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모래지반에서 팽창각에 따른 연속기초와 원형기초의 지지력계수 N<sub>γ</sub>와 형상계수에 대한 수치해석 연구
김동준,윤준웅,지성현,최재형,이진선,김동수,Kim, Dong-Joon,Youn, Jun-Ung,Jee, Sung-Hyun,Choi, Jaehyung,Lee, Jin-Sun,Kim, Dong-Soo 한국지반공학회 2014 한국지반공학회논문집 Vol.30 No.1
모래지반의 지표면에 위치한 거친 바닥면을 가진 강체 연속기초와 원형기초에 대하여 수치해석을 이용하여 팽창각 변화에 따른 지지력계수 $N_{\gamma}$와 형상계수를 구하였다. 양해법(explicit method)에 기반한 유한차분해석을 이용하여 지지력계수를 산정하기 위한 수치모델과 해석절차를 개발하고, Mohr-Coulomb 소성모델을 이용하여 다양한 내부마찰각(${\phi}$)과 팽창각(${\psi}$) 범위에 대하여 지지력계수를 도출하였다. 팽창각이 감소됨에 따라 지지력도 감소하는 것으로 나타났으며, 보편적인 지지력계수 제안식들이 가정하고 있는 관련흐름법칙(associated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}={\phi}$)를 기준으로 비관련흐름법칙(nonassociated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}$ < ${\phi}$)의 상대적인 지지력 비율을 산출하였고, 일반적인 모래에 대한 관계식을 제안하였다. 원형기초의 형상계수는 연속기초의 평면변형률 조건의 고려 여부에 따라 크게 변하였으며, 평면변형률 조건을 고려하여 내부마찰각을 증가시킨 경우가 기존의 실험 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 형상계수 제안식들의 경향이 차이를 나타내는 원인에 대하여 고찰하고 설계시 적용 방안을 제시하였다. Bearing capacity factor $N_{\gamma}$ and shape factor were studied for rigid strip and circular footings with a rough base on sand by numerical modelling considering the effect of dilation angle. The numerical model was developed with an explicit finite difference code. Loading procedures and interpretation methods were devised in order to shorten the running time while eliminating the exaggeration of the reaction caused by the explicit scheme. Using the Mohr-Coulomb plasticity model with associated (${\psi}={\phi}$) and nonassociated (${\psi}$ < ${\phi}$) flow-rules, the bearing capacity factor $N_{\gamma}$ was evaluated for various combinations of internal friction angles and dilation angles. Bearing capacity factor decreased as the dilation angle was reduced from the associated condition. An equation applicable to typical sands was proposed to evaluate the relative bearing capacity for the nonassociated condition compared to the associated condition on which most bearing capacity factor equations are based. The shape factor for the circular footing varied substantially when the plane-strain effect was taken into account for the strip footing. The numerical results of this study showed closer trends with the previous experimental results when the internal friction angle was increased for the strip footing. Discussions are made on the reason that previous equations for the shape factor give different results and recommendations are made for the appropriate design shape factor.
해수의 영향에 따른 이수식 TBM의 슬러리 관리를 위한 기초적 연구
김대영,이재원,정재훈,강한별,지성현,Kim, Dae-Young,Lee, Jae-won,Jung, Jae-Hoon,Kang, Han-Byul,Jee, Sung-Hyun 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.3
벤토나이트는 물과 접촉하면 팽창하고 점성을 발휘하는 성질이 있어 일반적으로 차수가 필요한 토목공사에 많이 활용되고 있다. 이수식 TBM에서는 이와 같은 성질을 활용하여 가압된 슬러리로 불투수성 막을 형성하고 굴착벽면의 붕괴를 방지하는 동시에 굴착된 버력을 운송하며 굴착을 수행한다. 하지만 벤토나이트는 해수와 접촉할 경우 팽창성이 저하되어 그 성질을 발휘하지 못하는 문제가 있다. 이는 해수 조건에서 이수식 TBM으로 터널을 굴착할 시 지하수 유입 증가로 인한 굴착 안정성 및 버력 배출에 문제를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 이수식 TBM으로 터널을 굴착 시 해수의 유입으로 인한 슬러리의 상태변화를 살펴보고 이에 대응하기 위한 슬러리 관리방안을 제시 하였다. 이를 위해 현장에서 적용된 슬러리 품질관리 기준을 바탕으로 실내 시험을 수행하였으며, 해수의 영향이 있는 현장에 적용 할 수 있는 방안을 제시하였다. Bentonite swells when it comes into contact with water and makes it a viscous fluid. Thus it is widely used in civil engineering works for waterproofing. Utilizing the properties of bentonite, the slurry shield TBM supports excavated face with pressurized slurry as well as transporting excavated muck. When bentonite is in contact with seawater, due to the change of double layer thickness, its expandability and viscosity are lowered. This may cause problems for excavation stability and muck discharge due to the increase of sea water inflow when Slurry TBM is used under sea water conditions. In this study, the change of slurry condition caused by the inflow of sea water during tunnel excavation with Slurry TBM was investigated and a slurry management guideline was proposed. For this purpose, a laboratory test was carried out based on the slurry management criterions applied in the field, and a method applicable to the field where sea water is affected has been proposed.
