좁은 공간의 형상에 따른 되메움 토압에 관한 연구

허경한 한국방재학회 2008 한국방재학회논문집 Vol.8 No.1

The study, with regard to unsymmetrically inclined backfilled wall, was intended to estimate the lateral earth pressure, develop the equation for lateral earth pressure and eventually identify the mutual behavior, based on the modified Kellogg theory, while changing the width between the walls, wall angle, relative density and wall friction angle. To verify the geostatic pressure obtained from the study, the results in the wake of 62 kinds of model tests performed were compared and evaluated with the behaviors based on theoretical equations. As a result, the wall inclination angle was found to be the factors affecting the earth pressure the most, when both walls were inclined unsymmetrically. And the narrower the backfill space and the larger the wall inclination angle to the horizontal level, the greater the effect of the wall friction. The equation considering the wall friction reaction indicated the value, which was closer to the actually-measured earth pressure, and when the width between the walls was narrow, the arching effect appeared to be great, thereby indicating the difference between the measured earth pressure, theoretically calculated earth pressure and the geostatic pressure proved to be insignificant. 본 연구는 되 메움 된 굴착 양측 벽이 비대칭으로 경사진 경우에 대하여 벽체간의 폭, 벽면경사각, 상대밀도, 벽면마찰각의 크기를 변화시켜 Kellogg의 이론과 이를 보완한 수정 식으로 토압을 산정하고 또한, 벽면마찰반력을 고려한 토압 식을 제안하여 상호간 거동을 구명하였다. 이들 결과로부터 구한 지중 토압을 검증하기 위하여 총 62 종류의 모형실험을 수행한 결과를 이론식에 의한 거동과 비교, 검토하였다. 본 연구결과 양측 벽이 비대칭으로 경사진 경우, 되 메움 토압에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 벽체경사각의 크기였으며, 또한 되 메움 공간이 협소할수록 그리고 수평면과 이루는 벽체의 경사각이 클수록 벽 마찰의 영향이 크게 나타났다. 한편, 실측토압과 가장 근소한 차이를 나타낸 것은 벽면마찰반력을 고려한 제안 식으로 구한 경우였으며 또한, 벽면사이의 폭이 좁은 경우 아칭효과가 크게 나타나 실측토압 및 제안된 이론토압모두 지중 토압과 가장 근소한 차이를 나타내었다.

절리가 형성된 암반지층에서 발생된 토압의 크기 및 분포특성

손무락(Son Moorak),윤철원(Yoon Cheolwon) 대한토목학회 2011 대한토목학회논문집 C Vol.31 No.6

본 논문은 암반지층에 설치되는 굴착벽체의 안전하고 경제적인 설계 및 시공을 위해 절리가 형성된 암반지층에서 발생하는 토압의 크기 및 분포특성을 조사한 것이다. 이러한 목표를 위해 먼저 기존 선행연구의 한계성 및 문제점을 파악하고 이를 극복하기 위해 암반지층의 다양한 절리특성 등을 고려할 수 있는 개별요소법(DEM)에 근거한 불연속체 수치해석적 매개 변수 연구를 수행하였다. 매개변수로는 암반종류 및 절리상태(절리면의 전단강도 및 절리경사각)가 고려되었으며 지반과 굴착벽체의 상호작용을 반영하면서 각 요소의 영향이 고려된 토압크기 및 분포특성이 파악되었다. 뿐만 아니라 암반지층에서 발생된 토압과 토사지반에서의 경험토압인 Peck토압과의 상호 비교가 이루어졌다. 비교결과 절리가 형성된 암반지층에서 발생된 토압의 크기 및 분포는 암반의 종류 및 절리상태에 따라서 크게 영향을 받은 것으로 나타났고 토사지반에 있어서 Peck의 경험토압과 비교하여 서로 다른 특징을 나타내었다. 이와 같이 조사된 결과는 향후 절리가 형성된 암반지층에서의 굴착벽체 설계를 위한 토압산정에 필요한 정보 및 기초자료로서 활용될 것이다. This paper investigates the caharactheristics of the earth pressure magnigue and distribution in jointed rockmass for a safe and economic design and construction of earth retaining structures installed in rock stratum. For this purpose this study will first investigate the limitations and problems of the existing earth pressure studies and then to overcome them th study will conduct the discontinuum numerical parametric studies based on the Discrete Element Method (DEM) which can consider the joint characteristics in rock stratum. The controlled parameters include rock type and joint conditions (joint shear strength and joint angle) and the magnitude and distribution characteristics of earth pressure have been investigated considering the interactions between the ground and the retaining structures. In addition the comparison between the earth pressures induced in rock stratum and Peck's earth pressure for soil ground has been carried out. From the comparison it is found that the earth pressure magnitude and distribution in jointed rockmass has been highly affected by rock type and joint condition and has shown different characteristics compared with the Peck's empirical earth pressure. This result would hereafter be utilized as an important information and a useful data for the assessment of earth pressure for designing a retaining structures installed in jointed rockmass.

