실내모형실험에 의한 핵석 풍화대 지반 특성 산정

우익 ( Ik Woo ) 대한지질공학회 2007 지질공학 Vol.17 No.3

본 연구에서는 풍화대에 분포하고 있는 핵석지반에 대한 지질공학적 조사와 실내모형실험을 통하여 핵석지반의 공학적 물성을 산정하였다. 핵석이 노출된 세 곳의 산사면에 대한 조사창 조사와 시추공 코어 관찰로 핵석의 분포도와 기하학적 모양을 분석하였다. 현장 핵석분포 및 크기에 대한 조사 자료와 모형실험용 공시체 시편의 크기를 바탕으로 산정된 축소율을 고려하여 5mm이하-평균 2mm의 분쇄-연마된 핵석시료를 실내핵석실험용으로 사용하였다. 핵석 체적함유비를 0%, 10%, 20%로 달리하면서 토양 직접전단시험 및 석고모형실험을 실시하였고, 이를 통하여 핵석지반의 특성을 구하고자 하였다. 핵석함유 토양의 직접전단실험에서는 핵석 함유량의 증가로 인하여 전단강도가 증가하는 경향을 보여주었다. 핵석함유비가 20%일 경우는 핵석 입자의 맞물림에 의한 점착력의 증가가 마찰각의 변화보다 더욱 전단강도의 상승을 유발시키는 요소로 작용하였다. 핵석 함유비를 달리한 석고모형실험에서는 핵석이 많아질수록 모형시료의 강도 및 탄성계수가 증가하는 경향을 보여주었다. 석고모형실험에서 얻어진 핵석 함유량에 따른 모형의 물성변화률을 현장에서 측정한 풍화대의 물성과 비교하여, 현장에서 핵석함유에 따른 물성을 예측한 결과, 핵석 함유가 0%에서 10%로 증가하면 18%의 일축압축강도 증가를, 핵석 함유가 20%로 증가되면 30%의 일축압축강도 증가를 유발하는 것으로 예측이 되었다. This study shows the prediction of the engineering properties of weathered zone bearing corestones through the engineering geological surveys and the scale model test in the laboratory. The window survey and the observation on the borehole core were peformed on three natural slopes in corestones area in order to analyse the distribution pattern and the geometrical properties of corestones. Natural corestones were crushed and abrased for the scale model test into less than 5 mm in maximum-2mm in average by the scale reduction ratio based on the size of natural corestones and the specimen size. Scale model tests were carried out on soil and plaster model specimens with different corestone content ratio - 0%, 10%, 20%. The direct shear test on soils shows that shear strength is increased by the increase of corestone content ratio. The increase of cohesion is, however, more important factor to the shear strength of soil for 20% corestone content ratio due to interlocking of crushed corestone particles. The plaster model test shows a tendance of increase of UCS and modulus of elasticity with increase of corestone content. The variation ratio of specimen property by change of corestone content ratio in plaster model test was applied to in situ properties in order to estimate the properties of weathered zone bearing corestones. So it could be predicted that the increase of corestone content to 10% and to 20% produce about 18% and 30% UCS`s increase respectively.

실내모형실험과 변형률 쐐기모델을 이용한 수평하중을 받는 말뚝의 거동 특성에 관한 연구

김홍택(Kim, HongTaek),한연진(Han, YeonJin),김홍락(Kim HongLak) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.2

