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        하중 및 기초조건에 따른 GCP 복합지반의 거동분석

        김경업(Gyeong-Eop Kim),박경호(Kyung-Ho Park),김대현(Dae-Hyeon Kim) 한국지반신소재학회 2018 한국지반신소재학회 논문집 Vol.17 No.1

        쇄석다짐말뚝(Gravel Compaction Pile, 이하 GCP)는 느슨한 사질토지반이나 연약한 점토지반에 쇄석을 다지고 압입하여 원지반에 말뚝을 조성함으로써 지반을 개량하는 공법이다. 국내 GCP공법은 많은 연구자들이 실내실험, 현장실험 등을 이용해 GCP 복합지반의 응력거동을 분석하였으나, GCP 복합지반의 상부에 재하되는 매트기초의 강성 차이에 따른 거동분석은 다소 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수치해석을 통해 기초의 강성 차이에 따라 응력분담비를 규명하고자 하였다. 이를 위해 유한요소 해석프로그램인 ABAQUS를 이용하여 치환율을 변화시켜 모델링하고, 강성 차이에 따라 복합지반의 응력분담비와, 침하량 및 최대 수평변위량을 분석하였다. 분석 결과, 강성기초의 하중재하시 응력분담비는 연성기초의 하중재하보다 높게 평가되었으며, 연성하중재하조건에서의 침하량은 강성조건에서 보다 다소 높은 경향이 나타났다. 이는 상부기초의 강성차이에 대한 응력거동 특성을 명확히 규명해야 할 필요성이 있다고 판단된다. 또한, 최대 수평변위는 강성의 차이에 상관없이 일정한 위치에서 최대 변위가 발생하였다. Gravel Compaction Pile (hereinafter referred to as GCP) is a ground improvement technique by packing crushed stones on fragile clay ground, pressing it, and forming stakes on the foundation. Although many researchers have analyzed stress behavior of GCP composite ground on domestic GCP technique using laboratory experiment and field experiment, analyses of stress behavior according to the difference of stiffness of mat foundation loaded on the upper foundation of GCP composite ground have not been done actively. Therefore, this study aimed to identify the stress concentration ratio in accordance with the difference of basis stiffness by interpreting figures. To perform this, replacement ratio was changed and modelled using ABAQUS, software for finite element analysis and analyzed the stress concentration ratio, amounts of settlement, and maximum amounts of horizontal displacement of composite ground in accordance with the difference of stiffness. An analysis showed that the stress concentration ratio of rigid foundation was highly assessed than unloading of flexible foundation in case of unloading, while amounts of settlement under flexible unloading condition were slightly higher than under rigid condition. This indicates that the characteristic of stress behavior on the different stiffness of upper foundation needs to be clarified. In addition, the maximum horizontal displacement was generated in a constant level regardless of the difference of stiffness.

      • KCI등재

        현장모형실험 기반 표층거동분석을 통한 사면붕괴 예측

        박성용(Sung-Yong Park),민연식(Yeon-Sik Min),강민서(Min-seo Kang),사미 플림반(Ghazali-Flimban Sami),김용성(Yong-Seong Kim),정희돈(Hee-Don Jung) 한국지반신소재학회 2017 한국지반신소재학회 논문집 Vol.16 No.3

