확률강우강도에 따른 불포화지반의 비탈면 안정성 해석

김선학(Kim Sunhak),김영일(Kim Young il),김재홍(Kim Jaehong) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.2

국내 비탈면 안정성을 평가할 때, 지반을 포화토로 가정하여 한계평형해석으로 최소 안정성을 주로 판단해오고 있다. 그러나 국내외 여러 연구기관에서 강우로 인한 비탈면 불안정성을 실제 현장에서 발생하고 있는 불포화토 이론을 바탕으로 문제들을 해석하기 위해 노력하고 있다. 우기시 빈번히 발생하고 있는 비탈면 불안정성은 각 지역의 강우사상과 빈도에 맞게 설정하여 강우지속시간에 따른 위험성을 파악하고 물의 침투로 인한 비탈면의 불안정성 이해할 필요가 있다. 강우관측소의 데이터와 상용프로그램을 이용한 불포화토 이론을 쉽게 적용할 수 있는 비탈면 해석을 설명하고 기존의 한계평형해석과의 차이점을 비교해보고자 한다. 수치해석으로부터 얻은 결과들은 좀 더 정확한 현장 비탈면 거동 특성을 예측하는데 도움이 될 것으로 판단된다. When evaluating the slope stability in Korea, the minimum factor of safety in a soil slope has been mainly determined by the limit equilibrium analysis assuming that the soil is saturated soil. However, many research institutes in Korea and abroad have been trying to study the behavior characteristics on actual soil slope site based on the theory of unsaturated soil for rainfall-induced slope instability. It is necessary to understand the instability of the slope through numerical analysis which apply to the each local rainfall event and frequency. By applying unsaturated soil theory using data from a rainfall station, implementation of a commercial program is described to compare the differences from conventional limit equilibrium analysis assuming as saturated soil. The results obtained from the numerical analysis will help to predict the more accurate slope behavior of the site.

강우재현모형실험에 의한 불포화 화강풍화토 사면의 간극수압 특성

김선학(Kim, Sun-Hak) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.11

본 연구는 강우재현장치를 제작하고, 화강암질 풍화토로 조성된 모형사면에 강우 및 사면조건에 따라 모형 실험과 수치해석을 실시하였다. 모형실험에서 계측된 체적함수비와 간극수압의 변화특성을 분석하였으며 또한 수치해 석 결과와 비교하였다. 체적함수비는 강우강도가 크고 사면경사가 급할수록 한계값에 도달하는데 짧은 시간이 소요되 는 반면 강우강도가 작고 사면경사가 완만할수록 많은 시간이 소요되는 것으로 나타났다. 강우강도가 작고 강우지속 시간이 짧을수록 더 큰 부의 간극수압을 나타내고 회복하는 시간도 짧은 것으로 나타났다. 이와 반면 강우강도가 크 고 강우지속시간이 길수록 부의 간극수압을 회복하는데 오랜 시간이 소요되는 것으로 나타났다. 강우재현 모형실험과 수치해석을 수행한 결과 체적함수비와 간극수압의 분포경향이 유사하게 나타났다. 그러나 체적함수비는 최대 5% 정 도, 간극수압은 최대 3kPa 정도의 차이를 보였다. This present study implemented a rainfall simulation system, and performed simulation and numerical analysis according to rainfall and slope conditions using a model slope built with weathered granite soil. Extensive analysis were conducted on the characteristics of changes in volumetric water content and pore water pressure measured in the simulation, and compared them with the results of numerical analysis. It took longer for the volumetric water content to reach the limit when rainfall intensity was high and the slope was steep and shorter when rainfall intensity was low and the slope was gentle. When rainfall intensity was low and the duration of rainfall was short, negative pore water pressure was higher and the time for restoration was shorter. On the contrary, when rainfall intensity was high and the duration of rainfall was long, it took a longer time to restore negative pore water pressure. In the results of rainfall simulation and numerical analysis, the distribution of volumetric water content and pore water pressure was similar between the two. However, the volumetric water content was different by up to 5%, and pore water pressure by up to 3kPa.

