해상풍력기초 신뢰성해석 사례분석 연구

윤길림(Yoon, Gillim),김홍연(Kim, Hongyeon) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.12

기존의 설계방식 및 유한요소법에 의해 모델링된 해상풍력 기초의 거동특성을 비교하였고, 확률론적 측면에서 기초형식에 따른 해석사례를 비교·분석하였다. 동일한 수심 및 지반조건에서 동일한 형식의 기초를 설계할 경우 가정모델에 따른 거동양상을 비교한 결과 지반의 강성을 고려하는 가상고정식과 분포 스프링식은 부재력에 차이가 크지 않은 반면, 이를 고려하지 않는 지반고정식은 상대적으로 부재력이 작게 산정됨으로써 보다 불안정한 설계를 유도하는 경향이 있었다. 다시 말해 기초와 지반의 상호관계는 해석결과에 크게 영향을 미치므로 지반의 강성을 고려함이 합리적이다. p-y 방법과 FEM 모델을 이용하여 각각 동일한 모노파일을 해석한 결과 상 · 하부에서 상당한 오차가 발생하였고, 특히 직경이 큰 경우에 파일 하부에서의 오차가 크게 나타남으로써 5m이상의 대구경 모노파일 설계 시는 FEM 등 정밀해석이 병행되어야 하며, 해저지반 특성의 면밀한 고려와 공학적 판단이 필요하다. 트라이포드 및 모노파일 형식의 기초를 동일한 수심 및 지반조건에 대하여 신뢰성을 해석한 결과 트라이포드 형식의 파괴확률이 매우 작게 산정되었고, 모노파일 형식은 파괴확률이 비교적 크게 산정되어 안전도가 낮게 평가될 수 있음을 알 수 있었다. In this paper, the behavior of offshore wind turbine(OWT) foundation which is modeled by using existing design method and FEM is compared. When the same type of foundation is designed under the same sea and ground condition, the behavior characteristics with each model are compared. As a result, the member forces between apparent fixity and distributed spring type foundation which consider the ground stiffness are not different markedly, while fixed-base type foundation shows relatively lower member forces, which results in smaller safety margin. In other words, considering ground stiffness is reasonable because soil-pile interaction affects significantly on the analysis result. A case study with a monopile shows significant errors between p-y and FEM model at the head and tip of the pile. Also, it shows that the errors at the tip with diameter increase of the pile is larger. Thus, considering ground characteristics and engineering judgment are necessary in practice. A comparison of reliability analysis between tripod and monopile type foundation on the same condition shows larger probability of failure in monopile type and it indicates that the safety margin of monopile type can be lower.

준설점토 활용 경량혼합토의 연약지반개량공법 수치해석

윤길림(Gillim Yoon),김선빈(Sunbin Kim) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.3

본 논문에서는 준설토를 활용한 경량혼합토(LWFS)의 연약지반개량 적용성에 대해 검토한 내용을 다루었다. 현재까지 제시된 경량혼합토의 공학적 특성에 관한 연구결과를 종합?분석하여 경량혼합토의 물성을 정리하였으며, 그 결과를 토대로 임의의 현장조건을 가정하여 경량혼합토공법과 SCP 공법 및 DCM 공법 적용 시에 대한 3차원 수치해석을 수행하였다. 연약지반개량공법 비교해석 결과, 경량혼합토 공법을 적용하는 경우 SCP 공법을 적용하는 수준 이상의 침하관리가 가능하며, 경량혼합토의 목표성능에 따라 침하발생 수준을 조절할 수 있는 것으로 검토되었다. 또한 DCM 공법과 비교 시 경량혼합토 재료의 경량성으로 과잉간극수압 발생량이 현저히 작아져 잔류침하를 최소화할 수 있는 것으로 검토되었다. This paper presents the results of a numerical investigation on applicability of Light-weighted Foam Soils (LWFS) consisted of dredged soils for soft ground improvement. The engineering properties of LWFS were comprehensively investigated based on the previous experimental tests. And three dimensional numerical models which reflect soft ground conditions were adopted to evaluate the applicability of LWFS compared to SCP and DCM. A number of cases were analyzed using a stress-pore pressure coupled model. The results indicated that LWFS method enables to reduce more settlement, lateral flow and heaving than SCP method and enable to reduce more residual settlement than DCM method. Also it was revealed that such effect depends on the properties of LWFS such as unit weight, unconfined compressive strength, deformation modulus and Poisson’s ratio.

