• 한국지반공학회논문집
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• 제29권2호
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• pp.47-56
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• 2013

포화토의 개념과 원리로는 실제 지반에서 발생하는 현상과 거동이 제대로 해석되지 않는 많은 공학적 문제들이 있다. 불포화토는 부간극수압의 영향으로 겉보기점착력을 보임과 동시에 물의 흐름에 있어서 간극 속에 공기의 함입으로 투수성이 저하하는 등 포화토와는 다른 거동특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서 흙 속의 수분 함량에 따른 공학적 특성을 규명하는 것은 지반강도의 산정, 구조물의 안정성 등을 판단하는데 있어서 중요한 자료를 제공하므로 많은 연구와 노력이 필요하다. 특히, 하천복원 프로젝트인 "4대강 살리기"중 한 곳인 낙동강유역에는 모래 지반이 넓은 지역에 걸쳐 분포하고 있으며, 중소규모의 댐, 홍수조절지, 하천변 저류지 및 저수지 재개발 등 많은 토목구조물이 건설되고 있다. 본 연구에서는 낙동강유역 내 불포화상태에 있는 지반구조물의 설계 시공 및 안정성 검토에 기초적 자료를 제공하고자 낙동강 중하류 실트질 모래를 대상으로 불포화 삼축압축시험을 실시하였다. 시험 결과 최대축차응력은 구속압과 흡인력이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 점착력은 흡인력의 증가에 따라 비선형적으로 증가하였으나, 내부마찰각은 크게 변하지 않는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.35-44
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• 2006

일반적으로 현장지반은 대부분 일정량의 세립분을 포함하고 있으므로 세립분 함유량을 고려한 지반 거동에 관한 연구가 요구된다. 이와 더불어, 기초 지반은 하중초기단계부터 상당한 비선형 거동특성을 나타내고 있어, 응력단계에 따른 지반의 비선형성 또한 매우 중요한 고려사항이다. 본 연구에서는 일련의 실내시험을 수행하여 지반의 전단강도 및 비선형 감쇠 특성을 도출하고자 하였으며, 수정 Hyerbolic 모델을 적용하여 분석된 실트질 모래 지반의 비선형 거동특성은 실트함유량과 상대밀도에 의해 정량화되었다. 실트질 모래 시료의 응력-변형률 곡선을 도출하기 위해 세립분 함유량을 변화시켜가며 일련의 삼축압축시험이 수행되었다. 또한 비선형 특성의 정규화에 요구되는 미소변형률 구간의 초기전단탄성계수의 도출을 위해서 삼축압축시험의 시료조건과 유사한 시료에 대해 공진주시험이 수행되었다. 또한 실트함유량별로 도출된 비선형 특성치는 상대밀도의 영향이 가장 큰 것으로 나타났으며, 상대밀도 증가에 따라 파괴시의 탄성계수의 비인 f값은 감소하고, 지반강성도 감쇠율을 나타내는 9의 경우 증가하는 경향을 나타내었다. 이와 더불어 비선형 특성치를 상대밀도 $D_R$을 간극비로 환산한 절대적 간극비 $e_{sk}$에 따른 정량화 결과의 경우, $e_{sk}$의 증가에 따라 f값은 증가하고 g값은 감소하는 경향을 나타내었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권5C호
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• pp.209-218
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• 2010