        최근 발생하고 있는 자연재해 중 산사태와 관련된 재해는 막대한 인명과 재산피해를 발생시키고 있다. 지속적으로 발생하고 있는 산사태로 인한 피해를 최소화하기 위해서는 계측, 모니터링 시스템 등 관련 기술에 대한 과학적 관리체계가 필요하다. 본 연구는 사면붕괴 예측을 통한 산사태 피해저감을 위한 관리체계 확립을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 산사태 발생시 지반거동을 예측하기 위한 표층지반변형률 봉을 제작하고, 사면 붕괴전조로서 변형률 증가를 관측하였다. 그 결과, 사면 붕괴시 지반의 변형은 붕괴 전조 구간, 변형 가속 구간, 변형 급가속 구간을 거친 후 붕괴에 이르는 것으로 나타나, 붕괴 전조예측과 상관관계가 있는 것으로 판단된다. 모든 조건에서 사면붕괴 전조로서 시간에 따른 변위량의 증가가 공통적으로 관측되었으며, 이는 붕괴위험 사면의 계측 및 유지관리 관점에서 대단히 중요한 현상으로 판단된다. 산사태 발생에 따른 지반변위는 향후 지속적 연구를 통해 사면붕괴예측 및 계측관리기준의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료되며, 산사태 피해저감 및 계측산업 활성화에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. Recently, one of the natural disasters, landslide is causing huge damage to people and properties. In order to minimize the damage caused by continuous landslide, a scientific management system is needed for technologies related to measurement and monitoring system. This study aims to establish a management system for landslide damage by prediction of slope failure. Ground behavior was predicted by surface ground deformation in case of slope failure, and the change in ground displacement was observed as slope surface. As a result, during the slope failure, the ground deformation has the collapse section, the after collapse precursor section, the acceleration section and the burst acceleration section. In all cases, increase in displacement with time was observed as a slope failure, and it is very important event of measurement and maintenance of risky slope. In the future, it can be used as basic data of slope management standard through continuous research. And it can contribute to reduction of landslide damage and activation of measurement industry.

      • KCI등재

        연약지반에 적용된 변단면 연약지반보강기초의 거동분석

        김기웅(Khi-Woong Kim),김동욱(Dong-Wook Kim),조명수(Myoung-Su Jo) 한국지반신소재학회 2016 한국지반신소재학회 논문집 Vol.15 No.4

        인천 ○○지역의 연약지반에 시공된 변단면 연약지반보강기초(Variable cross-section soft ground reinforced foundation)의 연직압축거동을 분석하였다. 변단면 연약지반보강기초는 원지반과 고화재를 혼합교반하여 형성되는 고형체의 높은 강성과 강도를 이용하여 상부구조물로부터 유발되는 연약하중을 효과적으로 저항하기 위하여 시공된다. 변단면 연약지반보강기초는 군말뚝 형식으로 시공이 되는데, 정확한 연직거동을 알기 위하여 1 개소의 기초에 대한 연직재하시험을 수행하였다. 변단면 연약지반보강기초의 거동을 일반적인 깊은 기초의 거동과 비교하기 위하여 유사한 천층지반조건에 시공된 PHC 파일의 재하시험 결과와 비교하여 재하하중에 따른 침하량 및 하중전이 거동특성을 분석하였다. 연직재하시험결과를 비교분석하였다. 변단면 연약지반보강기초는 제한된 범위의 연직하중에 대하여 천층에서도 효율적으로 저항하는 것으로 분석되었다. Compressive axial behavior of the variable cross-section soft ground reinforced foundation is investigated from the field load test results at ○○ construction site in Incheon city. Variable cross-section soft ground reinforced foundation is a type of partial-displacement pile formed by mixing bidding material with in situ soils to obtain a rigid and strong variable cross-section column in a relatively soft ground. The foundations are usually constructed as a group; however in this study, only single foundation was installed and tested under compressive axial load on foundation head. For the comparison of the variable cross-section soft ground reinforced foundation axial behavior, behavior of typical Pretensioned spun high strength concrete (PHC) pile constructed on a relatively soft ground near the surface was analyzed. It was concluded that variable cross-section soft ground reinforced foundation efficiently resists against axial load with sufficient stiffness and strength within a considerable range of axial load magnitude.

      • KCI등재

        개별요소해석을 이용한 지반공동부 주입시스템 분석

        한중근(Jung-Geun Han),김영호(Young-Ho Kim),유승경(Seung-Kyong You),정다솜(Da-Som Chung) 한국지반신소재학회 2018 한국지반신소재학회 논문집 Vol.17 No.1