말뚝에 대한 수평지지력 산정방법은 대부분이 토압론과 지반을 말뚝으로부터 분리하여 고려하기 때문에 지반과 말뚝의 상호작용을 효율적으로 고려하지 못하고 있다. 최근에 말뚝기술이 보다 개선됨에 따라서 수평하중을 받는 말뚝의 실제거동에 대한 규명이 요구되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 말뚝과 지반의 상호작용을 고려할 수 있는 변형률 쐐기모델을 이용하여 단일 말뚝과 무리말뚝에 대한 거동 특성을 살펴보고자 한다. 수평하중을 받는 말뚝에 대한 거동을 알아보기 위하여 축소모형실험을 우선적으로 수행하였으며, 실제 규모의 말뚝조건에 대해서는 변형률 쐐기모델을 적용하여 말뚝의 거동특성을 예측하였다. 실내모형실험 결과와 수치해석의 전반적인 거동을 살펴보기 위하여 실험결과 및 해석결과를 이용하여 비교, 분석을 수행하였다. The most of original horizontal bearing capacity theory of the pile is not efficiently to consider interaction between soil and pile because it is only to consider the earth pressure theory and separately the ground form pile. In recent, in order to improve the pile technology, it is necessary to confirm the real behaviour characteristics of pile under lateral load. Hence, to evaluate the behaviour characteristics of the single and group pile under lateral loads using the strain wedge model that could consider the interaction between soil and piles. Primarily, laboratory scale down model tests was carried out to predict the behaviour characteristics on real size piles using the strain wedge model. The comparative analyses between model test and numerical analysis for the evaluation of whole behaviour were conducted.

실내실험 및 수치해석을 통한 도심지 저토피구간 비개착 지중구조물 굴착에 따른 침하 형상 예측에 대한 연구

박준경,오정호,유현우,샤리프 호세인 한국철도학회 2019 한국철도학회논문집 Vol.22 No.1

기존 원형터널에 대한 지표침하 예측곡선식은 다양한 경험식이 제안되어 왔으나, 저토피 구간에서 비개착공법으로 시공되는 사각형 형태 지중구조물의 설치로 인한 침하예측곡선에 대한 연구는 미진한 실정이다. 본 연구에서는 최근에 제안된 지중구조물의 다양한 단면형상 및 크기를 고려할 수 있는 지표침하예측곡선식에 대해 다양한 조건의 실내모형실험을 통해 침하형상 차이를 확인·검증하고자 하였다. 실내모형시험은 함체의 크기 및 형상, 추진속도 등의 영향인자들을 고려하여 설계하였으며, 3차원 수치해석 프로그램을 이용하여 실내모형실험과 동일한 상태를 모델링하여 수치해석을 수행하였다. 수행결과, 원형구조물 보다 박스형태의 구조물에서의 침하량이 더 크게 산정되며, 3차원수치해석과 침하형상 곡선식이 서로 유사한 것을 확인하였다. 이를 활용하여 지중박스구조물의 설치에 따른 인접구조물 위험도 평가의 기초자료로 활용하고자 하였다.

실내 모형실험에 의한 지반보강 개량체 특성 분석

오필진(Oh Philjin),박민철(Park Minchul),이송(Lee Song) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.7

항만구조물의 기초는 육상과 다른 지층분포 및 기초지반의 특징에 대한 토질 공학적 이해가 필요하며 가장 먼저 접근해야 할 사항은 육상의 지층특성에 비해 상대적으로 연약한 점토지반이 주를 이룬다는 것이다. 해상이라는 지리적 환경과 중력식 구조물이 주가 되는 항만구조물의 기초를 시공하기 위하여 연약한 점토지반의 특성에 따라 필연적으로 기초처리 공법을 적용하여야 한다. 따라서 이 연구는 항만구조물 기초가 놓이게 되는 점토지반에 대한 기초처리공법 중에서 시멘트계열 개량체의 강도별 거동을 실내모형실험을 통하여 분석하였다. 실내 모형실험은 시멘트와 물, 원지반 점토를 일정 비율로 교반하여 일축압축강도 기준 25㎪과 125㎪의 2 case로, 시멘트계열 개량체를 직경 5㎝, 높이 70㎝ 크기로 제작하여 직경 38㎝, 높이 80㎝인 원형 토조에 말뚝식 배치로 11%, 35%, 61%의 치환율로 조성하고 각 단계별로 10㎪, 30㎪, 50㎪의 하중을 재하하여 시멘트계열 개량체와 점토지반에 작용하는 응력분담비, 침하관계를 분석하였다. For foundation of Port structure, it is essential geotechnical understanding about feature of ground and the geologic formation which is different to terrestrial ground. What is most important is the understanding of soft ground clay, which is much softer than terrestrial ground. To build foundation of a port structure which is mainly gravity based on the special geographical circumstance that is on the sea, the improvement method of foundation should be applied according to soft clay ground features. Therefore, in this study, the behaviors of improved materials with strength were analyzed on the soft clay foundation where suppose to be located the foundation of port structure. The laboratory model test has been conducted in 2 cases with unconfined compression strength of improved materials, 25㎪ and 125㎪. Cement, water, and in-situ soft clay were combined at a fixed rate and made a shape of 5㎝ diameter × 70㎝ height column. Improved materials were located with replacement ratio(11%, 35% and 61%) in 38㎝ diameter × 80㎝ height cylinder. Finally, the stress distribution ratio on the improved materials and clay, settlement was analyzed by applying a load of 10㎪, 30㎪, and 50㎪.