지반의 팽창성을 고려한 터널의 테르자기 토압공식 수정

한희수(Han, Heui-Soo),조재호(Cho, Jae-Ho),양남용(Yang, Nam-Yong),신백철(Shin, Baek-Chul) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.11

본 연구에서는 터널의 상부에 작용하는 토압을 평가하는데 있어서 기존의 Terzaghi 공식이 가지는 문제점을 해결하기 위해 흙의 팽창성(Dilatancy)을 고려하여 Terzaghi 공식을 수정하였다. Terzaghi 공식과 수정식에 대한 수학적 해석결과, 터널의 토압은 수정식이 Terzaghi 공식에 비해 작게 나타났으며 토피고가 커질수록 그 차이는 증가하였다. 터널모형실험 결과와 비교해 본 결과, Terzaghi 공식에 의해 계산된 상부토압은 굴착 전 토압의 약 70%이며, 수정식에 의하면 약 60% 정도로 나타났고, 터널모형실험에 의해 측정된 토압은 약 40% 정도 임을 볼 수 있었다. 또한 유한요소해석을 이용하여 Terzaghi 공식과 수정식에 의해 산정된 터널 상부토압과 전단변형률을 비교해본 결과 수학적 해석결과와 동일하게 수정식이 Terzaghi 공식보다 작게 나타났다. In this study, Terzaghi"s formula was modified to solve problems considering the dilatancy effect of the soil for estimating the earth pressure acting on tunnel. It is performed for the comparison with Terzaghi"s formula and modified Terzaghi"s formula, tunnel model test result of Kobe University Rock Mechanics Laboratory. From comparison results of the earth pressure acting on tunnel, the earth pressure calculated by the Terzaghi"s formula was estimated largest value. The earth pressure measured through the tunnel model test was least value. The difference between the earth pressure derived from Terzaghi’s original formula and that derived from the modified formula was caused by the dilation effect, which was caused by the soil volume change. The difference between the earth pressure derived from the modified formula and the earth pressure measured through the tunnel model test, earth pressure results from the energy making failure surface. The results of FEM analysis were almost consistent with the results of mathematical analysis.

다층지반에서의 아칭현상에 의한 수직갱 토압

이인모,문홍표,이대수,김경렬,조만섭,Lee, In-Mo,Moon, Hong-Pyo,Lee, Dea-Su,Kim, Kyung-Ryeol,Cho, Man-Sub 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.1

본 연구에서는 사질토 지반에 설치된 수직갱에 작용하는 토압에 대한 기존 제안식을 수정하였다. 이를 검증하기 위하여 깊이에 관계없이 동일한 반경방향 변위를 일으킬 수 있는 실내 모형시험장치를 개발하였으며, 벽면마찰각과 상대 밀도를 변수로 시험하였다. 실내 모형시험 결과는 수정식에서 접선방향 토압계수(수직응력에 대한 접선방향 응력 비)인 $\lambda$값을 $\lambda=1-sin\phi$와$\lambda=1$을 사용하였을 경우의 토압 사이에 분포하였다. 다층지반에 설치된 원형수직갱 배면지반의 파괴면을 가정하고 수정식을 적용하여 다층지반에 설치된 원형수직갱에 작용하는 토압 산정방법을 제안하였다. 시공현장의 3개의 수직갱으로부터 계측 데이터를 획득하였으며 이를 토압으로 환산하여 제안된 방법을 검증하였다. 계측 데이터로부터 환산된 대부분의 환산 토압은 제안된 방법의 토압과 잘 일치하였다. A new earth pressure equation acting on the vertical shafts in cohesionless soils has been proposed by modifying the equations proposed by others. In order to verify the modified equation, model tests which can control uniform wall displacement with depth to radial direction were conducted. Model tests were performed with three different wall friction angles and two different relative densities. The measured values were larger than estimated values when assuming $\lambda=1$ ; smaller than those when assuming $\lambda=1-sin\phi$. The parameter, $\lambda$ is the ratio of tangential stress to vertical stress and is the most critical value in proposed equation. A method which can estimate the earth pressure on vertical shafts in layered soils is also proposed by reasonably assuming the failure surface of layered soils and using the modified equation. In order to verify the proposed method, in-situ measurement data have been collected from the three in-situ vertical shafts installed in layered soils. Most of earth pressures converted from measured data match reasonably well with estimated values using proposed method.

