysis method for soil-pile interaction in frequency domain problem is presented. The total soil-pile interaction system is divided into two parts so called near field and far field. In the near field, beam elements are used for a pile and plain strain finite elements for soil. In the far field, dynamic fundamental solution for multi-layered half planes based on boundary element formulation is adopted for soil. These two fields are coupled using FE-BE coupling technique In order to verify the proposed soil-pile interaction analysis, the dynamic responses of pile on multi-layered half planes are simulated and the results are compared with the experimental results. Also, the dynamic response analyses of interface spring elements are performed. As a result, less spring stiffness makes the natural frequency decrease and the resonant amplitude increase.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.45-54
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• 2019

본 연구에서는 원지반의 상대밀도와 세립분 함유율의 조건에 따른 말뚝의 인발거동 특성 규명을 위하여, 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 말뚝과 지반 경계에서의 전단거동을 원활히 모사하기 위해서 경계요소와 경계면 강도감소계수($R_{inter}$)를 부여하였으며, 그 결과를 기존의 실험적 연구결과(You et al., 2018)와 비교함으로써 본 수치해석 방법의 신뢰성을 검증하였고, 말뚝-지반 경계면에서의 변형 특성과 함께 경계요소에 대한 $R_{inter}$값의 결정방법을 제시하였다. 해석 결과, 본 연구에서 적용된 해석모델을 이용한 수치해석은 말뚝의 인발모형실험에 의한 말뚝과 지반의 경계면 특성을 적절하게 모사하였다. 또한 제시된 $R_{inter}$의 적용에 있어서, 반드시 지반의 상대밀도와 세립분 함유율 조건을 고려해야 할 필요가 있음을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.27-34
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• 2010

본 연구에서는 유한요소해석을 실시하여 지반굴착으로 인해 융기(heaving)가 발생하는 지반에 사전에 근입된 말뚝의 거동에 대한 분석을 실시하였다. 수치해석에서는 말뚝과 점토사이 경계면에서의 미끄러짐(소성항복)을 고려하여 그 상호거동에 대하여 고찰하였다. 본 연구에서는 말뚝의 상향변위, 말뚝과 인접지반의 상대변위, 말뚝에 작용하는 전단응력 및 인장력을 분석하였다. 특히, 수직응력의 감소로 인해 말뚝과 인접지반에서의 전단응력이 전이되는 메커니즘에 대한 심도있는 분석을 실시하였다. 굴착에 의해 수직응력이 감소하여 말뚝과 인접지반 사이에서의 상대변위 및 전단응력이 변화하였다. 말뚝 대부분의 위치(Z/L=0.0-0.8)에서는 상향의 전단응력이 발생하였으나, 말뚝 선단부 부근(Z/L=0.8-1.0)에서는 하향의 전단응력이 발생하였고, 이로 인해 말뚝에는 인장력이 발생하였다. Z는 임의의 심도, L은 말뚝의 길이이다. 수치해석을 통해서 분석된 말뚝의 거동에 대하여 상세히 보고하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.337-356
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• 2012

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 사용 중인 단독말뚝 및 군말뚝의 측면에서 실시된 터널굴착에 의한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 유발된 말뚝-지반 경계면에서의 전단응력전이를 미끄러짐(slip)을 고려할 수 있는 접촉요소(interface element)를 이용하여 분석하였다. 본 연구는 말뚝-지반경계면에서의 전단응력, 말뚝의 축력 및 지반 및 말뚝의 변형에 대한 분석을 포함한다. 탄성이론에 근거한 기존의 연구는 말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자들을 적절히 고려하지 못하여 말뚝의 거동을 명확하게 분석할 수 없는 것으로 나타났다. 터널굴착으로 유발된 말뚝-지반 사이에서의 전단응력전이로 인하여 말뚝인접 지반의 전단응력 및 말뚝의 축력분포가 크게 변하는 것으로 나타났는데, 터널 springline 상부에서는 하향의 마찰력이 발생하였으며, 그 하부에서는 상향의 저항력이 발현되어 말뚝에는 압축력이 발생하였다. 경계면에서의 전단응력 발현정도는 말뚝-지반의 상호거동에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 군말뚝의 축력분포에 대한 분석결과 단독말뚝에 비해 터널굴착의 영향을 덜 받는 것으로 나타났다. 터널굴착으로 유발된 말뚝의 침하와 관련된 말뚝의 겉보기 지지력 감소는 크지 않은 것으로 분석되었다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제41권3호
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• pp.395-406
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• 2012

Basic problem of pile foundation is three dimensional in nature. Three dimensional finite element formulation is employed for the analysis of pile groups. Pile, pile-cap and soil are modeled using 20 node element, whereas interface between pile or pile cap and soil is modeled using 16 node surface element. A parametric study is carried out to consider the effect of pile spacing, number of piles, arrangement of pile and soil modulus on the response of pile group. Results indicate that the response of pile group is dependent on these parameters.