강우재현모형실험에 의한 불포화 화강암질 풍화토 사면의 간극수압 특성

김선학 ( Sun Hak Kim ),심태섭 ( Tae Sup Shim ),박노환 ( Noh Hwan Park ) 조선대학교 공학기술연구원 2009 공학기술논문지 Vol.2 No.1

The present study implemented a simulated rainfall system, and perfon11ed simulation and numerical analysis according to rainfall and slope conditions using a model slope built with weathered granite soil. We analyzed the characteristics of changes in volumetric water content and pore water pressure measured in the simulation, and compared them with the results of numerical analysis. It took longer for the volumetric water content to reach the limit when rainfall intensity was high and the slope was steep and shorter when rainfall intensity was low and the slope was gentle. When rainfall intensity was low and the duration of rainfall was short, negative pore water pressure was higher and the time for restoration was shorter. On the contrary, when rainfall intensity was high and the duration of rainfall was long, it took a longer time to restore negative pore water pressure. In the results of rainfall simulation and numerical analysis, the distribution of volumetric water content and pore water pressure was similar between the two. However, the volumetric water content was different by up to 5%, and pore water pressure by up to 3 kPa. This is possibly because modeling in the program was not perfect in terms of several ground conditions including initial water content, compaction, the permeability of slope base, and porous plate, and because the model slope applied to the numerical analysis was too small and thus a small variation made a big difference in the results.

강우침투에 따른 화강풍화토 사면의 얕은파괴 특성

김선학(Kim, Sun-Hak) 한국산학기술학회 2009 한국산학기술학회논문지 Vol.10 No.10

본 연구는 화강풍화토로 구성된 절토사면에서 얕은파괴의 특성을 규명하고자 우리나라의 강우특성에 따른 한계투수계수를 산정하고, 국내에 분포하는 화강풍화토의 대표적 물성을 기준으로 절토사면의 파괴면까지의 수평거리, 사면의 경사각, 사면높이 그리고 강우로 인한 포화깊이 등에 따른 안정해석을 수행하여 그 결과를 분석하였다. 한계 투수계수를 분석한 결과 국내의 지역별 강우특성을 고려한 최대 한계투수계수가 7.16×10-4cm/sec의 값으로 나타났다. 최대 한계투수계수 이하의 값을 갖는 국내의 화강풍화토로 구성된 절토사면에서 한계강우강도 이하의 강우가 최소 강우지속시간보다 오랫동안 지속될 때에는 포화깊이에 따른 얕은파괴의 검토가 고려되어져야 할 것으로 판단되었다. 또한, 가상파괴면이 발생하는 수평거리, 포화깊이, 강도정수 변화에 따른 사면안전율의 변화관계를 통해 절토사면의 얕은파괴 특성을 파악 할 수 있었다. In order to examine the characteristic of shallow failure in cut slopes composed of weathered granite soil, this study calculated critical permeability coefficient according to rainfall characteristic in Korea, performed stability analysis according to the representative physical properties of weathered granite soil distributed in Korea such as horizontal distance to the failure surface of cut slope, slope inclination, slope height, and the depth of wetting by rainfall, and analyzed the results. In the results of analyzing critical permeability coefficient, when the local rainfall characteristic was considered, the maximum critical permeability coefficient was 7.16×10 -4 cm/sec. We judged that shallow failure according to wetting depth should be considered when rainfall below the critical rainfall intensity lasts longer than the minimum rainfall duration in cut slopes composed of weathered granite soil, which had a critical permeability coefficient lower than the maximum critical permeability coefficient. Furthermore, using simulated failure surface, this study could understand the characteristic of shallow failure in cut slopes based on the change in slope safety factor according to horizontal distance, wetting depth, and strength parameter.

집중강우에 따른 화강풍화토 사면의 전단강도 특성

김선학(Kim Sun-Hak),심태섭(Shim Tae-Sup),최순범(Choi Soon-Bum),박노환(park Noh-Hwan) 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10

이방향으로 채취된 재성형 해성점토의 압밀특성

김선학(Kim Sun-Hak),심태섭(Shim Tae-Sup),기완서(Ki Wan-Seo),주승완(Joo Seung-Wan) 대한토목학회 2002 대한토목학회 학술대회 Vol.2002 No.11

강우재현 모형실험과 함수특성곡선실험에 의한 화강암질 풍화토의 함수특성곡선에 관한 연구

김선학 ( Sun Hak Kim ),박노환 ( Noh Hwan Park ),심태섭 ( Tae Sup Shin ) 조선대학교 공학기술연구원 2008 공학기술논문지 Vol.1 No.2

A simulated rainfall system was built, and the unsaturated characteristics were examined by execution of simulated rainfall system test and soil water characteristic curve(SWCC) cell test under the various rainfall and slope conditions. With the results, the applicability of infiltration behavior under rainfall and soil water characteristic curve models to the unsaturated weathered granite soil was examined. When the soil water characteristic curve derived from measurements in simulated rainfall system test were compared with those from the soil water characteristic curve cell test, both methods produced soil water characteristic curves close each other in the wetting process and the drying process, but in both, there was a difference between results obtained from in the wetting process and those from in the drying process. Thus, when soil water characteristic curves are rationally applied to the design and stability analysis considering of the properties of unsaturated soil, it is considered desirable to apply the soil water characteristic curve of the wetting process to the wetting process, and that of the drying process to the drying process.

