밀도와 구속압력이 노상토의 탄성계수에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

김수일,김문겸,유지형,김철수,Kim, Soo Il,Kim, Moon Kyum,Yoo, Ji Hyeung,Kim, Chul Soo 대한토목학회 1988 대한토목학회논문집 Vol.8 No.2

In this study, effects of the density of soil and the confining pressure applied to the soil sample on the elastic moduli of subgrade soils are experimentally analyzed. Through investigation of subgrade materials of domestic expressways, five typical types of subgrade soils are selected for the experiments. A series of unconsolidated undrained triaxial tests is performed on samples prepared with various water contents and densities at the confining pressures of 1.02, 2.04, and $3.06kg/cm^2$. Initial tangent modulus is inferred from the unloading-reloading portion of the stress strain curve obtained during an individual loading-unloading-reloading test. As a result of the analysis, it is found that the effect of the confining pressure on the elastic modulus of subgrade material is well consistent with the equation proposed by Janbu, and that the elastic modulus can be related to the dry unit weight expressing the Janbu constants as exponentiial functions of it. It is also found that the water content has little effect on the elastic modulus for the samples with the degree of saturation less than 70%. 본 연구에서는 밀도와 구속압력이 노상토의 탄성계수에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 전국 고속도로로 노상토를 채취분석하여 얻은 전형적인 5가지 노상토 재료에 대하여 함수비, 밀도 및 구속압력을 달리하면서 비압밀 비배수 삼축압축시험을 실시하였다. 삼축압축시험시 unloading-reloading 실험을 수행하여 얻은 응력-변형을 관계로부터 최대탄성계수를 측정하였다. 실험결과 노상토의 탄성거동은 Janbu의 제안식에 잘 부합하였으며, 구속압력으로 표준화된 탄성계수는 건조단위체적중량과 지수함수의 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 또한 포화도가 70%이하에서는 함수비가 탄성계수에 영향을 거의 미치지 않음이 밝혀졌다.

p-y 특성곡선의 Coupling을 고려한 토류벽의 거동해석

김수일,정상섬,장범수,Kim, Soo Il,Jeong, Sang Seom,Chang, Buhm Soo 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.3

본 연구에서는 탄소성 지반에서 지반스프링의 Coupling을 고려하여 토류벽의 거동을 해석하였다. 수치해석을 위해 벽체 양측의 지반을 탄소성 스프링으로 단순화하였고, 지반반력계수의 산정을 위해서 Terzaghi가 제안한 주동 및 수동상태에 필요한 수평변위를 p-y 특성곡선에 적용하였다. 본 연구에서 개발된 전산프로그램의 신뢰성은 기존 컴퓨터 프로그램 및 현장 실측치와의 비교를 통해 검증하였다. 검증결과 지반스프링의 Coupling을 고려한 경우가 현장 실측치의 변위 및 토압에 접근함을 알 수 있었고, 모래질 흙에서 주동상태에 필요한 수평변위의 변화가 벽체의 변위에 이주 작은 영향만을 준다는 것을 알 수 있었다. The behavior of earth retaining structure was investigated by considering coupling between soil springs in elasto-plastic soil. For the computation of soil reaction, soil on both sides of walls was simplified as e1asto-plastic springs, and the required horizontal displacement to mobilize Terzaghi's active and passive state was applied to construct the p-y curve. Reliability on computer program developed is verified through the comparison between prediction and in-situ measurements. Based on the results obtained, it is found that the prediction by using coupling between soil springs simulates well the general trend observed by the in-situ measurements. It is also found that the horizontal displacement required for the active state gives a very small effect to the displacement of walls in the sandy soil.

처짐곡선을 이용한 3층 아스팔트 포장 구조체의 물성 추정에 관한 연구

김수일,김문겸,유지형,Kim, Soo Il,Kim, Moon Kyum,Yoo, Ji Hyeung 대한토목학회 1989 대한토목학회논문집 Vol.9 No.1

