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      • KCI등재

        현장시험을 통한 개단말뚝의 폐색효과에 대한 연구

        정상섬,고준영 한국지반공학회 2014 한국지반공학회논문집 Vol.30 No.12

        This paper presents an experimental study of the plugging effect on the capacity of open-ended piles installed insandy soil. Full-scale tests, including dynamic and static axial-compression load tests, were carried out on threeinstrumented piles with different diameters (508.0, 711.2 and 914.4 mm). To measure the outer and inner shaft resistancesacting on the piles, a double-walled system was utilized with instrumented strain gauges on the outside and inside wallsof the pile. The results of field tests show that the inner shaft resistance was mostly mobilized at the location betweenthe pile tip and 18-34% of the total plug length. It was found that the soil plugging in the lower portion has influenceon the inner shaft resistance. In addition, it can be also demonstrated that the ratio of inner shaft resistance plus annulusload resistance to total resistance decreased with increasing pile diameters. The results of these tests show that therelationship between the degree of plugging and pile diameter is clearly established. Direct observations of the soil plugswere made and used to quantify both the plug length ratio (PLR) and the incremental filling ratio (IFR). Based onthis result, it was found that the N value of the standard penetration test (SPT) is highly correlated with the IFR. 본 연구에서는 사질토 지반에서 개단말뚝의 지지력에 영향을 미치는 폐색효과를 조사하기 위하여 현장재하시험을수행하였다. 현장재하시험은 직경이 다른 총 3본의 시험말뚝(508.0, 711.2, 914.4mm)을 제작하여 각각 동재하시험과정재하시험을 실시하였다. 내주면마찰력과 외주면마찰력을 분리 측정하기 위하여 시험말뚝을 이중관으로 제작하였고, 외부말뚝의 안쪽과 내부말뚝의 바깥쪽 표면에 변형률계를 부착하였다. 정재하시험 결과, 내주면마찰력은 선단부로부터 총 관내토 길이의 약 18-34%의 부근에서 집중적으로 발생하였고, 이를 통해 말뚝 선단부근의 관내토가 내주면마찰력 발현에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 또한, 말뚝직경이 클수록 전체지지력에 대한 내주면마찰력과 순단면적의 선단지지력의 합의 비가 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 말뚝의 폐색율을 정량화하기 위해 시험말뚝의incremental filling ratio(IFR)를 측정하여 분석한 결과, SPT의 N값과 상관관계가 있는 것으로 나타났다.

      • KCI등재

        대변형 해석기법(Coupled Eulerian-Lagrangian)을 이용한 3차원 토석류 거동분석

        정상섬,이광우,고준영 한국지반공학회 2015 한국지반공학회논문집 Vol.31 No.12

        This paper presents the application of the Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) technique to simulate the debris flow. The main objective of this study is to investigate the applicability of CEL technique to the behavior of debris flow,such as flow velocity and influence area. Comprehensive studies to verify the behavior of debris flow are presentedin this study. Through comparison with measured flow velocity from Umyeonsan (Mt.), CEL approach was found tobe in good agreement with the general trend observed by in actual debris flow. In addition, CEL technique accuratelysimulated the behavior of debris flows, therefore, it can be used for designing the countermeasure structure. 본 연구에서는 토석류의 유하부 도달 속도 및 피해 영향범위 등의 흐름 특성을 파악하기 위하여 대변형 3차원유한요소 해석을 수행하였다. 대변형 해석은 ABAQUS (Ver 6.13, 2013)의 Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) 기법을이용하였으며, 실제 토석류 발생 지역의 관측 값과 해석 결과를 비교함으로써 CEL 대변형 해석기법의 타당성을검증하였다. 그 결과, CEL 대변형 해석기법은 토석류 거동을 합리적으로 예측 할 수 있음을 확인하였다. 또한 토석류의 흐름에 사방댐이 미치는 영향을 확인하기 위하여 추가적인 해석을 수행하여 분석하였다. 그 결과, 사방댐에 의해유하부로 흘러 내려오는 토석류의 속도와 체적의 감소효과를 확인하였고 토석류에 의해 발생하는 충격력을 산정하였다. 이로 인하여 대변형 토석류 해석기법은 기존 사방댐 안정성 평가 및 사방댐 설계에 활용이 가능할 것으로판단된다.

