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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

AASHTO 설계법을 이용한 아스팔트 콘크리트 포장체의 피로파괴준식 개발에 관한 연구

김수일,이광호,Kim, Soo Il,Lee, Kwang Ho 대한토목학회 1991 대한토목학회논문집 Vol.11 No.3

Failure criteria for asphalt concrete pavements are developed combining the AASHTO design equation and the multi-layered elastic theory. Thickness range including typical layer thicknesses of four-layer Korea highway structures are employed for pavement structure models. Total of 2430 pavement models with different layer thicknesses and moduli are analyzed. Models with crushed stone and asphalt stabilized base courses are equally included in the analysis. Number of load repetition and the maximum tensile strain at the bottom of asphalt layer are computed from the AASHTO design equation with terminal PSI=2.5 and multi-layered elastic computer program, SINELA, respectively. Failure criteria are developed through the regression analysis. From the analysis, failure criteria for the asphalt concrete pavements with 50% and 95% reliability levels are developed. It is found that the failure criterion of 95% reliability level gives similar results with existing fatigue failure criteria whose terminal performance condition is crack development when compared in a graphical form an equation to estimate failure criterion for a specific reliability level is also proposed. 본 연구에서는 국내 고속도로의 표준단면들을 포함한 포장구조 해석모델을 사용하여 아스팔트 콘크리트 포장체의 피로파괴 기준식을 개발하였다. 해석 대상 모델은 쇄석 및 아스팔트 안정처리 기층을 갖는 2430개의 4충 포장구조로 하였으며, 각 모델의 물성을 공용성 한계를 PSI=2.5로 한 AASHTO 설계식과 다층 탄성해석 프로그램인 SINELA에 적용, 포장체의 통과예상 교통량과 아스팔트 콘크리트층 하단에서의 최대 인장 변형률과의 관계를 회귀분석하였다. 분석 결과로부터, 신뢰도 50%와 95% 수준의 파괴기준식을 제안하였다. 타 연구결과와 비교한 결과 신뢰도 95% 수준의 파괴기준식은 균열의 발생을 공용성 한계로 보는 기존의 피로 파괴기준식과 같은 정도의 교통량을 추정하고 있음을 알 수 있었다. 또한 신뢰도 수준에 따른 파괴기준식을 신뢰도 50%, 수준의 파괴기준식으로부터 간접 추정할 수 있는 관계식을 제안하였다.

아스팔트 콘크리트 포장구조체의 제한교통하중에 관한 연구

김수일,최준성,Kim, Soo Il,Choi, Jun Sung 대한토목학회 1992 대한토목학회논문집 Vol.12 No.2

A procedure to determine the axle load limits of asphalt concrete pavements are proposed in this study. Axle load limits are determined by calculating maximum tensile strains at the bottom of the asphalt stabilized base layer and maximum vertical strains at the top of the subgrade. In order to investigate the efficiency of axle configuration, calculated influence line of wheel load on domestic expressway pavement system is used. Limiting strains are selected through the analysis of conventional failure criteria. From the analysis of axle load limits about axle composition(single-axle, tandem-axle, tridem-axle), it is found that the axle load limits of tandem-axle and tridem-axle can be calculated by muitipling the axle load limits of single-axle by axle numbers and that axle load limits are closely related to the thickness of each layer of pavement structure. It is also found that the axle load limits by tensile strains are more critical than those by vertical strains on asphalt concrete pavement models of YOUNG-DONG, KYONG-IN and KYONG-BU expressways. 본 연구에서는 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 제한교통하중 산정과정을 제안하였다. 제한교통하중은 아스팔트 콘크리트 포장구조체의 파괴기준이 되는 노상상단의 연직변형율과 아스팔트 안정처리 기층 최하단에서의 인장변형용을 포장구조체 모델에 따른 바퀴의 영향선을 고려하여 산정한 후 포장 구조체의 변형율과 축하중과의 관계에 설계한계치를 적용하여 산정한다. 본 연구에서는 우리나라 고속도로중 경부선, 경인선, 영동선 확장구간 모델의 제한교통하중을 산정하기 위하여 바퀴의 영향선을 고려하여 변형율을 산정하였다. 제한교통하중의 기준은 세계 여러 관계기관에서 제안한 파괴기준식으로부터 설계한계치를 산정하여 이용하였다. 축구성(단축, 탄뎀축, 트라이뎀축)에 따른 제한교통하중을 분석한 결과 제한교통하중은 포장구조체의 두께와 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 또한 탄뎀축과 트라이뎀축의 제한교통하중은 단축의 제한교통하중에 축 수를 곱하여 구한 값과 유사함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 제한교통하중을 단축기준의 제한교통하중으로 제안하였다. 단축기준의 제한교통하중은 우리나라 고속도로중 경부선, 경인선, 영동선 확장구간을 대상으로 해석한 결과, 인장변형율에 의한 제한교통하중이 연직변형율에 의한 제한교통하중보다 포장구조체에 미치는 영향이 더 큼을 알 수 있었다.