본 연구에서는 falling weight deflectometer(FWD)시험의 표면 처짐곡선으로부터 3층 아스팔트 포장 구조체의 물성을 추정할 수 있는 역산반복기법을 개발하였다. 안정처리기층과 쇄석기층을 갖는 포장구조체에 대한 요소설계를 실시하여 일련의 해석모델을 설정하고, 다층탄성해석에 의해 이들 해석모델의 이론적 처짐곡선을 산정하여 처짐특성 분석 및 탄성계수 추정식을 구하였다. 반복역산시 추정식에 의한 각 층 탄성계수를 초기 가정치로 하고, 탄성계수 변화율과 처짐 변화율의 관계를 구하여 이들 탄성계수 보정에 사용하였다. 다층탄성해석은 전산 프로그램 SINELA를 이용하였다. 처짐특성 분석을 통한 보다 효율적인 역산반복기법을 전산화하였으며, 수치모델을 통해 그 신뢰성 및 적용성을 검증하였다. An inverse self-iterative procedure is developed to estimate layer moduli of 3 layered flexible pavement structures from FWD deflection basins. The theoretical deflection basins of pavement structures obtained by full factorial design are used for the parametric study on the characteristics of deflection basins and the regression analysis. The factorial design is performed for asphalt pavement structures with stabilized base layer and granular base layer, respectively. The initially assumed layer moduli by regression equations and relations between the rate of change of moduli and deflections are used in the procedure to ensure efficiency and accuracy of self-iterative model. The SINELA computer program is used for inverse self-iterative applications to determine theoretical responses. The computer program of this procedure is coded for personal computers and is verified through numerical model tests.

매트릭스 해법을 이용한 포장체 각 층의 탄성계수 추정 역산알고리즘의 개발

김수일,이광호,박병현,Kim, Soo Il,Lee, Kwang Ho,Park, Byung Hyun 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.3

A backcalculation procedure to determine the layer moduli of flexible pavement structure is developed using matrix solution technique. Forward calculation computer program adopted in this backcalculation procedure is SINELA which is one of layered elastic computer programs. Data base system is used as a tool for setting initial seed moduli and depth to virtual bedrock in backcalculation procedure. The validity and applicability of the proposed backcalculation procedure are verified through various numerical model tests. From the results of comparison analysis with FPEDD1, it is found that the proposed procedure gives more efficient and accurate results. 본 연구에서는 FWD 등의 비파괴 시험장비를 사용하여 포장체 각 층의 탄성계수를 추정할 때 필요로 하는 역산알고리즘을 매트릭스 해법을 이용하여 개발하고 수치모델을 통하여 알고리즘의 신뢰성을 검정하였다. 역산알고리즘에 적용한 포장구조해석 전산 프로그램으로는 다층탄성해석 전산 프로그램인 SINELA를 사용하였다. 역산 초기의 가정 탄성계수 및 가상암반층의 깊이 설정에는 포장 단면에 따른 data base를 구성한 후 이를 이용하는 방법을 택하였다. 본 연구개발의 역산 프로그램은 수치모델을 통한 분석에서 매우 정확한 역산결과를 주고 있음을 알 수 있었다. 또한, 기존의 역산 프로그램인 FPEDD1과 결과비교를 통해 본 프로그램이 역산 소요시간 및 정도 면에서 우수함을 알 수 있었다.

표면파기법을 이용한 자연지반 및 포장구조의 동적물성 추정에 관한 연구 - 이론적 분산곡선 -

김수일,우제윤,Kim, Soo Il,Woo, Je Yoon 대한토목학회 1987 대한토목학회논문집 Vol.7 No.2

본 연구에서는 다층탄성체에서 주파수에 제약없이 Rayleigh 파의 이론적 분산곡선을 결정할 수 있는 새로운 해석적 방법을 개발하였다. 이는 표면파기법에 있어 자연지반 및 포장구조의 성층구조와 동적물성을 정확히 추정하는 역산기법의 근간이 되는 것이다. 본 연구에서는 델타 매트릭스 기법을 활용하여 원래의 Thomson-Haskell 방법이 내포하고 있는 수치한계초과 및 유효수치소실로 인한 수치연산적 장애를 극복하였다. 원래의 Thomson-Haskell 방법을 토대로 한 종래의 역산기법들은 성층구조 및 주파수 크기의 제약으로 인하여 부정확한 결과를 초래하게 된다. 본 연구에서 개발한 방법은 자연지반은 물론, 특히 포장구조에 있어 보다 정확하고 효율적인 역산기법에 대한 연구에 토대가 될 것으로 판단된다. A new analytical method to determine the theoretical dispersion curves of Rayleigh wave in multilayered elastic media is developed. The method developed in this study gives the solutions for unlimited frequency, and is essential part of surface wave techniques to evaluate the layer profiles and dynamic properties of soils and pavement systems. Delta-Matrix technique is utilized to overcome the overflow and loss of precision problem inherent in the original Thomson-Haskell formulation at high frequencies. Conventional inversion methods based on the original Thomson-Haskell formulation lead to erroneous results due to the limitations on the layer profiles and the magnitude of frequency. The method developed in this study establishes the base of the research on more accurate and efficient inversion method, especially for the pavement systems as well as the natural soils.