• Geomechanics and Engineering
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• 제3권1호
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• pp.29-43
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• 2011

In this paper a semi-analytical approach is proposed to study the lateral behavior of a piled footing under horizontal loading. As accurate computation of stresses is usually needed at the interface separating the footing (pile) and the soil, this important location should be appropriately modeled as zero-thickness joint element. The piled footing is embedded in elastic soil with either homogeneous modulus or modulus proportional to depth (Gibson's soil). As the pile is the principal element in the piled footing system, a limited parametric study is carried out in order to investigate the influence of footing dimensions and the interface conditions on the lateral behavior of the pile. Hence, the pile behavior is examined through its main governing parameters, namely, the lateral displacement profiles, the bending moments, the shear forces and the soil reactions. The numerical results are presented for Poisson's ratio of 0.2 to represent a large variety of sands and Poisson's ratio of 0.5 to represent undrained clays.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권5C호
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• pp.199-210
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• 2012

본 연구에서는 3차원 탄-소성 유한차분해석을 통해 기존재하는 단독말뚝, $3{\times}3$및 $5{\times}5$ 군말뚝의 바로 아래 풍화암 지반에서 실시된 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 규명하기 위하여 지반/말뚝의 침하 및 전단응력전이(shear stress transfer) 메커니즘을 심도있게 분석하였다. 터널굴착으로 유발된 지반의 침하와 말뚝-지반 사이 경계면에서의 상대변위 발생으로 인해 말뚝에 작용하는 전단응력 및 축력의 분포가 매우 크게 변화하였다. 계산된 결과에 의하면 터널굴착으로 인해 말뚝의 두부로부터 말뚝길이의 약 80%에 해당되는 위치까지는 상향의 전단응력이 발생하였고, 그 하부에서는 하향의 전단응력이 발생하였다. 이로 인해 말뚝의 축력이 터널의 굴착에 따라 지속적으로 감소하고, 순수한 터널의 시공으로 인하여 말뚝에는 인장력이 발생하였는데 이로 인해 말뚝에는 최대 $0.36P_a$의 인장력이 발생하였다, 여기서 $P_a$는 터널굴착이전에 말뚝두부에 작용하는 설계하중이다. 말뚝의 거동은 경계면에서의 전단강도 발현 정도에 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 군말뚝의 경우 일반적으로 말뚝의 숫자가 증가할수록 터널의 시공에 의해 말뚝의 침하가 증가하는 것으로 나타났으며, 이와는 반대로 말뚝의 축력변화는 군효과(shielding effect)로 인해 단독말뚝의 경우에 비해 작은 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝침하의 증가로 인한 겉보기지지력(apparent pile capacity) 감소는 단독말뚝에 비해 군말뚝에서 두드러지는 것으로 분석되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제7권5호
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• pp.495-524
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• 2014

To investigate the soil-pile interactive performance under lateral loads, a set of laboratory model tests was conducted on remoulded test bed of soft clay and medium dense sand. Then, a simplified boundary element analysis had been carried out assuming floating pile. In case of soft clay, it has been observed that lateral loads on piles can initiate the formation of a gap, soil heave and the tension crack in the vicinity of the soil surface and the interface, whereas in medium dense sand, a semi-elliptical depression zone can develop. Comparison of test and boundary element results indicates the accuracy of the solution developed. However, in the boundary element analysis, the possible shear stresses likely to be developed at the interface are ignored in order to simplify the existing complex equations. Moreover, it is unable to capture the influence of base restraint in case of a socketed pile. To bridge up this gap and to study the influence of the initial stress state and interface parameters, a field based case-study of laterally-loaded pile in layered soil with socketed tip is explored and modelled using the finite element method. The results of the model have been verified against known field measurements from a case-study. Parametric studies have been conducted to investigate the influence of the coefficient of lateral earth pressure and the interface strength reduction factor on the results of the model.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.61-69
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• 2022

본 연구에서는 지반조건을 고려한 말둑의 인발저항 성능의 합리적인 평가방법 확립의 일환으로써, 지반의 세립분 함유율 및 구속압 조건에 따른 말뚝과 지반 경계면의 전단특성을 평가하기 위한 대형직접전단시험을 수행하였다. 그 결과, 수직하중이 증가하고 모형지반의 세립분 함유율이 작을수록 전단변형에 따른 전단응력이 크게 발생됨을 알 수 있었다. 그리고 동일한 수직하중과 세립분 함유율 조건에서 말뚝 모형체의 표면이 거칠수록 최대전단응력은 다소 크게 나타났다. 강도정수로써 내부 마찰각과 점착력을 산정하여 분석한 결과, 모형지반의 세립분 함유율이 증가할수록 모형체 경계면에서의 내부마찰각은 감소하였으나 점착력은 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 말뚝 모형체 표면이 거칠수록 모형지반의 세립분 함유율에 관계 없이 내부마찰각과 점착력은 크게 나타났다.