김대영,에브라힘,정재훈,이재원,지성현,Kim, Dae-Young,Farrokh, Ebrahim,Jung, Jae-Hoon,Lee, Jae-Won,Jee, Sung-Hyun 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.3
암반용 TBM 공사에서 디스크 커터의 마모도 예측은 설계 및 시공 단계에서 정확한 공사비와 공사기간을 추정하는데 중요한 요소이다. 디스크 커터 마모도 예측에 널리 사용되고 있는 방법으로는 CSM 모델, 노르웨이 NTNU 모델, Gehring 모델이 있으며, 이들 모델은 각각 세르샤 시험, NTNU 시험 결과로부터 도출된 디스크 커터의 마모지수와 수명 지수를 활용하고 있다. 세르샤 시험은 금속 핀을 이용하여 일방향으로 마모를 발생 시키기 때문에 광물 입자크기나 암석의 이방성에 따라 결과의 편차가 큰 것으로 조사되었다(SINTEF, 2013). 한편, NTNU 시험의 경우에 시료 성형을 위한 사전 작업이 필요하기 때문에 수행 완료까지 2~3일의 기간이 소요된다. 본 연구에서는 금속 디스크의 회전과 이와 직교되는 방향으로 이동하면서 양방향 마모를 발생시켜 마모시험 결과의 편차를 줄이고, NTNU 시험 대비 별도의 시료성형이 필요 없어 소요 시간을 1~2시간으로 단축할 수 있는 새로운 디스크 커터 마모도 예측시험과 이를 이용한 마모지수를 제안하였다. 제안된 마모 지수는 동일 암석을 이용한 세르샤 시험과 NTNU 시험결과와 비교하여 높은 상관관계를 갖는 것으로 나타났다. 또한 국내 외 TBM 현장의 암석 시편을 이용하여 시험결과와 현장의 실제 디스크 커터 마모량을 비교 검증하였으며, 95%의 높은 결정계수를 확인하였다. NAT 시험은 신속하게 시험 수행이 가능하고, 시험 결과로부터 제안된 마모지수가 높은 신뢰수준을 보이는 것으로 판단되어 향후 활용도가 높을 것으로 기대한다. Wear prediction of TBM disc cutters is a very important issue for hard rock TBMs as number of cutter head intervention. In this regard, some model such as NTNU, Gehring model, CSM models have been used to predict disc cutter wear and intervention interval. There are some deficiencies in these models. This paper developed a new test method for wear prediction for TBM disc cutter and proposed a new abrasion index. In this regard, different abrasivity indices along with their testing methods are explained. A comparative study is performed to develop the predictability of different cutter life evaluation methods and index. The evaluation of the new methods proposed in this paper shows a very good agreement with the actual cutter life and intervention interval length. The proposed tester and index can be easily used to predict the intervention interval length and cutter wear evaluation in both planning and construction stages of a TBM tunneling project.