        도심지에서 발생하고 있는 지반공동은 점차 증가하고 있는 추세이다. 그러나 지하에는 지하철 및 상하수도 관거, 통신시설등 많은 구조물과 지하매설물이 복잡하게 상존하기 때문에 지반함몰이 발생할 경우 그 피해규모가 크고, 복구를 하는데 있어 시간적 · 경제적으로 큰 어려움이 따른다. 이에 지반공동을 보다 신속하게 복구하기 위한 새로운 방법으로 수용성 폴리머 기반의 무기질계 혼화재를 개발한 바 있고, 개발 보강재를 효율적으로 공동 내부에 주입할 수 있도록 하는 주입시스템 구축이 필요하다. 구축하고자 하는 주입시스템은 비개착식이고 별도의 플랜트 설치를 필요로 하지 않아 시간적 · 경제적으로 유리하며 공압을 이용하여 보강재를 공동내부에 빠르게 충전시킬 수 있어 지반함몰 발생 시 긴급복구를 가능하게 해주는 기술이라고 할 수 있다. 주입시스템 구축을 위해 충전속도 및 충전율 등을 실험을 통해 평가하였고 개별요소해석 프로그램(EDEM)을 이용한 시뮬레이션을 통해 지반 및 주변의 다양한 조건에서도 가능한 충전양상을 확인할 수 있었다. The ground cavity occurring in the downtown area is on the increase. However, when ground subsidence is occurred or a cavity that causes it to occur is found, time and economic difficulties are follwed in recovery. In advance, this study conducted to develop filling system for reinforcement material which is consist of polymer pouch and admixture as a new filler material. We developed a polymer pouch that is water soluble in the precedent study. Since the filling system is trenchless method and don’t need any plant, it has time and economic benefits. This system uses air pressure to filling out cavity in a short time. We estimate this system with respect to filling speed and filling ratio by model experiment. In addition, we could confirm various filling condition using DEM Analysis. So, we could develop filling system and analysis it.

      • KCI등재

        강재면과 사질토 사이의 경계면 마찰각 예측식 개발 및 불확실성 평가

        이기철,김소연,김동욱 한국지반신소재학회 2018 한국지반신소재학회 논문집 Vol.17 No.2

        Characteristics of interface friction between cohesionless soils and geotechnical structure surfaces play an important role in the analysis of earth load and resistance on the structure. In general, geotechnical structures are mainly composed of either steel or concrete, and their surface roughnesses with respect to soil particle sizes influence the interface characteristics between soils and the structures. Accurate assessment of the interface friction characteristics between soils and structures is important to ensure the safety of geotechnical structures, such as mechanically stabilized earth walls reinforced with inextensible reinforcements, piles embedded into soils, retaining wall backfilled with soils. In this study, based on the database of high quality interface friction tests between frictional soils and solid surfaces from literature, equation representing peak interface friction angle is proposed. The influential factors of the peak interface friction angle are relative roughness between soil and solid surface, relative density of frictional soil, and residual (constant volume) interface friction angle. Futhermore, for the developed equation of the interface friction angle, its uncertainty was assessed statistically based on Goodness-of-fit test results. 지반구조물에서는 흙과 구조물 사이의 상호 마찰 특성이 구조물에 작용하는 하중과 저항 분석에 큰 영향을 미친다. 일반적으로지반구조물의 주재료로서 콘크리트 또는 강재가 많이 사용되며, 흙 입자 크기와 비교하여 마찰면의 거칠기 정도에 따라 경계면마찰 특성이 큰 차이를 보인다. 특히 비신장성 보강재를 사용하는 보강토 옹벽, 말뚝 주면, 옹벽면 등의 지반구조물에 대해서는흙과 구조물 사이의 마찰특성을 합리적으로 분석하여 구조물의 안전성을 확보하여야 한다. 구조물면과 사질토 사이의 마찰특성에 대하여 보다 정확한 예측식을 제시하고 이 예측식이 가지고 있는 불확실성을 제시하는 것은 지반-지반구조물의 신뢰성분석에 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 기존 양질의 연구 문헌들에 보고된 흙과 거칠기가 다른 면 사이의 마찰실험결과를분석하여, 강재와 사질토 사이의 첨두 경계면 마찰각을 구하는 식을 제안하였다. 첨두 경계면 마찰각을 결정하는 주요인자는경계면의 상대조도, 흙의 상대밀도, 구속압, 한계상태 경계면 마찰각이다. 본 연구에서 개발한 첨두 경계면 마찰각 예측식에대한 불확실성을 통계적으로 Goodness-of-fit 시험 결과를 반영하여 평가하였다.