수정압밀이론을 이용한 연약지반의 압밀해석

김수일,이준환,이승래,정상섬,Kim, Soo Il,Lee, Jun Hwan,Lee, Seung Rae,Jeong, Sang Seom 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.3

본 연구에서는 Terzaghi의 1차원 압밀이론 및 이를 수정한 수정 압밀이론과 성토하중에 의한 측방향으로의 하중감소를 고려하여 연약지반상에서의 압밀거동을 1차원 및 2차원 해석을 통하여 비교분석하였다. 분석결과 1차원 압밀이론을 이용한 성토측면 부근에서의 압밀해석에서는 실측치보다 과다추정하고 있었으며 Terzaghi의 1차원 압밀이론보다는 간극비 및 투수계수의 변화를 고려한 수정압밀이론이 보다 실측치에 근접한 방법임을 알 수 있었다. 1차원 압밀이론 및 지중응력 분포이론을 이용한 각 지점별 압밀해석결과와 2차원 압밀이론으로 해석한 결과를 비교해 보았을 때, 특히 성토측면부에서는 2차원 해석결과보다 1차원 해석결과가 더 크게 과다추정하는 결과를 나타내고 있었으나 시간별 침하의 추세는 거의 차이가 없었으며 물성치의 정확한 선정이 가능하다면 1차원 이론에 의한 해석도 간편하고 합리적인 방법임을 알 수 있었다. Consolidation behavior on soft clay was investigated by using one- and two-dimensional analysis based on original and modified one dimensional consolidation theory. For the analytical model, the embankment was simulated by applying single- or multi-surcharge loading to the surface of soft clay. Based on the results obtained, it was found that the predicted settlement by one dimensional consolidation theory was most of the time higher than the observed one at the mid- and especially lateral-zone of embankment. When compared with two dimensional analysis, the result of modified one dimensional consolidation analysis showed almost similar trend to the observed one. There fore even in case where proper selection of soil parameters, one dimensional consolidation theory like as modified one dimensional consolidation theory could be suggested due to its convenience.

사질토(砂質土) 위에 놓인 강성(剛性) 원형기초(圓形基礎)의 수직진동(垂直振動)

김수일,민덕기,Kim, Soo Il,Min, Tuk Ki 대한토목학회 1985 대한토목학회논문집 Vol.5 No.3

본(本) 연구(硏究)에서는 접지압분포(接地壓分布)를 포물선(抛物線)으로 가정(假定)한 기계기초(機械基礎)에 수직(垂直) 정규진동(正規振動) 하중(荷重)이 가(加)해질 경우의 진동(振動) 거동(擧動)을 해석(解析)할 수 있는 질량(質量)-스프링-감쇠(感衰)의 일자유도(一自由度)인 단순화 된 애널로그는(analog)를 제안(提案)하였다. 본(本) 연구(硏究)에서 제안(提案)된 애널로그는 탄성(彈性) 반무한체(半無限體) 이론(理論)과 잘 일치(一致)하였다. 또한 본(本) 애널로그는 모형(模型) 콘크리트 기초(基礎)의 수직(垂直) 진동(振動) 실험(實驗)을 통(通)하여 실험치(實驗値)와 비교(比較)하였다. 진동(振動) 실험(實驗)에서 모형(模型) 기초(基礎)는 질량비(質量比)가 각각(各各) 다른 11 개(個)의 원형(圓形) 기초(基礎)를 사용(使用)하였으며 실험(實驗) 지반(地盤)은 모래로 성토(盛土)하여 사용(使用)하였다. 본(本) 실험(實驗)에서 진동(振動) 하중(荷重)은 일정(一定) 진폭(振幅)의 진동(振動) 재하(載荷) 장치(裝置)를 사용(使用)하였으며 진동(振動) 실험(實驗)의 주파수(周波數) 범위는 30~100 Hz 이었다. 실험(實驗) 결과(結果) 공진주파수(共振周波數)는 이론치(理論値)와 잘 부합하였으나 이론(理論) 공진변위(共振變位)와 실측(實測) 공진변위(共振變位)의 비(比)는 0.5~1.7 사이에서 변화(變化)됨을 알 수 있었다. 또한 하중(荷重)이 증가(增加)됨에 따라 공진주파수(共振周波數)는 약간 감소(減小)하며 공진변위(共振變位)는 약간 증가(增加)함을 알 수 있었다. A simplified single degree of freedom analog with mass-spring-dashpot is proposed in this study. The simplified analog can describe the dynamic behavior of a rigid circular footings whose contact pressures are parabolic. The analog proposed in this study shows remarkable agreement when compared with the elastic half-space theory the analog is also compared with vertical vibration test results of model concrete footings. For the vibration experiments, 11 circular footings with different mass ratio are constructed. The elastic half-space is represented by compacted sand layer. A constant force excitation vibrator is used for the dynamic loading. The frequency range for vibration tests is 30 to 100 Hz. From the dynamic experiments, it is found that the measured resonant frequencies agree very well with the analog results, however, the ratio of theoretical and measured resonant amplitudes vary between 0.5 and 1.7. It is also found that, when the dynamic force is increased, the resonant frequency is decreased slightly and the resonant amplitude is increased slightly.

