토목섬유와 말뚝으로 복합지지된 성토지반거동의 수치해석 = Numerical Analysis on the Behavior of Geosynthetic-Reinforced and Pile-Supported Embankment

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 토목섬유와 말뚝으로 복합 지지된 성토지반의 거동 및 효과를 분석하고자 유한차분수치해석을 실시하였으며 성토지지말뚝중의 하나인 말뚝캡보위에 토목섬유를 보강하여 보강 유무에 따라 말뚝의 효율과 연약지반 침하 및 보강재 인장력의 영향을 분석하고 기존의 2D 이론식 및 실험식과 비교하여 토목섬유의 보강이 성토지지말뚝에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구의 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

1. 성토지지말뚝에 토목섬유를 보강한 경우, 무보강시에 비하여 말뚝으로 전달되는 성토하중이 커지며, 연약지반의 침하량은 감소하는 것으로 해석된다. 따라서 토목섬유와 복합 시공하는 것이 성토지지말뚝공법의 기능 및 효율을 높이는데 효과적인 것으로 나타난다.

2. 토목섬유의 인장강성을 변화시키면서 수치해석을 실시한 결과, 인장강성이 클수록 연약지반의 침하는 감소하며, 토목섬유에 작용하는 인장력은 커진다. 그러나 말뚝캡보로 전달되는 수직응력에는 차이가 나지 않고 있다. 이는 토목섬유로 분담되는 하중을 말뚝으로 전달하기 보다는 자체 인장력과 연약지반으로 전달하는 것으로 추론된다.

3. 토목섬유 무보강시 수치해석 결과에 의한 성토지지말뚝의 효율과 홍원표 등(2000a)의 이론해석 및 모형실험결과를 비교한 결과, 모두 간격비가 증가할수록 효율이 감소하는 경향을 보이고 있다. 간격비가 작은 경우는 이론해석 및 모형실험결과가 수치해석치보다 효율이 크게 산정되나 이론식의 경우 간격비 0.9일 때 반대로 해석치가 더 큰 것으로 나타났다. 이는 성토고를 9m로 일정하게 하여 이론값을 산정한 것으로 성토비(H/d2)가 급격히 감소하게 되므로 비율이 크게 감소하기 때문이다. 한편, 모형실험결과 와 해석치를 비교한 경우에는 물성치 및 경계조건이 서로 다르나 모형실험과 해석치 모두 효율이 감소하는 결과를 보이고 있다.
따라서 이론치 및 모형실험과 본 수치해석결과를 비교하여 볼 때 조건이 다르다 할지라도 간격비별 효율의 감소량이 일정하다는 것을 알 수 있으며 이를 통해 성토지지말뚝의 효과를 확인할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 10
• 1.1 연구배경 10
• 1.2 연구 목적 및 범위 11
• 제 2장 성토지지말뚝공법 13
• 2.1 성토지지말뚝의 설치형태 13
• 2.2 지반아칭현상 16
• 2.3 성토지지말뚝에 대한 선행연구 18
• 2.3.1 이론적 연구 18
• 2.3.2 경험적 연구 24
• 2.3.3 성토지지말뚝에 대한 수치해석 사례 33
• 제 3장 성토지지말뚝의 수치해석 방법 41
• 3.1 말뚝캡보공법의 수치해석적 모델링 41
• 3.2 해석 순서 44
• 3.3 수치 해석 계획 46
• 제 4장 수치해석 결과 47
• 4.1 토목섬유 무보강시 해석결과 47
• 4.1.1 성토지지말뚝에 작용하는 수직응력 47
• 4.1.2 연약지반에 작용하는 수직응력 51
• 4.1.3 성토하중과 캡보 작용하중 및 연약지반 작용하중과의 비교 56
• 4.1.4 연약지반의 침하량 60
• 4.2 토목섬유 보강시 해석결과 65
• 4.2.1 성토지지말뚝에 작용하는 수직응력 65
• 4.2.2 연약지반에 작용하는 수직응력 69
• 4.2.3 성토하중과 캡보 작용하중 및 연약지반 작용하중과의 비교 73
• 4.2.4 연약지반의 침하량 77
• 4.2.5 토목섬유의 인장력 분포 81
• 4.3 토목섬유의 인장강성 변화에 따른 해석결과 86
• 4.3.1 인장강성 변화에 따른 말뚝캡보 작용응력 86
• 4.3.2 인장강성에 따른 토목섬유의 인장력 변화 89
• 제 5장 고 찰 92
• 5.1 토목섬유 보강유무에 따른 말뚝캡보의 응력분담률 92
• 5.2 기존 이론식과 수치해석의 비교 분석 98
• 5.3 기존 모형실험과 수치해석의 비교 분석 100
• 5.4 연약지반의 침하 103
• 5.5 간격비에 따른 토목섬유 인장력 분석 104
• 5.6 토목섬유 인장강성에 따른 연약지반 침하량 분석 104
• 제 6장 결 론 106
• 참고문헌 108
• 국문초록 113
• ABSTRACT 115