2차원 실내 토조를 이용한 필댐 내제사석 적정 입경의 실험적 분석

김시훈 ( Sihoon Kim ),류우한 ( Woohan Ryu ) 한국농공학회 2019 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2019 No.-

본 연구에서는 필댐 내제사석의 적정 입경을 산출하고자 2차원 토조(100cm×80cm×300cm)를 이용하여 실내 모형 실험을 진행하였다. 현장의 시공 조건에 따른 제체의 안정성을 측정하기 위해 원지반의 제체와 대형토조 모형 제체의 축적(1:20)에 따른 사석 입경으로 실험 조건을 설정하였다. 또한 사석 사면의 간극채움 정도 및 사석사면과 제체 사이의 필터층의 존재 여부에 따른 제체의 안정성도 검토하였다. 제체의 안정성은 수위 급강하 시 제체의 침하와 제체 내부의 흙의 유출 정도로 분석하였다. 실내 모형 실험에서 제체내의 흙의 유출정도는 염색사를 사용하여 육안으로 정도를 관찰하였고, 지표 변위계를 설치하여 제체의 안정성을 분석하였다.

산사태 모형실험에서의 Scale Effect에 관한 연구

정지수(Jeong Jisu),지영환(Ji Younghwan),김유태(Kim Yootae),이승호(Lee Seungho) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.8

본 연구는 강우로 인한 산사태 발생 시 강우강도, 강우지속시간, 비탈면 경사, 지반조건등에 따른 파괴 원인을 분석하여 산사태를 사전에 예측하기 위해 산사태 붕괴특성을 알아보고자 인공강우장치를 이용한 실제사면 크기에 근접한 대대형모형토조와 소형모형토조로 실험을 실시하였다. 육안상의 붕괴 형태 및 간극수압, 토압, 함수비, 지중변위 등의 계측결과에 대한 비교연구를 통해 모형토조연구에 있어 크기에 따른 산사태 메커니즘 분석과 소형모형토조 실험에 대한 산사태 모형실험으로서의 검증 실험을 수행하였다. This study was performed to analyze the degree of rainfalls, the duration time of rainfalls, the inclination of slopes and other damage causes depending on the ground condition, when the landslide occurs by the rainfall. Based on that, a big and a small model soil box were compared to examine the features of landslides, which is ultimately for forecasting landslides. An artificial rainfall device was installed in the model box, and the large model box has a real-size slope in it. Also, various measures were fulfilled such as collapse forms, a pore pressure, an earth pressure and moisture contents in order to analyze the effect of the model box size on the landslide mechanism and to test the usability of a small model box as a material for landslide experiments.

순환골재와 쇄석을 이용한 연직 배수재의 실내 모형실험과 유한요소 해석 비교

이달원 ( Dal-won Lee ),이정준 ( Jung-jun Lee ),김시중 ( Si-jung Kim ),이영학 ( Young-hak Lee ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