발파 진동식의 신뢰성

김수일,정상섬,조후연,Kim, Soo Il,Jeong, Sang Seom,Cho, Hoo Youn 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.3

본 논문에서는 이미 제안된 발파진동식 중에서 국내의 지질조건에 가장 적합한 식을 연구하였다. 국내에서 측정된 여러 현장의 자료를 이용하여 제안된 발파진동식의 적합성을 분석 검토하였다. 실측자료를 이용한 발파진동식의 산정은 선형회귀분석을 적용하였다. 또한 실측자료로 각 발파진동식을 산출한 후에는 이 발파진동식에 다시 환산거리를 대입하여 진동속도를 산출하였다. 산출한 진동속도와 측정한 진동속도를 비교함으로써 회귀분석한 발파진동식의 신뢰성을 도심지의 소규모발파와 채석장의 대규모발파를 나누어서 살펴보았다. 그 결과 국내의 지질조건에 가장 적합한 식은 미광무국에서 제안한 ROOT SCALE과 CUBE ROOT SCALE 임을 밝혔다. 또한 본 논문에서는 실측자료와 기존의 현장자료를 이용하여 각 암종을 대표할 수 있는 발파진동식을 제안하였다. Blast vibration equations proposed previously are investigated. Special attention is given to the blast vibration equation which shows the best fitting to the geologic condition of Korea. The fittness of proposed blast vibration equation is analyzed and examined using many field data measured in Korea. The prediction of blast vibration equation using field data was performed by linear regression analysis. Moreover, after the prediction of each blast vibration equation, vibration velocity is recalculated on the basis of scaled distance at each equation. Reliability of regressioned blast vibration equation is observed by comparing predicted and measured velocity, which is divided into small-scale blasting of city and large-scale blasting of quarry. Based on this study, the best fitting equation to the Korean geologic condition is ROOT SCALING & CUBE ROOT SCALING proposed by USBM(United Nations Bureau of Mines). Also representative blast vibration equations depending on the different kinds of rock mass are proposed using measured and existing field data.

보강재(補强材) 및 배수촉진재(排水促進材)로서 Geotextile 의 효과(?果)에 관한 실험적(實驗的) 연구(硏究)

김수일,유지형,조삼덕,Kim, Soo Il,Yoo, Ji Hyeung,Cho, Sam Deok 대한토목학회 1982 대한토목학회논문집 Vol.2 No.4