c-${\phi}$ 지반에서의 아칭현상을 고려한 원형수직터널 토압: I. 이론

김도훈,이대수,김경렬,이용희,이인모,Kim, Do-Hoon,Lee, Dea-Su,Kim, Kyung-Ryeol,Lee, Yong-Hee,Lee, In-Mo 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.2

원형수직터널에서 3차원적인 아칭효과를 고려한 토압산정을 위해 여러 연구가 수행되었고 실내시험 및 수치해석을 통해 이를 검증하였으나, 다층지반과 c-${\phi}$지반에서의 적용이 어려웠다. 본연구에서는 c-${\phi}$지반에서의 토압 산정을 위해 c-${\phi}$지반에서 적용 가능한 토압계수 산정식을 구하였으며, 기존 토압식을 수정 제안하였다. 점착력이 토압에 미치는 영향을 파악하기 위해 지반을 가정하여 각 경우별로 토압을 산정하여 비교하였으며, 다층지반에서 파괴면을 가정하는 방법으로 토압을 구하였다. 이 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion paper)의 첫 번째로서 모델개발을 위한 이론전개를 다루고 있으며, 대형 모형실험에 의한 실증은 두 번째 논문에서 다룰 것이다. Several researches have been done to estimate the earth pressure on a vertical circular shaft considering three dimensional arching effect and verified them by conducting model tests. However, any equation suggested so far is not applicable in case of multi-layered soils and/or C-${\phi}$ soils. In this study, new equation for estimating the earth pressure acting on the vertical shaft in c-${\phi}$ soils is proposed. A parametric study is performed to investigate the significance of the cohesion when estimating the coefficient of earth pressure in C-${\phi}$ soils and estimating earth pressures in vertical shafts. A method which can estimate the earth pressure on vertical shafts in layered soils is also proposed by assuming a failure surface in layered soils and using the modified equation. This paper is Part I of companion papers focusing on the theoretical aspect of model developments; the experimental verification will be made in Part II.

c-$\phi$ 지반에서의 아칭현상을 고려한 원형수직터널 토압 : II. 실내 모형실험

김도훈,차민혁,이대수,김경렬,이인모,Kim, Do-Hoon,Cha, Min-Hyuck,Lee, Dea-Su,Kim, Kyung-Ryeol,Lee, In-Mo 한국터널지하공간학회 2010 한국터널지하공간학회논문집 Vol.12 No.2

원형수직터널에 작용하는 토압은 아칭효과로 인해 2차원 일반 흙막이벽에 작용하는 토압보다 작으므로 원형수직터널 설계 시 벽체에 작용하는 실질적인 토압의 예측이 필요하다. 본 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion papers)의 두번째로서 원형수직터널 설계 시 건조한 사질토뿐만 아니라 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 적용 가능하도록 새롭게 제안된 토압식(김도훈 등, 2009)을 증명하기 위해 대형 모형실험을 수행하였다. 고안된 모형실험 장비는 단계별 굴착이 가능하도록 제작 벽체의 반경을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 또한 강사 방법으로 지반을 조성하기 전 건조한 시료에 물을 첨가하고 불포화사질토를 형성시켜 겉보기 점착력을 발현시킴으로써 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 실험을 진행하였다. 실험 결과로서, 단계별 굴착을 모사하였을 때, 아칭효과에 의해 굴착된 지반에서 굴착되지 않은 지반으로 하중이 전이가 일어나는 확인할 수 있었다. 또한, 동시에 굴착했을 때의 토압은 예측한 값에 비해 상당히 작게 나타났지만, 단계별로 굴착했을 때의 최종 토압은 동시 굴착 시의 토압에 비해 크게 나타나며 새롭게 제안된 토압식과 잘 일치하였고 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 수행한 실험의 결과도 겉보기 점착력의 효과로 인해 토압의 감소를 보이며 이론적인 값과 잘 일치하는 것으로 나타났다. The earth pressure acting on the vertical shaft is less than that acting on the retaining wall due to three dimensional arching effect. Thus, it might be essential to estimate the earth pressure actually acting on the shaft when designing the vertical shaft. In this paper, large-sized model tests were conducted as Part II of companion papers to verify the newly suggested earth pressure equation proposed by Kim et al. (2009: Part I of companion papers) that can be used when designing the vertical shaft in cohesionless soils as well as in c-$\phi$ soils and multi-layered soils. The newly developed model test apparatus was designed to be able to simulate staged shaft excavation. Model tests were performed by varying the radius of vertical shaft in dry soil. Moreover, tests on c-$\phi$ soils and on multi-layered soils were also performed; in order to induce apparent cohesion to the cohesionless soil, we add some water to the dry soil to make the soil partially-saturated before depositing by raining method. Experimental results showed a load transfer from excavated ground to non-excavated zone below dredging level due to arching effect when simulating staged excavation. It was also found that measured earth pressure was far smaller than estimated if excavation is done at once; the final earth pressure measured after performing staged excavation was larger and matched with that estimated from the newly proposed equation. Measured results in c-$\phi$ soils and in multi-layered soils showed reduction in earth pressures due to apparent cohesion effect and showed good matches with analytical results.