      • KCI등재

        암반에 설치된 현장타설말뚝의 극한선단지지력에 관한 연구

        정상섬,이재환,김도현 한국지반공학회 2013 한국지반공학회논문집 Vol.29 No.11

        The end bearing capacity of rock-socketed drilled shafts under axial loading is investigated by Hoek-cell tests anda numerical analysis. From the test results, it was found that the ultimate end bearing capacity (qmax) was influencedby pile diameter, rock mass modulus and the spacing of discontinuity. A new ultimate end bearing capacity methodis proposed by taking end bearing capacity influence factors, including rock mass discontinuity, based on field data. Through comparisons with other field data, the proposed qmax method represents a definite improvement in the predictionof ultimate end bearing capacity of rock-socketed drilled shafts. 본 연구에서는 Hoek-cell을 이용한 실내모형실험 및 개별요소해석을 수행하여 말뚝의 직경, 암반의 강도와 불연속면조건이 암반에 근입된 현장타설말뚝의 선단부 거동에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 통해 영향인자를 선정하였고,실제 현장재하시험 데이터베이스를 구축하여 암반근입 현장타설말뚝의 극한선단지지력 예측식을 제안하였다. 또한,제안된 극한선단지지력 산정식을 현장재하시험 결과와 비교・분석하여 그 적용성을 검증하였다. 그 결과, 시험말뚝이근입된 암반의 불연속면 특성을 고려하지 못하고 일축압축강도만을 이용하여 극한선단지지력을 예측하는 기존 제안식들이 일부 재하시험 결과를 과도하게 예측하는 데 비해, 본 연구의 제안식은 선단부 거동 영향인자를 반영하여,현장말뚝의 극한선단지지력을 적절히 예측하고 있음을 확인할 수 있었다.

      • KCI등재

        지반의 침식 및 연행작용을 고려한 토석류 해석 모델 제안

        정상섬,이광우,박현도 한국지반공학회 2016 한국지반공학회논문집 Vol.32 No.10

        A debris flow analysis model has been developed to simulate the erosion and entrainment of soil layer. Special attentionis given to the model which represents strength softening behaviour of soil layer due to velocity of deformation. The3D FE analysis by Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) model is conducted to simulate the debris flow. The modelis validated using published data on laboratory experiment (Mangeny et al., 2010). It has been definitely shown thatproposed model is in good agreement with the results of laboratory data. Futhermore, the FE analysis is conductedto ensure capability of simulating the real scale debris flow. The result of Ramian watershed, Korea shows that thedebris flow has increased the volume and speed and it is in good agreement with field investigation. Based on this,it is confirmed that proposed model shows good agreement of the behavior of the actual and analytical debris flow. "본 연구에서는 지반침식 및 연행작용을 고려한 토석류 해석을 위한 모델을 개발하였으며, 이를 대변형 3차원 유한요소 해석을 통해 거동을 분석하였다. 지반침식 및 연행작용을 고려한 토석류 해석 모델은 토석류에 의한 지반의 변형속도에 따른 전단강도 감소를 고려하였으며, 대변형 해석은 Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL)기법을 이용하였다. 모델의 적정성을 확인하기 위하여 지반침식 및 연행작용을 고려한 실내실험(Mangeny et al., 2010)을 모사하여 거동을비교하였으며, 또한 실제 발생한 우면산 래미안 유역의 토석류를 대상으로 연행작용을 고려한 해석과 고려하지 않은해석 결과를 비교함으로써 연행작용에 따른 토석류의 거동 및 피해영향 범위를 분석하였다. 그 결과, 실내 모형실험의결과를 적절히 모사할 수 있었으며, 실제 유역규모의 해석에서도 토석류의 흐름에 의해 원지반의 침식 및 연행작용을모사할 수 있었으며 연행작용으로 인해 유하부로 흘러내려오는 토석류의 체적과 속도가 증가하는 것을 확인하였다. 이로 인하여 본 연구에서 제안한 해석 모델은 지반의 침식 및 연행작용을 고려하여 토석류의 속도, 토석류의 규모및 피해 면적을 적절히 예측할 수 있을 것으로 판단된다."

      • KCI등재

        단일 현장타설말뚝의 가상고정점 설계를 보완한 상부기둥-하부말뚝 최적 길이비 분석

        정상섬,김재영,Jeong, Sangseom,Kim, Jaeyoung 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.5