타이어셀로 보강된 지반의 거동에 대한 수치모델링

윤여원(Yoon Yeowon),견광수(Kyeon Kwangsoo),윤길림(Yoon Gillim) 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.6

본 연구에서는 타이어셀로 보강된 모래지반에 대한 평판재하시험을 유한요소법에 의해 모델링하였다. 타이어셀의 기능과 외양은 지오셀과 비슷하며 지오셀과 마찬가지로 토목구조물에서 지반보강 목적으로 사용할 수 있다. 해석결과는 모델링의 적절성을 평가하기 위해 현장 재하시험결과와 비교하였다. 두 결과의 비교로부터 유한요소해석에 의한 침하량은 극한지지력에서 실험결과와 유사한 값을 나타내었다. 모델링을 검증한 후 타이어셀의 보강깊이와 보강층 수의 변화에 대한 해석을 수행하였다. 보강효과는 보강깊이가 증가함에 따라 감소하였으며 이러한 경향은 기존의 시험결과와 유사하였다. 보강층수가 증가함에 따라 보강효과는 증가하였다. 그러나 2층 이상의 보강은 효과가 무시할 정도였다. 결론적으로 본 연구에서의 모델링 방법은 타이어셀을 사용한 지반구조물의 해석에 사용할 수 있을 것으로 생각된다. In this research, the plate load tests on sand which is reinforced by Tirecell mat were simulated by finite element method (FEM). Tirecell mat made by waste tires has the same function and similar shape to Geocell for soil reinforcement and it can also be used for civil engineering structure. The results were compared with those of field plate load tests for evaluation of suitability of modeling method. From the comparison of both results, it can be seen that the settlements by FEM were very similar to test results with small margin under the ultimate bearing capacity. For the ultimate bearing capacities of two results, difference was very small. After the confirmation of the modelling, reinforcing effects with variation of cover depth and number of reinforcement layers by Tirecell were analyzed additionally. Reinforcing effect decreases with increasing soil cover depth, and this is similar to previous test results by soil cover depth. As the number of reinforcing layers increased, reinforcing effect increased. However at more than 2 reinforcing layers, reinforcing effect was negligible. In conclusion, the modeling method in this research might be used for analysis of reinforced structures using Tirecell mat.

반복단순전단 시험에 의한 패각질 모래의 액상화 강도

윤여원(Yoon Yeowon),윤길림(Yoon Gillim),최재권(Choi Jaekwon) 한국지반환경공학회 2007 한국지반환경공학회논문집 Vol.8 No.6

해안 연약지반 개량공사에 사용되는 모래는 대부분 다소간의 패각을 함유하게 된다. 본 연구에서는 패각 함유량이 패각질 모래의 액상화 저항에 미치는 영향을 연구하기 위하여 중량비에 의해 0%, 5%, 10%, 20%, 30%의 패각을 함유한 모래의 입도를 조성하고 건조퇴적 방법으로 상대밀도가 40%와 55%인 공시체를 성형하여 50kPa, 100kPa, 150kPa의 압밀유효연직응력으로 NGI형 직접단순전단시험기를 이용해서 반복단순전단시험을 수행하였다. 연구 결과, 압밀유효연직응력이 낮을 경우에는 상대밀도가 40%, 55% 모두 패각 함유량이 많아질수록 액상화강도가 크게 증가하는 경향을 보였다. 그러나 압밀유효연직응력이 높을 경우에는 상대밀도가 40%일 경우 약간 증가하는 경향을 얻었으나 상대밀도가 55%일 경우에는 거의 일정한 값으로 수렴하는 결과를 얻었다. 그리고 상대밀도에 관계없이 압밀유효연직응력이 증가하면 액상화 저항이 감소하는 경향을 보였다. 또한 같은 압밀유효연직응력과 패각 함유량에서 상대밀도가 높아질수록 액상화강도가 증가하는 것으로 나타났다. The sands which use for soil improvement of soft ground at coastal area contain more or less amount of shells. In this research the effects of shell contents on the liquefaction resistance of the shelly sand were studied. NGI cyclic simple shear tests were performed for the shell-sands with shell contents of 0%, 5%, 10%, 20%, 30% under the effective vertical stress of 50㎪, 100㎪ and 150㎪ for 40% and 55% of relative density, respectively. Cyclic simple shear test results showed that for the low effective vertical stress, the liquefaction resistance increased rapidly with increase of shell contents in both 40% and 55% relative density. On the other hand, for the high effective vertical stress, the liquefaction resistance increased slightly in 40% relative density and was almost same in 55% relative density. Liquefaction resistance decreased with increasing effective vertical stress for both 40% and 55% relative density. In the same effective vertical stress and shell contents, liquefaction resistance increased with the increase of relative density.