본(本) 연구(硏究)에서는 연약점토지반(軟弱粘土地盤) 위에 성토시(盛土時) 보강재(補强材)와 vertical drain재(材)로서의 geotextile의 효과(?果)를 모형실험(模型實驗)을 통(通하)여 조사하였다. 실험은 점토층(粘土層)과 성토층(盛土層) 사이에 woven fabric을 포설(鋪設)하지 않은 경우, fabric을 포설(鋪設)한 경우, fabric에 서로 다른 인위적(人爲的) 인장력(引張力)을 가(加)한 2가지 경우 등 4단계(段階)로 수행(遂行)하였으며 각(各) 단계(段階)마다 압밀(壓密)을 촉진(促進)시키기 위해 non-woven fabric을 사용(使用)한 vertical drain을 점토층(粘土層) 내(內)에 정방형(正方形)으로 배치(配置)하였다. 실험(實驗)모델은 밑면이 $32cm{\times}330cm$이며, 50cm점토층(粘土層) 위에 47cm 높이의 성토제방(盛土堤防)이 1:1.5의 기울기로 만들어졌다. 모형실험대(模型實驗臺)의 양쪽 면에 대칭적(對稱的)으로 8개의 piezometer를 설치(設置)하여 시간(時間)에 따른 공극수압(空隙水壓)을 측정(測定)하였으며 성토제방(盛土堤防) 내부(內部)에 LED램프를 삽입(揷入)하여 시간(時間)에 따른 내부(內部) 변형(變形)을 조사하였고, 제방(堤防)이 설치(設置)되지 않은 점토지반(粘土地盤) 양쪽에는 dialgauge를 부착(附着)하여 융기현상(隆起現象)을 조사하였다. 이러한 실험(實驗)은 1차압밀(次壓密)에 요구(要求)되는 시간(時間)(약(約) 10일(日))동안 수행(遂行)되었다. 실험(實驗)으로부터 점토층(粘土層) 내(內)에 유발(誘發)된 최대과잉공극수압(最大過剩空隙水壓)을 측정(測定)하여 woven fabric을 포설(鋪設)하지 않은 경우의 이론적(理論的)인 최대과잉공극수압(最大過剩空隙水壓)과 비교(比較)함으로써 보강재(補强材)로서의 woven fabric을 포설(鋪設)하였을 경우에도 시간(時間)에 따른 성토부(盛土部) 침하량(沈下量)을 산정(算定)할 수 있음이 밝혀졌다. Geotextile effects as reinforcement and vertical drain materials are studied through the laboratory model embankments on weak clays. The experiments are carried out in four stages; no woven fabrics between clay-crushed stone boundary, fabrics between boundary with no initial pretensioning of fabrics, and fabrics between boundary with two different initial pretensionings of fabrics. In all stages, vertical drains utilizing non-woven fabrics are installed in the clay layer in square pattern to accelarate the consolidation. The experimental model has plane dimensions of $32cm{\times}330cm$. The height for the clay container is 60 cm. The 47 cm height of crushed stone embankment is constructed over the 50 cm deep clay layer. The time dependent pore pressures are measured utilizing the 8 piezometers installed symmetrically on both sides of the wall at different heights. The time dependent deformations are measured utilizing the LED indicating lamp matrix inserted in the crushed stone embankment and the dialgauges put on top of the clay layer where the crushed stones are not laid. The measurements are carried out for 10 days which is equivalent to the time required for the primary consolidation. Through the experimental study, an analytical procedure is developed to predict the time dependent embankment settlement even if the top of the clay layer is reinforced with woven fabrics. This can be done through measuring the maximum pore pressures developed in the clay layer and comparing with the theoretical maximum pore pressures when no reinforcing fabrics are employed.

연약 지반에 시공된 말뚝의 주면마찰력 산정 간편법

김수일,정상섬,정성용,Kim, Soo Il,Jeong, Sang Seom,Jung, Sung Yong 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.1

본 연구에서는 연약지반에 시공한 단독말뚝에서 발생하는 주변마찰력과 이로 인해 유발되는 축하중 해석방법을 개발하고 해석결과를 유한요소해석 프로그램에 의한 예측결과 및 현장 실험값과 비교 분석하였다. 이때 말뚝과 지반의 접촉면에 국부파괴가 발생하는 경우(slip case)와 발생하지 않는 경우(no slip case)에 대해 고려하였다. 본 연구에서 말뚝의 지지층은 암반인 경우를 고려하였고 해석모형의 물성으로는 말뚝, 연약 지반, 암반층에 대하여 모두 일반적인 값들을 적용하였다. 해석결과를 유한요소해석 및 현장 실측값과 비교 분석한 결과, 말뚝에 발생하는 주면마찰력은 압밀도가 커짐에 따라 증가하며, 주면마찰력에 의해 유발되는 축하중은 압밀이 완료되는 시기에 최대의 값을 갖는다는 결론을 얻었다. 또한 복잡한 2차원 또는 3차원 비선형 거동 해석외에 간단한 1차원 압밀 이론을 적용한 해석 역시 비교적 정확한 결과를 얻을 수 있음을 알았다. The skin friction on single piles was investigated by using an analytical study and a numerical analysis. The emphasis was given to the variation of skin friction on piles based on the load transfer mechanism developed for the consolidation of a surrounding soft clay. Local yield or slip at the pile-soil interface was taken into account by specifying a limiting value of shear stress. The response of a single pile was analyzed and compared to the results of field case study. Based on the results obtained, it is shown that the skin friction on a pile increases as the degree of consolidation increases and the ultimate axial forces result from the long term behavior of clay corresponding to the end of the consolidation. It is also found that the analysis using one-dimensional consolidation theory as well as two or three-dimensional non-linear analysis gives relatively reasonable results.