풍화 잔류토, 토석류, 산사태, 또는 매립 지반에서 자갈과 같은 굵은 입자가 모래나 점토와 같은 작은 입자로 둘러 쌓여져 있는 경우가 있다. 작은 입자 사이에 굵은 입자가 고립된 상태로 존재하는 혼합토의 강도는 흙에서 대부분을 차지하는 작은 입자 즉 모래나 점토의 역학적 특성에 따라 좌우되지만 흩어져 있는 굵은 입자인 자갈의 크기, 모양, 함유량 등에 의해 영향을 받는 경우도 있다. 본 연구에서는 이와 같이 모래 지반 내에 흩어져 있는 소량의 자갈이 모래의 전단강도에 미치는 영향을 연구하였다. 습윤 상태의 낙동강모래를 이용하여 각층 높이의 중간부분에 굵은 자갈 또는 작은 자갈을 넣고 다음 층을 쌓아 다지는 방식으로 5층으로 된 조밀한 공시체를 제작하였다. 각층 높이의 중간부분에 들어간 굵은 자갈과 작은 자갈의 중량비를 0, 3, 9, 14%로 달리하면서 다양한 공시체를 제작하여 압밀시킨 다음 비배수 삼축압축시험을 실시하였다. 혼합되는 굵은 자갈의 중량비(개수)가 증가할수록 자갈을 포함한 낙동강모래의 최대축차응력은 최대 38%까지 감소하였으며, 이와 같은 굵은 자갈로 인한 최대축차응력 감소는 구속압이 증가할수록 줄어드는 경향을 보였다. 하지만 공시체 내에 포함된 작은 자갈의 중량비가 증가할수록 최대축차응력은 오히려 증가하였으며, 자갈의 중량비가 3, 9%로 작을 경우 최대축차응력의 증가는 미미하였으나 14%로 증가할 경우에는 최대축차응력이 최대 34%까지 증가하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.145-159
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• 2004

본 연구에서는 지진시 지반의 안정성 평가시, 진동시험에 기초하여 액상화 발생가능성 여부를 판정하는 상세평가법을 개발하였다. 개발된 평가법에서는 기존의 평가법이 지진을 단순히 정현하중화하는 등가전단응력개념에 기초한점과는 달리, 지진의 최대가속도, 유효지속시간, 지진형태, 그리고 지진규모 등 다양한 지진영향인자가 고려될 수 있도록 실지진기록 입력의 지반응답해석을 포함하도록 하였다. 지반의 고유한 저항특성을 응력-변형률 시험 결과로부터 액상화 전환시점까지의 누적 소성 전단변형률로 하였으며 이와 연계하여 지진의 액상화 발생특성을 지반응답해석을 통해 획득 가능한 전단변형률 시간이력곡선에 기초하도록 하였다. 이때, 액상화를 유발시키는 실지진기록의 특성분석을 위해 실지진하중 재하의 진동삼축시험을 수행하였다. 시험결과, 충격형 지진인 경우, 지진기록의 최대하중이 재하된 직후, 과잉간극수압이 급진적으로 발전하며 액상화가 발생하는 것으로 나타났으며 진동형 지진의 경우에는 최대하중이 재하된 경우, 눈에 띄는 과잉간극수압의 변화가 관찰되었으며 이후, 일정수준 이상의 큰 하중재하시 액상화가 발생하였다. 이로부터 액상화 발생에 가장 큰 영향인자는 최대하중인 것을 알 수 있었으며 진동형 지진형태의 경우, 일정수준 이상의 후속하중에 대한 고려가 필요함을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 본 평가법에서는 우선적으로 충격형 지진에 한하여 사용할 것을 제안하며 이때, 최대 전단변형률까지의 시간이력곡선으로부터 소성 전단변형률을 누적계산하여 이를 해당입력지진의 액상화 발생특성치로 정하였다. 기존의 등가응력개념에 기초한 상세평가법과의 비교를 통한 타당성 분석결과, 본 평가법은 기존의 상세평가법보다 유효응력경로 및 응력-변형률 상관곡선 등 실제적인 지반거동변화에 관한 진동시험결과에 기초하여 지반의 고유특성을 결정하고 지반응답해석을 통해 증폭현상을 포함한 지반 내 지진거동변화와 지진시간이력이 보유하고 있는 지진특성을 충분히 반영하고 있으므로 신뢰성 높은 액상화 상세평가가 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.188-197
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• 2010