전기로 제강 환원슬래그 혼합토의 환경적 영향

나현수(Na Hyunsu),윤여원(Yoon Yeowon),윤길림(Yoon Gillim) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.7

산화슬래그는 토목분야에 널리 활용되어 왔으나 전기로 제강 환원슬래그는 거의 활용되지 않고 있는 실정이다. 따라서 토목 분야에서의 재활용 방법을 모색하기 위하여 환원슬래그의 성분을 분석하고 이를 바탕으로 토목현장에서 흔히 볼 수 있는 풍화토와 환원슬래그를 중량비 0% 내지 30%로 혼합한 후, 폐합시스템의 Lysimeter에서 1주, 2주, 4주의 주기로 환원슬래그 혼합토의 환경적 특성을 고찰하기 위한 시험을 수행하였다. 환원슬래그를 XRD, XRF를 이용하여 정성ㆍ정량적으로 분석한 결과, calcium silicate의 일종인 Ca2(SiO4)가 주요 결정 광물로 나타났다. 그리고 ICP-OES에 의한 중금속 분석결과 철강 생산 공정에 의한 영향으로 Al, Fe, Mn이 환원슬래그에 포함된 주요 중금속으로 확인되었다. 이를 폐기물관리법에 의한 오염물질 배출허용기준과 비교한 결과 중금속에 의한 오염가능성은 거의 없을 것으로 사료된다. 또한 환원슬래그 혼합토 침출수는 0% 혼합토에서 pH 6.9로부터 30% 혼합토에서 pH 10으로 측정되어 문제가 없음을 확인하였다. 침출수의 순환주기에 의한 pH 변화는 거의 없는 것으로 나타났다. The oxidation slag has been widely used in civil engineering project, whereas the reduced slag from electric furnace has yet to be applied. Consequently in order to find out the recycling method in civil engineering field, the mineral compositions of the reduced slag were analyzed and some tests on water quality were performed to estimate the potential release of toxic compounds. Slag-soil mixtures of 0, 10, 20 and 30%(dry weight) soil were prepared in lysimeter columns and the effluents were collected with the period of one, two and four week options in closed system, respectively. The result from qualitative and quantitative analysis using X-ray Diffraction(XRD) and X-ray Fluorescence(XRF) indicates that the main mineral of the reduced slag is Ca₂(SiO₄), a kind of calcium silicate. Also, the leaching medium analyzed by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy(ICP-OES) showed that main heavy metals such as Al, Fe and Mn are included in the reduced slag due to the effect of steel production process. It can be seen that the leachate does not violate the regulation guide line of waste material of heavy metal. Also the pH levels were increased from pH 6.9 for 0% soil to pH 10 for 30% soil. However the influence on leachate circulation period of one through four weeks was negligible.

전기로 제강 환원 슬래그 혼합토의 지반공학적 특성

신재원(Shin Jaewon),윤여원(Yoon Yeowon),윤길림(Yoon Gillim) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.7