뒷굽이 있는 케이슨 안벽에 작용하는 토압에 대한 연구

유건선(Kun-Sun Yoo) 한국해안해양공학회 2017 한국해안해양공학회 논문집 Vol.29 No.2

본 연구에서는 케이슨 안벽의 뒷굽이 주동토압에 미치는 영향을 조사하였다. 한계해석법을 사용하여 뒷굽의 길이에 따라 벽면마찰력이 뒷굽 상부에서 발생하는 활동면의 경사각에 미치는 영향을 분석하였다. 분석결과 뒷굽의 길이가 짧을수록 내측 활동면의 경사각은 증가하나, 외측 활동면의 경사각은 일정하였다. 실제 케이슨 안벽에서 발생하는 파괴면에 작용하는 토압과 동일한 토압을 갖는 뒷굽 끝에서의 가상의 연직배면에 작용하는 토압에 대하여 뒷굽의 상대 길이-뒤채움 토사의 내부마찰각-벽면마찰각-가상의 연직배면에 작용하는 배면마찰각 등의 상관관계를 구하였다. 뒷굽이 짧을수록 케이슨 안벽에 작용하는 토압이 Rankine 토압보다는 작아지나 뒷굽의 길이를 고려하지 않은 Coulomb 토압보다는 항상 크게 나타났다. In this study, the effect of caisson heel on the active earth pressure is investigated. Using limit analysis method, inclinations of slip surface developed above the heel with different lengths are analyzed. The shorter the heel length, the larger those of inside slip surface, however those of outside slip surface are not changed. According to the relative heel length, relationships of internal friction angle of backfill material - wall friction angle between caisson structure and backfill - friction angle acting on virtual section at the end of heel are presented. Earth pressures acting against caisson structure with relatively short heel are smaller than Rankine earth pressure but always greater than Coulomb earth pressure which does not consider the heel length.

벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 원형수직구 벽체에 작용하는 토압산정방법

신영완,사공명,Shin, Young-Wan,SaGong, Myung 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.2

원형수직구 벽체에 작용하는 토압은 축대칭 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 벽체에 작용하는 토압보다는 작으며, 원형수직구 흙막이벽이나 라이닝 등의 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압의 정확한 산정이 필요하다. 따라서, 수평 및 연직방향 아칭효과에 의한 토압감소를 고려하고 수직구 벽체 반경에 대한 높이의 비로 정의되는 벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 토압산정식이 제안되었다. 또한, 모래지반에서 모형실험에 의한 토압이 분석되었다. 제안된 토압산정식에 의한 토압은 벽체반경이 증가하여 벽체형상비가 감소함에 따라 평면변형조건의 토압과 정확히 일치하였으며, 모형실험에 의한 토압분포와 근사한 경향을 나타내었다. The earth pressure acting on a circular shaft wall is smaller than that acting on the wall in plane strain condition due to the three dimensional axi-symmetric arching effect. Accurate estimation of the earth pressure is required for the design of the shaft wall. In this study, the stress model considering the decrease of earth pressure due to the horizontal and vertical arching effect and the influence of shape ratio (shaft height/radius) is proposed. In addition, model test on the sandy soil is conducted and a comparison is made between the stress model and the test results. The comparison shows that the proposed stress model is in agreement with test results; decrease of shape ratio (increase of radius) leads to stress state equal to the plane strain condition and approximate stress distribution is found between stress model and model test results.