This paper presents experimental results of a series of 1-g shaking table model tests performed on end-bearing single piles and pile groups to investigate the effect of particle size on the dynamic behavior of soil-pile systems. Two soil-pile models consisting of a single-pile and a $4{\times}2$-pile group were tested twice; first using Jumoonjin sand, and second using Australian Fine sand, which has a smaller particle size. In the case of single-pile models, the lateral displacement was almost within 1% of pile diameter which corresponds to the elastic range of the pile. The back-calculated p-y curves show that the subgrade reaction of the Jumoonjin-sand-model ground was larger than that of the Australian Fine-sand-model ground at the same displacement. This phenomenon means that the stress-strain behavior of Jumoonjin sand was initially stiffer than that of Australian Fine sand. This difference was also confirmed by resonant column tests and compression triaxial tests. And the single pile p-y backbone curves of the Australian fine sand were constructed and compared with those of the Jumoonjin sand. As a result, the stiffness of the p-y backbone curves of Jumunjin sand was larger than those of Australian fine sand. Therefore, using the same p-y curves regardless of particle size can lead to inaccurate results when evaluating dynamic behavior of soil-pile system. In the case of the group-pile models, the lateral displacement was much larger than the elastic range of pile movement at the same test conditions in the single-pile models. The back-calculated p-y curves in the case of group pile models were very similar in both sands because the stiffness difference between the Jumoonjin-sand-model ground and the Australian Fine-sand-model ground was not significantly large at a large strain level, where both sands showed non-linear behavior. According to a series of single pile and group pile test results, the evaluation group pile effect using the p-multiplier can lead to inaccurate results on dynamic behavior of soil-pile system.

• 터널과지하공간
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• 제11권2호
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• pp.109-119
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• 2001

우리나라의 양수발전소는 지금까지 단일공동을 굴착하였다. 그러나 양양 양수발전소는 두 개의 대공동 즉, 발전소와 주 변전소로 구성된다. 이 경우 공동 구조물의 안정성, 특히 두 공동사이에 형성되는 암주를 영구적으로 안전하게 유지할 수 있도록 보장되어야 한다. 본 연구에서는 개별요소법을 이용하여 두 공동과 암주의 구조적 안정성을 평가하였으며, 구성모델로 Barton-Bandis의 절리모델을 이용하였다. 현지 암반의 초기응력, 자연절리면의 거칠기계수, 불연속면의 공간적 분포 특성과 같은 중요한 요인들은 현지 조사를 통하여 구하였다. 이외에 두가지 경우 즉, 무보강과 보강의 경우 지보시스템의 최적화를 분석하였으며, 또한 보강효과를 검토하였다. 연구결과 보강의 경우 수평변위와 절리의 전단변위가 감소되었으며 암주내 이완영역 역시 감소됨을 확인하였다. 두 공동사이에 있는 약 36 m 두께의 암주에 적절한 보강조치를 취하여 안정성을 확보할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제30권5호
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• pp.484-495
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• 2020

EPB TBM의 굴진을 수치적으로 해석하기 위해 개별요소법(DEM, discrete element method), 유한요소법(FEM, finite element method), 유한차분법(FDM, finite difference method) 등과 같은 다양한 수치해석 기법이 적용되어 왔다. 본 논문에서는 이중 개별요소법과 유한차분법을 연계하는 방식을 채택하여 EPB TBM 굴진해석 모델링 방법을 제시하였다. 제시한 개별요소법-유한차분법 연계 TBM 굴진해석 모델에서 TBM이 굴착하는 굴착부는 개별요소법을 적용하였으며, 입자 접촉 물성치의 경우 일련의 삼축압축시험을 통해 교정하였다. 굴착부 주변지반은 유한차분법을 연계시켜 정지토압계수를 고려하여 굴착부에 수평지중응력을 구현할 수 있도록 하였다. 또한, 이를 통해 소요 입자 개수를 감소시켜 모델의 해석효율을 증대시켰다. 본 논문에서 제시한 수치해석 모델은 TBM의 굴진율, 커터헤드 및 스크류 컨베이어 회전속도 등을 조절할 수 있으며 TBM 굴진 중 토크, 추력, 챔버압, 배토량을 도출해 낼 수 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권8호
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• pp.5-14
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• 2010