철강의 생산 중에 부산물로 발생하는 전기로 제강 환원슬래그는 토질안정제로서의 적용성, 결합재 및 팽창재로서 활용법에 대한 약간의 연구 보고만 있을 뿐, 전기로 제강 환원슬래그 재활용에 관한 연구 및 시공실적은 거의 없는 실정이다. 본 연구는 전기로 제강 환원슬래그를 토목 분야에 재활용할 수 있는 방법을 모색하는데 이러한 목적을 달성하기 위하여 SEM, XRF 시험을 수행하였다. 이를 바탕으로 풍화토 및 점토와 환원슬래그를 일정한 혼합율로 혼합한 후, 환원슬래그 혼합토의 물리?공학적 특성을 고찰하기 위한 다양한 지반공학적 실내시험을 수행하였다. 다짐시험에서는 환원슬래그의 혼합율이 증가할수록 최대건조단위중량이 감소하고 최적함수비는 증가하였다. 이것은 환원슬래그를 성토재 및 재하재로 사용할 경우, 환원슬래그가 혼합된 풍화토는 지내력의 증가 등의 관점에서는 성토재 및 재하재로 적합하지 않음을 의미한다. 환원슬래그와 풍화토를 혼합한 환원슬래그 혼합토의 전단강도 특성은 일반적인 모래의 내부마찰각보다 약간 크거나 비슷하였고, 투수특성 또한 실트 또는 모래와 비슷한 결과를 확인하였다. 환원슬래그와 점토를 혼합한 환원슬래그 혼합토의 일축압축강도는 순수점토의 일축압축강도보다 크게 나타났고, 재령일수가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 따라서 연약점토 지반의 표층개량에 적용할 경우 개량효과가 있을 것으로 판단된다. Only a few studies have been conducted using reduced slag as recycled material. The reduced slag in electric furnace is produced as a by-product in making a steel and a few applications of the reduced slag as expensive additives and bonding materials or as the stabilized soils was reported. The purpose of this study is to present the feasibility of the reduced slag as recycled material, especially, in a field of civil engineering. In order to achieve the purpose experiments such as SEM and XRF analysis was conducted for the reduced slag in electric furnace. Based on the results various geotechnical experiments were conducted to know engineering properties of slag-soil mixtures. Weathered soils and clay are mixed with reduced slag for various ratios. As the ratio of reduced slag to weathered soil increases, the maximum dry unit weight of the mixture decreased with increasing optimum moisture content. The results indicates that there is no effect on a reduced slag by compaction efforts. The shear strengths of the weathered soil-slag mixtures are slightly higher or similar to those of weathered soils. The permeability of the weathered soil-slag mixtures is similar to that of silty or sandy soils. Therefore, it is possible to use the mixtures as embankment or backfill materials in the fields. The unconfined strength of the mixtures of reduced slag and clay is higher than that of clay and it tends to increase with the curing time. Therefore it can be used to improve the soft ground.

고화준설토의 역학적 특성과 식생 발아 특성

이미지(Miji Lee),문경주(Kyoungju Mun),윤길림(Gillim Yoon),음현미(Hyunmi Eum),김윤태(Yuntae Kim) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.3

본 논문에서는 준설토를 친수공간 조성과 같이 친환경적으로 재활용하기 위하여 고화준설토를 제작하였고, 역학적 특성과 식생 발아 특성을 분석하였다. 사용된 고화제는 고로슬래그 미분말을 기본재료로 고칼슘플라이애시 및 알칼리 복합 활성화제를 이용하여 제작한 고화제(Non Sintering Binder, NSB)이며, 비교?분석을 위해 포틀랜드 시멘트도 사용하였다. 고화준설토의 지반공학적인 개량 효과를 검토하기 위하여 유동성 시험, 단위중량 시험, 일축압축시험 등과 같은 다양한 실내 시험을 실시하고, 환경에 미치는 영향을 분석하기 위하여 중금속 용출과 식생 발아 실험을 실시하였다. 일축압축강도를 통하여 고화제의 함량이 증가할수록 모든 고화준설토의 강도가 증가하는 경향을 볼 수 있으며, NSB 고화준설토가 OPC 고화준설토보다 높은 강도를 나타냈다. 식생발아 실험 결과 OPC 고화준설토보다 NSB 고화준설토에서 발아 시기와 발아율이 우수하게 나타났다. 고화준설토의 pH와 7일 강도가 클수록 발아율과 발아 시기는 감소하는 경향을 보인다. In this paper, mechanical and germination characteristics of stabilized dredged soils were investigated to recycle dredged soil in eco-friendly manner such as waterfront construction. Non sintering binder (NSB), which was developed by using interchemical reactions between slag, high-calcium fly ash, alkali activator on the dredged marine clay, was added to dredged soil. Ordinary Portland cement was also used for the comparison of two binders. Experimental tests such as flow test and unconfined compressive test were carried out to evaluate characteristics of stabilized dredged soil. Leaching test, pH measure, vegetation germination test were also conducted to consider environmental applicability. The unconfined compressive tests shows that unconfined compressive strength (UCS) also increases with the increase of curing time and mixed ratio. UCS of NSB mixtures were higher than those of OPC mixtures. Germination tests showed that germination and sprouting date are better in NSB mixture than OPC mixture. It can be explained that germination decreased as pH and 7-day strength increased.