        본 연구에서는 단일 현장타설말뚝의 가상고정점을 고려한 해석과 기둥-말뚝을 3차원 전체 모델링한 해석을 비교 분석하여 가상고정점 해석법의 적정성을 평가하였다. 또한, 말뚝 길이, 기둥 및 말뚝 직경, 철근비, 지반조건 등 주요 영향인자에 따라 단일 현장타설말뚝의 거동 평가를 수행하였으며, 이를 통해 가상고정점 해석을 보완한 최적 기둥-말뚝 길이비를 분석하였다. 본 연구결과, 가상고정점을 고려한 해석은 전체 모델링한 해석과 비교하여 침하량과 수평변위를 작게 예측하였으나, 반대로 축력과 휨모멘트는 가상고정점을 고려한 해석에서 크게 나타났다. 따라서 가상고정점을 통한 해석법은 실제 구조물 거동과 다른 단부조건으로 단일 현장타설말뚝의 정확한 거동을 파악하기엔 무리가 있음을 알 수 있었으며, 이에 단일 현장타설말뚝의 정확한 설계를 위해서는 3차원 전체 모델링한 해석이 필요한 것으로 판단되었다. 또한 본 연구에서는 하부 말뚝 길이와 말뚝의 허용 수평변위 관계를 통해 최적 기둥-말뚝 길이비를 분석하였으며, 이를 통해 가상고정점을 고려한 설계를 다소 보완한 경제적이고 개선된 단일 현장타설말뚝 설계를 수행할 수 있을 것으로 기대되었다. In this study, the virtual fixed point analysis and 3D fully modeling analysis for bent pile structures are conducted by considering various influencing factors and the applicability of the virtual fixed point theory is discussed. Also, the optimized column-pile length ratio is analyzed for supplementing virtual fixed point design and examining a more exact behavior of bent pile structures by taking into account the major influencing parameters such as pile length, column and pile diameter, reinforcement ratio and soil conditions. To obtain the detailed information, the settlement and lateral deflection of the virtual fixed point theory are smaller than those of 3D fully modeling analysis. On the other hand, the virtual fixed point analysis overestimates the axial force and bending moment compared with 3D fully modeling analysis. It is shown that the virtual fixed point analysis cannot adequately predict the real behavior of bent pile structures. Therefore, it is necessary that 3D fully modeling analysis is considered for the exact design of bent pile structures. In this study, the emphasis is on quantifying an improved design method (optimized column-pile length ratio) of bent pile structures developed by considering the relation between the column-pile length ratio and allowable lateral deflection criteria. It can be effectively used to perform a more economical and improved design of bent pile structures.

      • KCI등재

        현장 계측을 통한 말뚝지지 전면기초의 하중분담률 분석

        정상섬,이준환,박종전,노양훈,홍문현,Jeong, Sang-Seom,Lee, Jun-Hwan,Park, Jong-Jeon,Roh, Yang-Hoon,Hong, Moon-Hyun 한국지반공학회 2017 한국지반공학회논문집 Vol.33 No.8

        본 연구에서는 말뚝지지 전면기초의 하중분담률 및 거동분석을 위해 시공단계 별 현장계측을 수행하였다. 현장계측은 시공시작일 부터 약 300일 동안 수행되었으며, 사용된 말뚝지지 전면기초는 $3.1m{\times}3.1m$ 크기의 전면기초와 길이 23m 직경 0.508m의 매입말뚝 5본이 시공되었다. 현장계측을 통해 시공단계에 따라 말뚝지지 전면기초의 하중-침하량 관계를 확인할 수 있었고, 극한하중조건에서 말뚝의 하중분담률은 약 70%에 수렴하였다. 기초의 침하량이 증가함에 따라 말뚝의 하중분담률이 증가하는 경향을 보였으며, 이는 하부 지반인 풍화토의 주면마찰력이 크게 영향을 주었기 때문으로 판단된다. 현장계측 결과를 이용하여 하중전이분석을 수행하였으며, 이를 통해 말뚝-지반 사이의 비선형 하중전이곡선을 산정하고 하중전이기법을 이용한 수치해석 결과에 적용하였다. In this study, field measurements were investigated to analyze the load sharing ratio and behavior of piled raft foundation. The field measurements were performed for about 300 days from the start of construction. The geometry of the raft is $3.1m{\times}3.1m$, and the pre-cast and pre-bored pile is 23 m in length and 0.508 m in diameter. Based on the field measurements, the load-settlement relationship of the piled raft foundation was obtained, and the load sharing ratio of the pile was converged to 70% at ultimate loading condition. The load sharing ratio of the pile increased as the settlement increased, and this is because the surface friction of the weathered soil, which is at the lower ground, was significantly increased. Based on the results of the field measurements, load transfer curves were obtained and applied to a numerical analysis by using load transfer method.

      • KCI등재

        Estimation of the Load Sharing Ratio of Pre-installed Columns in Top-Down Buildings on Korean Rock

        정상섬,김도현 대한토목학회 2018 KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING Vol.22 No.12

        The estimation of the load sharing ratio of the pre-installed column in typical top-down method building was carried out using three dimensional finite element analysis. The main focus was on quantifying the apparent load sharing ratio of the prebored and precast pile – which is the common form of a pre-installed column – throughout the construction process. Additional parametric study was conducted based on series of numerical analysis with special attention given to the pile load sharing ratio under different pile array, pile embedded length, structure height and rock type. Moreover, the load sharing ratio of a single pile was investigated based on the relative location of the pile in the raft (footing). The numerical model was verified based on the field data of two actual construction site using the prebored and precast pile and the top-down method. Based on the analysis results, it was shown that the pre-installed columns of top-down method building is capable of supporting a notable portion of the structural load throughout the construction process. Furthermore, it was also shown that the pile near the center of the raft carried more structure load compared to the piles in the side and the corner.