모래지반에서 원형기초의 수직-모멘트 조합하중 지지력과 편심계수에 대한 수치해석 연구
김동준(Kim, Dong-Joon),윤준웅(Youn, Jun-Ung),지성현(Jee, Sung-Hyun),추연욱(Choo, Yun Wook) 한국지반공학회 2014 한국지반공학회논문집 Vol.30 No.3
For circular rigid footings with a rough base on sand, combined vertical - moment loading capacity was studied by three-dimensional numerical modelling. Mohr-Coulomb plasticity model with the associated flow-rule was used for the soil. After comparing the results of the swipe loading method, which can construct the interaction diagram with smaller number of analyses, and those of the probe loading method, which can simulate the load-paths in the conventional load tests, it was found that both loading methods give similar results. Conventional methods based on the effective width or area concept and the results by eccentricity factor (e<sub>r</sub>) were reviewed. The results by numerical modelling of this study were compared with those of previous studies. The combined loading capacity for vertical (V) - moment (M)loading was barely affected by the internal friction angle. It was found that the effective width concept expressed in the form of eccentricity factor can be applied to circular footings. The numerical results of this study were smaller than the previous experimental results and the differences between them increased with the eccentricity and moment load. Discussions are made on the reason of the disparities between the numerical and experimental results, and the areas for further researches are mentioned.
오영인(Young In Oh),김정한(Jeong-Han Gim),강정구(Jeong Gu Kang),지성현(Sung Hyun Jee) 한국토목섬유학회 2007 한국토목섬유학회 학술발표회 Vol.2007 No.11
최근 틀어 국내·외적으로 지오텍스타일 튜브, 지오텍스타일 컨테이너 등과 같은 토목섬유 내에 토사를 채워 구조물을 축조하는 지오텍스타일 컨테인먼트(Geotextile Containment) 복합 구조물의 활용이 증가하고 있다. 국내의 경우, 적용 초기 단독구조물로서 해안침식방지를 위한 이안제형 잠제로 활용되었으며, 복합 다단 구조물로는 일산대교, 인천대교와 같이 공사용 가도제방으로 적용된 바 있다. 또한 새만금 방조제 축조공사 시 매트리스 형태의 토목섬유/골재 필터공으로 시공되었으며, 현재 부산 신항 준설투기장 제방은 시공 중에 있다. 국외의 경우, 이미 국내보다 빠르게 다양한 적용과 그 활용분야가 급격히 증가하고 있으며, 본 연구에서는 싱가포르 파시르 판장 터미널 건설공사현장의 지오텍스타일 컨테인먼트 제방의 설계사례를 소개한다. 본 연구대상 지오텍스타일 컨테인먼트 제방은 컨테이너와 튜브의 복합구조물이며, 폭 약 90.0m, 최대높이 27.5m의 대형제방으로 현재까지 적용된 사례 중 가장 큰 구조물이다.
모래지반에서 팽창각에 따른 연속기초와 원형기초의 지지력계수 N<sub>y</sub>와 형상계수에 대한 수치해석 연구
김동준(Kim, Dong-Joon),윤준웅(Youn, Jun-Ung),지성현(Jee, Sung-Hyun),최재형(Choi, JaeHyung),이진선(Lee, Jin-Sun),김동수(Kim, Dong-Soo) 한국지반공학회 2014 한국지반공학회논문집 Vol.30 No.1
Bearing capacity factor Nγ and shape factor were studied for rigid strip and circular footings with a rough base on sand by numerical modelling considering the effect of dilation angle. The numerical model was developed with an explicit finite difference code. Loading procedures and interpretation methods were devised in order to shorten the running time while eliminating the exaggeration of the reaction caused by the explicit scheme. Using the Mohr-Coulomb plasticity model with associated (Φ=Ψ) and nonassociated (Φ<Ψ) flow-rules, the bearing capacity factor N, was evaluated for various combinations of internal friction angles and dilation angles. Bearing capacity factor decreased as the dilation angle was reduced from the associated condition. An equation applicable to typical sands was proposed to evaluate the relative bearing capacity for the nonassociated condition compared to the associated condition on which most bearing capacity factor equations are based. The shape factor for the circular footing varied substantially when the plane-straineffect was taken into account for the strip footing. The numerical results of this study showed closer trends with the previous experimental results when the internal friction angle was increased for the strip footing. Discussions are made on the reason that previous equations for the shape factor give different results and recommendations are made for the appropriate design shape factor.