준설 실트질 점토를 이용한 경량기포혼합토의 압축강도 특성

김동규(Donggyu Kim),윤여원(Yeowon Yoon),윤길림(Gillim Yoon) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.5

본 연구에서는 실트질 점토와 동물성 기포제 및 시멘트로 제작한 경량기포혼합토의 공학적 특성을 고찰하는 시험을 수행하였다. 현장의 경량기포혼합토는 도로를 위한 연약지반상 성토 및 기존도로의 확장 구간에 성토재료로 사용되어 왔다. 현장에서는 주로 제작 직후의 단위중량과 흐름치를 측정하여 품질관리를 하고 있으며, 실내 시험을 통해 압축강도시험으로 확인한다. 본 연구의 주목적은 경량혼합토의 다른 특성과 흐름치 관계와 더불어 흐름치로부터 시방서에서 요구하는 압축강도를 예측하고자 하는 것이 주요 목적이다. 연구 결과, 준설토의 함수비가 클수록 높은 유동성으로 인해 흐름치가 증가하였고 재료분리로 인해 타설 깊이에 따른 단위중량이 증가하였다. 60cm의 시료 하부는 상부에 비하여 약 2배의 압축강도를 나타내었다. 현장에서의 품질관리는 주로 흐름치에 의존하게 되므로 흐름치와 혼합토의 압축강도를 선행적으로 예측할 수 있도록 Yoon & Kim(2004)이 제시한 정규화계수와 의 상관관계를 제시함으로써 흐름치로부터 압축강도를 예측할 수 있도록 하였다. 또한, 흐름치와 정규화계수와의 관계를 제시하였으며 이관계로부터 정규화계수를 산정하고, 이로부터 계산한 압축강도와 실내시험 압축강도를 비교한 결과, 준설토의 초기함수비가 높을수록 유사한 관계가 나타났다. 따라서, 흐름치와 정규화계수의 상관관계를 통해 압축강도를 사전에 예측하여 설계 단계에서 반영할 필요성이 있다고 판단된다. In this research, laboratory tests were carried out to investigate the engineering properties of Light-Weight Air Foamed Soil (LWAS) based on silty clays with the animal foaming agent and cement. LWAS has been used as an embankment material over soft ground for road and side extension of the existing road. In field, unit weight and flow value is measured right after producing in mixing plant in order to control the quality of LWAS, and laboratory tests are carried out to confirm the quality through compressive strength of LWAS as well. In this research, direct estimation of the specification requirement of strength using flow values in field is the main purpose of the study together with other characteristics. From the test results, it can be seen that flow values increase with the initial water content and unit weight increases with the depth due to material segregation. Compared to the upper specimen, lower end of 60 cm specimen shows about 2 times higher compressive strength. Relationship between flow values and normalized factor presented by Yoon & Kim (2004) was presented. With that relationship, compressive strength can be predicted from flow values in field. From the relationship, the normalized factor was calculated. Thereafter calculated compressive strengths according to the flow values were compared to measured strengths in the laboratory. The higher the initial water content of the dredged soil has, the better relationship between predicted and measured shows. Therefore it is necessary to predict the compressive strength in advance through the relationship between the flow value and the normalized factor to reflect it in the design stage.

산업부산물을 이용한 비소성 고화제 혼합토의 압축강도 특성

윤대호(Daeho Yun),문경주(Kyoungju Mun),윤길림(Gillim Yoon),김윤태(Yuntae Kim) 한국지반환경공학회 2013 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2013 No.9