      • KCI등재

        수직증축 공동주택 하부 기존말뚝의 열화를 고려한 축강성 제안

        정상섬,김도현,조현철 한국지반공학회 2019 한국지반공학회논문집 Vol.35 No.12

        In this study, the axial stiffness of existing piles (Kve) of vertical extension remodeled building was quantified through theoretical and experimental approaches. Theoretically induced upper and lower boundary of the pile axial stiffness was estimated by using the formula proposed by Randolph and Wroth (1978), which can estimate the axial stiffness of rigid and flexible pile subjected under soil confinement. In addition, 38 cases of field measurement data on deteriorated piles with various diameters constructed in the period between 1995 – 1997 were taken in to account by overlapping the field data with the theoretical boundary of the axial stiffness. Through this the maximum axial stiffness of existing pile due to deterioration and long service time was presented for various slenderness ratio (L/D), which can be used in estimating the necessary axial stiffness of reinforcing piles(Kvr) for the vertical extension remodeling. The lower 95% value of the estimated axial stiffness of existing pile will be induced through statistical processing. 본 연구에서는 수직증축 구조물의 기존말뚝의 축강성(Kve)을 이론적인 접근과 현장 계측 결과를 바탕으로 추정하였다. 이론적인 접근에는 Randolph와 Wroth(1978)가 제안한 축강성 공식을 적용하여, 지중에 설치된 강성 및 연성말뚝의 세장비(L/D)에 따른 축강성의 범위를 도출하였다. 여기에, 1995 – 1997년 사이에 설치된 38본 말뚝의 계측된 시공 당시 축강성을 이론적으로 도출한 축강성 범위에 중첩해서 고려하였다. 이를 통하여, 노후화와 열화에 의하여 감소한 기존말뚝의 축강성의 최대값을 세장비에 따라 제안하였고, 도출된 값을 통계적인 기법을 통하여 상위 95% 값을 제안하여 신설 보강말뚝 설계 시 필요한 최소 축강성(Kvr)을 산정하는 데에 활용할 수 있도록 하였다.

      • KCI등재

        항타시공성을 고려한 대구경 항타강관말뚝의 폐색효과 분석(CEL해석)

        정상섬,송수민,고준영 한국지반공학회 2017 한국지반공학회논문집 Vol.33 No.12

        This paper presents the analysis of plugging effect especially when the large diameter steel pipe pile was installedby considering driveability (BPM, blow per meter). The Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) technique was used tosimulate the driving of open-ended piles into soil. To consider the driveability, the applied driving energy for each pilewas obtained from the analysis results by using the wave equation. The parametric studies were performed for differentpile diameters, penetration depths of pile, soil elastic modulus and BPM. It was found that the SPI is almost constantwith increasing both the pile diameter and the required driving energy. It is also found that the plugging effect increaseswith increasing the pile length, resulting in the increase of lateral earth pressure. Based on this study the apparentmagnitude and distribution of the lateral earth pressure is proposed for inside portion mobilizing soil plug. 본 연구에서는 항타시공성(BPM, blow per meter)을 고려하여 대구경 항타강관말뚝을 시공하였을 때 발생하는 폐색효과를 분석하였다. Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)해석 시 적용된 항타에너지는 파동방정식을 이용하여 산정하였고, CEL 대변형 3차원 유한요소 해석을 수행하여 말뚝 항타시공 과정을 모사하였다. 본 연구 결과, 말뚝 직경이 증가함에 따라 목표 깊이까지 소요되는 항타에너지는 증가(일정한 BPM인 경우에 해당함) 하였으며, 그 결과 soil pluggingindex(SPI)는 서로 유사하게 나타나지만 폐색효과는 감소함을 알 수 있었다. 또한, 말뚝의 근입 깊이가 증가할수록SPI는 서로 유사한 값을 나타냈으나 관내토에서 발생하는 수평토압이 증가하게 되어 폐색효과는 오히려 증가하는것으로 나타났다. 본 연구결과, 폐색효과의 대표적 영향인자인 말뚝 직경, 말뚝 근입 깊이, 지반 탄성계수, BPM에따른 관내토의 수평토압계수 분포 경향을 제안하였다.

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