최근의 자갈질 지반에 대한 연구는 주로 상대밀도 혹은 자갈함유량에 바탕을 둔 연구로써 자갈질 지반의 액상화거동에 대하여 일부 연구자들은 상대밀도, 다른 연구자들은 자갈함유량에 상관성을 가지고 있음을 발표하였다. 그러나 자갈질 지반의 상대밀도는 자갈함유량에 따라 달라지게 되며 상대밀도만으로 자갈질 흙의 거동을 충분히 표현하기에는 어려운 점이 있다. 따라서 본 연구에서는 밀도와 구속압을 동시에 고려할 수 있는 상태정수를 도입하고 비배수 삼축압축시험을 통하여 자갈혼합율에 따른 정상상태선(Steady State Line, SSL)을 결정하고 상태정수에 따른 비배수 응력 거동을 고찰하였다. 연구 결과 정상상태선의 위치는 간극비에 의존하여 자갈 함유율이 증가할수록 상대적으로 아래쪽에 위치한다는 것을 알 수 있었다. 또한 같은 상대밀도라 할지라도 구속압에 따라 조밀하거나 혹은 느슨한 거동을 보였다. 특히 상대밀도가 80% 이상인 조밀한 시료일지라도 큰 구속압 아래에선 느슨한 거동을 하였다. 그러나 유사한 상태정수를 갖는 자갈질 흙은 비슷한 응력거동을 나타내었다. 이로서 흙의 거동은 상대밀도보다는 상태정수에 근거해야 함을 알 수 있었다. 또한 상태정수와 비배수전단강도는 좋은 상관 관계를 나타내었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권3C호
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• pp.93-102
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• 2011

지반의 액상화에 관한 연구는 대부분 깨끗한 모래를 대상으로 실시되었다. 하지만 실제 현장 지반이나 매립지는 깨끗한 모래만으로 이루어진 경우보다 실트나 점토와 같은 세립분을 포함한 상태로 존재하는 경우가 대부분이다. 이와 같은 현장 지반조건을 고려하기 위하여 사질토 지반 내에 포함된 세립분이 액상화에 미치는 영향에 대한 연구가 다수 수행되었으나, 대부분의 연구가 실트와 같은 비소성 세립분을 포함한 경우이다. 따라서 본 연구에서는 낙동강모래에 소성지수가 8, 18, 50, 377인 저소성 실트에서 고소성 점토질 세립분을 10% 함유한 공시체에 대하여 비배수 반복삼축시험을 실시하였다. 습윤 시료를 저다짐방법으로 느슨한 상태, 중간 상태, 조밀한 상태로 성형하였으며, 각각의 공시체에 세 종류의 반복전단응력을 가하였다. 세립분의 양은 동일하지만 공시체에 포함된 점토와 같은 소성 세립분의 소성지수가 높아질수록 액상화 저항강도는 전반적으로 감소하는 경향을 보였다. 한편, 공시체의 상대밀도가 느슨한 경우에는 세립분의 소성지수에 따른 액상화 저항강도 차이가 크지 않았으나, 조밀한 경우에는 세립분의 소성지수가 증가함에 따라 액상화 저항강도가 최대 40%까지 감소하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권7호
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• pp.57-65
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• 2011

본 연구에서는 3차원 개별요소해석 코드인 Particle Flow Code, $PFC^{3D}$(Itasca)를 이용, 조립재료의 실내 삼축압축시험에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행하였으며, 해석 모델과 개별요소를 대상으로 다양한 상사 조건에 대한 개별요소 수치 모델링을 수행, 그 결과를 통해 각각의 스케일 조건이 최종 수치 모델링 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 3차원 개별요소 수치 모델링은 기존 2차원 모델링 대비 별도의 간극률 환산 없이 정확한 초기 조건 구현이 가능했으며, 응력-변형 및 체적변화 거동, 강도정수등에 있어 실내시험 결과와 유사한 수치 해석적 예측이 가능하였다. 해석 모델과 개별요소에 대한 다양한 상사비 조건별 수치 모델링 결과, 3차원 해석 시의 안정적 예측결과 도출 및 수치 시험실 활용에 대한 적정성을 확보하되, 해석시간 단축 및 해석 효율성 확보를 위해서는 해석 모델과 개별요소에 대한 적정 상사비 결정이 필요함을 알 수 있었다. 해석 모델의 크기와 개별요소의 입경크기를 변화시켜 개별요소 수치모델링을 수행한 결과, 대부분의 경우 전체적인 응력-변형 거동에 차이가 발생하였지만, 점착력과 내부 마찰각의 강도정수는 $D_{mod}/D_{gmax}$ < 10 조건에 유사한 결과를 보였으며, 개별요소 방법이 수치 시험실 기법을 이용한 강도정수 산정에 효과적으로 적용될 수 있음을 확인할 수 있었다.