본 연구에서는 연약지반 개량을 위해 연직 배수재로 사용되고 있는 모래의 대체 재료로서 순환골재와 쇄석을 이용하여 실내 모형실험을 수행하였다. 배수성능 평가를 위해 침하량과 공극수압을 측정하고 그 결과를 유한요소 해석프로그램(SAGE CRISP)과 비교ㆍ분석하여 연약지반 개량 효과 및 현장 적용성을 검토한 결과를 요약하면 다음과 같다. 실내 모형실험에서 실측한 각 배수재 별 침하량과 유한요소 해석 결과, 실측치와 추정치 모두 하중 증가와 시간에 따라 각 연직 배수재에서 점차적으로 감소하면서 완만한 형태를 나타냈다. 전체적인 침하량 분포는 유사한 것으로 나타나 사용된 모델은 실제 현장의 침하량 추정에 적용 가능 한 것으로 나타났다. 공극수압 변화에 따른 배수성능을 평가하기 위해 실내 모형실험을 실시한 결과, 시간에 따른 공극수압은 모든 연직 배수재에서 하중 변화와는 큰 차이 없이 수평적으로 일정한 변화양상을 나타냈고, 수위 급강하 시 10gf/m²내외로 감소하였다. 또한, 유한요소 해석에 의한 추정치는 모든 연직 배수재에서 하중 증가와 따라 곡선 형태로 점차 증가하다가 수위 급강하 시 1010gf/m² 내외로 급격히 감소하였다. 모래(SA)와 순환골재 10mm 이하(RAB10)에서의 공극수압은 실측치와 추정치가 유사한 범위 내에 분포하였지만 쇄석 25mm(CS25)에서는 큰 차이를 나타냈으나, 수위 급강하 시 실측치와 추정치 모두 공극수압이 급격히 감소하였다. 따라서 순환골재와 쇄석을 사용하였을 경우에 모래와 동등한 배수성능을 나타내서 연직배수재로서의 현장 적용이 가능한 것으로 판단된다.

지반공학 학습용 모형실험기의 개발

임종철,홍석우 釜山大學校生産技術硏究所 1999 生産技術硏究所論文集 Vol.57 No.-

지반공학에서 지반의 성질과 지반 내에서 일어나는 역학적인 거동을 파악하는 것은 무척 어렵다. 따라서 이를 해석하기 위해 구조물과 지반과의 관계를 근사한 모형 실험기를 제작하여 실험을 실시해야 한다. 본 연구에서는 모형실험용 토조 및 지반 제작기를 연구, 제작하였고, 지반의 거동을 파악하기 의한 측정 장비를 개발하였다. 본 실험기를 이용 여러 가지 실험을 수행한 결과, 만족할만한 결과를 얻을 수 있었으며 학생들의 지반공학에 대한 이해도를 크게 높일 수 있었다. It is difficult to analyse the characteristics and behavior of the ground in geotechnical engineering. So we make laboratory model tests to estimate the behavior of the ground in situ. In this study, the model test apparatus is made in order to analyse the ground movement in the laboratory and to increase the understanding about geotechnical engineering. From the test, we can get satisfactory results.

표준사를 이용한 배면공동 발생 메커니즘 실내모형실험

김진영 ( Jinyoung Kim ),오수진 ( Sujin Oh ),장정민 ( Jeongmin Jang ),이성열 ( Sungyeol Lee ),백원진 ( Wonjin Baek ),양재혁 ( Jaehyouk Yang ) 한국농공학회 2016 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2016 No.-