      • KCI등재

        지중 내 공동 확장에 따른 이완영역 확인을 위한 실험적 연구

        김영호,김호연,김연삼,유승경,한중근 한국지반신소재학회 2017 한국지반신소재학회 논문집 Vol.16 No.4

        Recently, there have been frequent occurrences of ground sink in the urban area, which have resulted in human and material damage and are accompanied by economic losses. This is caused by artificial factors such as soil loss, poor compaction, horizontal excavation due to the breakage of the aged sewage pipe, and lack of water proof at vertical excavation. The ground sink can be prevented by preliminary restoration and reinforcement through exploration, but it can be considered that it is not suitable for urgent restoration by the existing method. In this study, a model experiment was carried out to simulate the in-ground cavities caused by groundwater flow for developing non-excavation urgent restoration in underground cavity and the range of the relaxation zone was estimated by detecting the around the cavity using a relaxation zone detector. In addition, disturbance region and relaxation region were separated by injecting gypsum into cavity formed in simulated ground. The shape of the underground cavity due to the groundwater flow was similar to that of the failure mode III formed in the dense relative density ground due to water pipe breakage in the previous study. It was confirmed that the relaxed region detected using the relaxation zone detector is formed in an arch shape in the cavity top. The length ratio of the relaxation region to the disturbance region in the upper part of the cavity center is 2: 1, and it can be distinguished by the difference in the decrease of the shear resistance against the external force. In other words, it was confirmed that the secondary damage should not occur in consideration of the expandability of the material used as the injecting material in the pre-repair and reinforcement, and various ground deformation states will be additionally performed through additional experiments. 최근 도심지에서 인적, 물적 피해를 초래하여 경제적 손실을 수반하는 지반함몰이 빈번히 발생하고 있다. 이는 노후화된 상하수관거의 파손으로 인한 토사유실, 다짐불량, 수평굴착, 수직굴착시 토류벽 차수미흡 등 인위적 요인에 의하여 대다수 발생한다. 지반함몰은 탐사를 통하여 사전 복구 및 보강을 통해 예방이 가능하지만 현존하는 공법으로는 긴급복구에 적용하기에어려움이 있다. 본 연구에서는 비개착식 지반공동 긴급복구 기술 개발을 위해 지하수흐름에 의한 지중 내 공동을 모사하는 모형실험을 진행하였으며, 조성된 공동 주변을 자체제작한 이완영역탐지기를 이용하여 탐지하므로써 이완영역 범위를 추정하였다. 또, 모사지반내 형성된 공동에 석고를 주입함으로써 교란영역과 이완영역을 구분하였다. 지하수 흐름에 의한 지중 공동의 형상은 선행연구 되었던 상수관거 파손시 내부 압력에 의해 조밀한 상대밀도의 지반에서 조성된 파괴모드III와 유사하였으며, 이완영역탐지기를 이용하여 탐지된 공동은 상부에서 아칭형태로 형성됨을 확인 할 수 있었다. 또한, 지반에서 공동 중심상부에서 이완영역과 교란영역의 길이비는 2:1로 형성되며, 외력에 대한 전단저항력의 감소의 차이인해 구분될 수 있음을확인하였다. 즉, 사전보수 및 보강시 주입재로 사용되는 재료의 팽창성을 고려하여 2차 피해가 발생되지 않도록 주의해야함을확인 할 수 있었으며, 추후 추가적인 실험을 통하여 다양한 지반변형 상태를 추가로 실시할 예정이다.

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        실내모형실험과 개별요소법을 이용한 지반 공동 및 이완영역 모사에 관한 연구

        김주봉(Joo-Bong Kim),유승경(Seung-Kyong You),한중근(Jung-Geun Han),홍기권(Gi-Gwon Hong),박종범(Jong-Beom Park) 한국지반신소재학회 2017 한국지반신소재학회 논문집 Vol.16 No.2