암반지층 굴착벽체에 작용하는 토압에 대한 절리의 영향

손무락,솔로몬 아데도쿤,Son, Moorak,Adedokun, Solomon 대한토목학회 2014 대한토목학회논문집 Vol.34 No.2

This paper investigated the effect of joint on the earth pressure against an excavation wall in rockmass with the consideration of various rock and joint conditions. For this purpose, this study briefly reviewed of the previous earth pressure studies, and then numerical parametric studies were conducted based on the Discrete Element Method (DEM) to overcome the limitations of the previous studies. The numerical tests were carried out with the controlled parameters including rock types and joint conditions (joint shear strength, joint inclination angle, and joint set), and the magnitude and distribution characteristics of the induced earth pressure were investigated considering the interactions between the ground and the excavation wall. In addition, the earth pressures induced in rock stratum were compared with Peck's earth pressure for soil ground. The results showed that the earth pressure against an excavation wall in jointed rockmass were highly affected by different rock and joint conditions and thus different from Peck's empirical earth pressure for soil ground. 본 논문은 암반지층에서 다양한 암반종류 및 절리조건들을 고려하면서 굴착벽체에 작용하는 토압에 대한 절리의 영향을 조사한 것이다. 이를 위해 본 연구는 먼저 기존 선행연구에 대해서 살펴보고 그 다음으로 기존 선행연구의 한계를 극복하기 위하여 개별요소법에 근거한 수치해석적 매개변수해석을 수행하였다. 수치해석은 매개변수로서 암반종류 및 절리조건(절리면의 전단강도, 절리경사각 및 절리군의 수)을 고려하였으며, 지반과 굴착벽체의 상호작용하에 발생된 토압의 크기 및 분포특성이 조사되었다. 이와 더불어, 암반지층에서 발생된 토압과 토사지반에서의 경험토압인 Peck토압이 서로 비교되었다. 비교결과 절리가 형성된 암반지층에서 발생된 토압은 암반의 종류 및 절리조건에 따라서 크게 영향을 받았으며 토사지반에 대한 Peck의 경험토압과 서로 다른 결과를 나타내었다.

철도하중에 따른 강화노반 두께별 토압 특성

최찬용(Choi Chan Yong),이성혁(Lee Seong Hyeok),황선근(Hwang Seon Keun) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 D Vol.27 No.2D

철도노반은 열차하중을 노상으로 분산, 전달하고 노상에 적당한 강성을 제공하여 노상이 연약화되는 것을 방지하며, 궁극적으로 궤도구조물을 지지하는데 중요한 역할을 한다. 일반적으로 열차하중의 40% 가량은 레일과 침목에 의해 지지되며 그 나머지는 발라스트를 통해 노상으로 전이된다. 따라서 최적의 철도노반을 설계하기 위해서는 노반 조건에 따라 열차하중이 노상으로의 하중전이에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 강화노반의 재료와 두께의 변화에 따른 열차하중의 전이특성을 파악하기 위하여 원형크기의 철도노반 실험을 수행하였다. 실험 결과 쇄석으로 조성된 강화노반의 상부와 하부에서 계측된 토압의 크기는 각각 25~59㎪와 30㎪ 이내로 현장계측결과보다 약간 작게 나타났다. 강화노반의 두께를 30, 50, 그리고 80㎝로 변화시킬 때 강화노반 상부와 하부의 토압비는 각각 51.6%, 41.3%, 그리고 38.8% 으로 토압이 강화노반의 두께가 증가 할수록 감소한다는 것을 보여준다. 또한 하중분산 효과는 슬래그 강화노반이 쇄석강화노반보다 더 큰 것으로 나타났다. 실험에서 구한 토압은 경험식으로부터 구한 토압과 비교했을 때 도상자갈이 충분히 다짐되지 않아 작게 측정되었으며, Talbot의 경험식으로부터 구한 토압은 Geotrack과 일본경험식으로부터 구한 토압과 비교했을 때 약 2배의 값을 보였다. The railroad roadbed plays an important role in distributing and transferring the train loading to subgrade, preventing subgrade from being softened by providing appropriate stiffness for subgrade, and eventually supporting the track structures. Generally, around 40% of axial loading of train is resisted by rail-tie structure itself and the remainder is transferred to subgrade through the ballast. Therefore research on the load transfer mechanism is needed to optimally design the railroad. In this study, a series of prototype railroad roadbed tests were performed to investigate the earth pressure generated by axial loading of train with variation of the parameters and thickness of the reinforced railroad roadbed. In the tests, the measured earth pressures on the top and at the bottom of the reinforced roadbed were in the range of 25~59㎪ and 30㎪, respectively. While the thickness of crushed stone reinforced railroad roadbed varied from 30, 50, and 80 ㎝n the measured earth pressure ratio, was 51.6%, 41.3%, and 38.6%, respectively. This shows that the earth pressure decreased with an increase in the thickness of the railroad roadbed. It was also found that slag roadbed was more effective than the crushed stone roadbed in load distribution. The measured earth pressures in the tests were much smaller than those calculated by empirical and theoretical relationships because the axial loading were not well transferred due to the placement of the ballast without sufficient compaction, and the earth pressures from Talbot's empirical relationship were about twice those from RTRI's empirical relationship and Geotrack