사질토 지반에서 수평하중에 따른 단일강관말뚝의 거동특성에 관한 실험적 연구

김대현(Kim, Daehyeon),이태광(Lee, Tae-Gwang),김선학(Kim, Sun-Hak) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.5

해상풍력기초를 설계함에 있어 사용하중에 대해 극한적인 조건뿐만 아니라 지속적인 동적하중에 대해 기초의 거동을 정확하게 파악하여 안정적이고 경제적인 기초를 개발할 필요성이 있다. 이를 위하여 강관말뚝을 일정비율로 축소시켜 모형 말뚝을 제작하고, 모형토조에 모래층을 500mm의 높이로 포설한 후 모형말뚝을 모델링하여 정적 및 반복 수평재하실험을 실시하였다. 그 결과, 정적수평재하시 모형말뚝의 길이/직경(L/D)이 클수록 하중에 따른 변위는 증가하는 반면, 반복수평재하 시 하중재하 횟수가 증가할수록 반복수평하중 1회당 발생하는 말뚝의 수평변위는 감소하였고 지반이 조밀할수록 반복수평하 중에 의한 말뚝의 극한수평지지력의 증가율이 작아지는 것으로 나타났다. 또한 휨모멘트의 분포형상은 지반의 상대밀도에 상관없이 유사한 형태를 보였으며, 최대휨모멘트는 지표면으로부터 170mm지점에서 발생하는 것으로 나타났다. 그리고 지반 의 상대밀도가 증가할수록 정적수평재하와 반복수평재하 조건에서 발생하는 최대휨모멘트는 증가했다. In order to fulfill the needs of reliable and economically feasible foundation, engineers should consider not only the working load that can endure extreme conditions but also apprehending precise behavior of continuous dynamic load while designing the foundation of offshore wind power generators. To actualize the foundation, a model pile was made in miniature. Also, calibration chamber was made and a 500mm height of sand-bed was made to perform “static lateral load experiment” and “repetitive loading experiment”, total of two Lateral load tests. As a result, in Static Lateral load test, the bigger length/diameter of model pile led an increase in load displacement. However, when performing “Cyclic Lateral load test”, the increase in number of under loading led the decrease in horizontal displacement from each repeated lateral load. While performing Static Lateral load test and repeated loading experiment, we could observe the decreasing in the rate of ultimate lateral load capacity increase of the pile. Also, it turned out that the higher relative density of the ground, the lower ultimate lateral load capacity by repeated horizontal loading.

지반조건에 따른 친환경 바이오그라우팅 주입 효과에 관한 연구

김대현(Kim, Daehyeon),박경호(Park, Kyung-Ho),김민석(Kim, Min-Sug),김선학(Kim, Sun-Hak) 한국산학기술학회 2015 한국산학기술학회논문지 Vol.16 No.6

본 연구에서는 미생물 반응으로 생성된 탄산칼슘을 현장에서 활용되고 있는 주입장비와 유사하게 제작하여 모래지반 에 주입함으로 지반조건에 따른 주입범위 및 주입효과를 확인하고자 하였다. 본 연구를 위해 2종류의 단층토(SP, SW)를 D 150mm X H 300mm의 모형토조에 상대다짐도 80, 85, 90, 95%로 제작하여 주입실험을 수행하였다. 주입 후 강도개선효과를 확인하기 위해 일축압축강도를 측정하였고, 주입노즐 주변의 구근형성을 통해 주입범위를 살펴보았다. 그 결과, SW시료는 상대다짐도 85% 이상에서 주입률이 10% 이하로 나타났으며, 지반의 상대다짐도에 따라 Bio-grouting의 주입률 및 고결범위 에 영향이 있음을 확인 할 수 있었다. The purpose of this research is to identify the effectiveness of injection with soil conditions by injecting CaCO₃(created by microorganism reaction), which was recreated with equipment in similar situ condition. To analyze our research, we made 2 cases of single-layer (SP, SW) in D 150mm X H 300mm. Layers were made by RC 70, 80, 85, 90, 95% of soil condition. We measured uniaxial compression strength with cone penetrometer and watched injection range by checking a bulb formation around the injection nozzle. As a result, the relative compaction(RC) in more 85% were not injected in SW, we could identify the effect of bio-grouting technology on ground in relative compaction(RC) of injection ratio and cementation range.

블록식 보강토옹벽의 붕괴사례 분석

김대현(Kim, Daehyeon),김선학(Kim, Sunhak),박경호(Park, Kyeongho),송민우(Song, MinWoo) 한국지반신소재학회 2015 한국토목섬유학회 학술발표회 Vol.2015 No.10