        지반함몰의 발생은 하수관 파손으로 인한 토사유실이 주원인으로써 그 대책을 수립하기 위해서는 공동과 이완영역의 발생, 주변 지반의 거동을 이해하여야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 지중 하수관의 파손으로 인한 지반함몰 메커니즘 분석을 위해 실내모형실험과 개별요소 수치해석을 실시하였다. 실내모형실험에서는 알루미늄 봉과 트랩도어를 이용하여 모형지반의 거동을 모사하였고, 개별요소 수치해석은 모형실험과 동일한 경계조건으로 수행하여 그 결과를 모형실험 결과와 비교분석 하였다. 모형실험 및 개별요소 결과로부터 토사유실로 인한 공동과 이완영역의 형상 및 규모를 파악하였으며, 공동 주변 지반의 간극비 분포 특성 및 이완정도를 파악할 수 있었다. Ground subsidence mainly occurs due to the soil wash-away caused by cracked sewer pipes. It is necessary to understand the behavior surrounding soils with the formation of cavity and relaxation zone to set up counterplan. In this paper, a series of laboratory model tests and numerical analyses (Discrete Element Method) were performed to investigate the ground subsidence mechanism due to sewer pipe damage. For model tests, aluminum rod and trap door were used to simulate the behavior of model ground. Test results were compared with the numerical analyses conducted under the same boundary conditions with model tests. From this study, it was investigated the shape and size of cavity and relaxation zone due to the soil wash-away and a void ratio distribution of surrounding soils with relaxation properties.

      • KCI등재

        근접장 굴착진동이 도시철도 구조물에 미치는 동적영향 연구

        한우진,장승주,배상수,장승엽,방명석 한국지반신소재학회 2022 한국지반신소재학회 논문집 Vol.21 No.4

        In the excavation work like blasting/excavator work bordering on the urban railway, the dynamic safety of railway structures like tunnel, open-cut box structure and elevated bridge was investigated by numerical analysis in this study. The practically presented criteria on influential zones at the blasting work in the construction industry was numerically checked in cases of the precise vibration-controlled blasting (type II) and the small scale vibration-controlled blasting (type III) and it was shown that the criteria on blasting work methods needed to be supplemented through continuous field tests and numerical analyses. The influence of excavation vibration by mechanical excavators was especially investigated in case of earth auger and breaker. The numerical analysis of tunnel shows that the criteria on vibration velocities from the regression analysis of field test values was conservative. The amplification phenomenon of excavating vibration velocity was shown passing through the backfilling soil between the earth auger and the open-cut box structure. It was shown that the added-vibration on the superstructure of elevated bridge was occurred at the bottom of pile like earthquake when the excavator vibration was arriving at the pile toe. The systematic and continuous research on the vibration effect from excavating works was needed for the safety of urban railway structures and nearby facilities. 본 연구에서는 도시철도에 인접하여 암반굴착공사를 실시할 때 발생하는 지반진동이 도시철도 구조물에 미치는 영향을 수치해석을 통하여 검증하였다. 암반굴착공사는 발파공사와 굴착기계공사의 두 경우에 대하여 실시하였다. 발파공사는 굴착부지가넓은 경우에 정밀진동제어방법과 소규모진동제어방법에 대한 해석을 실시하고 실무에서 기준처럼 사용하고 있는 발파진동영향권을 검증하였다. 이 발파진동 영향권에서 제시하는 발파 이격거리는 범위가 매우 커서 범위 값 중 최소치에 발파점이위치할 때 진동한계치를 넘어갈 수 있다. 굴착기계공사는 천공공사를 위한 어스오거와 착암공사를 위한 브레이커에 의한지반진동이 도시철도 구조물에 미치는 영향을 검증하였다. 시험시공을 통하여 어스오거와 브레이커의 지반진동을 측정하고보정을 거쳐서 수치해석을 위한 입력하중을 산출하였다. 수치해석은 터널구조, 개착식 박스구조, 고가교량구조에 대하여 실시 하였다. 터널구조의 해석에서 결과는 어스오거는 현장 추정치와 비슷하나 브레이커에서는 현장에서 얻어지는 추정치보다작다. 발파공 사이의 충전매질을 통한 충격파 전파 효과를 수치적으로 시뮬레이션하고 검증하였다. 개착식 박스구조에서는굴착공과 박스사이의 매립토가 지반진동을 증폭시키는 형상이 발생하며 진동파가 박스구조물에 도달하면 일정한 값으로 수렴한다. 고가교량의 경우에는 진동하중이 상대적으로 작은 어스오거 지반진동은 파일기초에 도달하면서 작아지는데, 상대적으로 크고 주기적인 브레이커 지반진동은 교량 상부구조에 추가적인 지반 진동하중으로 작용함을 볼 수 있다.

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