최근의 무분별한 지하 및 지하수 개발, 상하수도 관로의 노후화에 기인한 도심지의 지반함몰(인공적 씽크홀)이 빈발하고 있다. 이러한 지반함몰 발생에 대한 기존의 연구에 따르면 무분별한 개발로 인한 지반내부의 지하수 유출에 기인한 토사유출이 동반되어 지반이 약해져 지반 내에 자연 또는 인공적으로 공동 및 이완이 발생하고, 이러한 공동이 시간의 경과와 더불어 주변으로 확대, 진행되어 지표면에 도달하면 지반함몰이 발생하게 된다. 이러한 지반함몰 연이어 발생하면서 인명피해로까지 이어지고 있는 실정이다. 현재 일반적으로 언론에서 크게 대두되고 있는 싱크홀은 석회암 지형에서 지하수의 영향으로 침식이 진행되어 발생하는 것을 뜻하므로 우리나라의 경우는 싱크홀보다는 지반침하나 지반함몰(도로함몰)로 표현하고 있다. 이러한 지반함몰의 가장 큰 요인으로는 노후하수관의 균열, 어긋남 등에 기인한 누수를 동반한 토사유실을 고려할 수 있으며 이로 인해 지반함몰이 일어나기까지의 과정을 밝혀내는 것이 중요하며 어떤 인자 등에 따라서 공동이 발생하는지 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 주문진 표준사를 사용하여 상대밀도와 지하수위 변화에 따라 공동의 발생상황을 재현할 수 있는 모형토조를 제작하고 실내모형실험을 수행하였다. 하수관의 균열부를 재현한 토사유출구를 변화시킨 두 개의 투명 아크릴로 제작된 토조에 상대밀도를 60%, 75%로 하여 다짐을 실시하였으며 다짐 후 지하수위를 10cm, 20cm, 30cm로 하여 공동이 발생하는 시간과 토사유출구로 유출되는 배토량을 측정하여 상대밀도와 지하수위가 공동발생에 미치는 영향을 분석하였다. 또 실험과정을 동영상 촬영하여 동영상 분석을 통한 공동 발생 위치 등을 추정하였다. 실내모형실험을 실시한 결과, 두 개의 토조 모두 상대밀도가 낮은 60%에서 1차, 2차 공동발생과 지반함몰 시간이 약간 빠르게 진행됨을 알 수 있었고, 상대밀도 60%에서는 75%에 비해 지하수위가 20cm에서 30cm로 변화될 경우 2차 공동 발생 후 상부지반이 무너지는 지반함몰이 바로 진행됨을 알 수 있었다. 또한 지하수위가 상승함에 따라 침투력의 증가로 공동발생 시간이 빨라짐을 알 수 있었으며 지하수위에 따른 배토량은 지하수위가 20cm 일 때 가장 많은 토사가 유출되는 경향을 보였다. 그리고 1차 공동발생, 2차 공동발생 및 지반함몰의 영상을 개략적으로 분석한 결과 각각의 지하수위면에 접한 지점에서 토사유출에 따른 1차 공동이 발생되고 추가적으로 주변지반의 이완에 따른 2차 공동, 최종적으로 상부지반으로 확장되어 지반함몰이 발생되는 것으로 나타났다. 따라서 다양한 조건을 통해 이와 같이 실내실험을 실시한다면 각 인자별로 공동발생에 미치는 영향을 찾을 수 있을 것으로 사료된다.

강우침투에 따른 사면의 안정성 평가

한희수(Han, Heui-Soo),조재호(Cho, Jae-Ho),양남용(Yang, Nam-Yong),신백철(Shin, Baek-Chul) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.10

현행 사면 안정 해석 시 지하수위 결정방법은 강우에 의한 침투과정에 의한 불포화구간을 제대로 반영하고 있지 못하고 있다. 본 연구에서는 강우에 의한 지표면 상부침투에 의한 포화대 증가에 따른 사면의 안전율 변화를 실내모형실험을 통해 검증하고자 하였다. 강우침투로 인한 흙의 전단강도 저하를 정확히 파악하기 위해 실내 사면모형실험을 통해 함수비 변화를 측정하고, 이에 따른 강도정수의 변화를 파악하였다. 포화깊이 3.0m에서 4.5m로 변할 때 안전율이 가장 크게 변화되는 것을 알 수 있었으며, 이는 설계기준에서 제시한 지하수위 (-)3.0m은 다소 과소 설계된다는 것을 판단할 수 있다. 또한, 지표면 포화로 해석할 경우는 과다 설계되므로 사면의 설계 시 강우 침투에 관한 실험 및 해석이 필요함을 알 수 있다. The unsaturated layers by rainfall infiltration are not properly reflected in construction codes to do slope design. The objective of this paper is to analyze the slope behavior according to the saturation layer increase resulted from the rainfall infiltration, to do that the laboratory slope model apparatus was adopted. From the model apparatus, the variation of water content and strength parameters of the model slope were analyzed. The safety factors of model slope was decreased, if saturation layer was increased from 3.0m to 4.5m, which means ground water level 3m selected from construction codes makes higher safety level. Also, if the ground water level is located in soil surface, the lower safety level will show up. Therefore, to make the proper slope design, the experiments and analysis of variation of saturation layer is needed.