입상체 흙입자 지반 속에 발달된 지반아칭으로 인한 응력재분배

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 입상체 흙입자 지반 속에 발달된 지반아칭으로 인한 응력재분배를 분석하고자 Trapdoor 실내모형실험을 실시하였다.
북한강 모래를 사용하여 모형토조 속에 모형지반을 조성한후 토조바닥 중앙부에 마련된 Trapdoor 재하판을 2mm/min 속도로 하강시켜 모형지반속에 지반아칭현상을 발생시키는 모형실험을 수행하였다. 모형지반은 상대밀도를 느슨한상태(40%), 중간밀도상태(60%), 및 조밀한 상태(80%)의 세 경우로 조성하였으며 Trapdoor의 폭은 10cm, 20cm, 30cm의 세 종류로 하였다.이때 모형토조 저면에 토압계를 설치하여 변화하는 토압을 측정하였다.
상기 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
Trapdoor 실내모형실험을 실시하여 토압의 변화를 측정한 결과, 재하판의 중앙과 양단부에서의 토압은 감소하였고 [재하판 내 토압변화], 재하판 외부 인접부의 토압은 급격히 증가하였으며 [지반아칭에 의한 응력전이 현상], 재하판 인접부 이외 지역의 토압의 변화는 약간 증가하는것으로 확인되었다. [재하판 밖 토압변화]
지반아칭의 영역을 확인하기 위하여 재하판 폭을 늘려가며 확인한 결과 재하판 폭이 넓어질수록 지반아칭 영역이 점차 넓어지는 것을 확인하였다.
지반아칭으로 인한 응력재분배는 상대밀도와 재하판 폭 변화의 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 응력재분배 현상을 규명하기 위하여 원주공동확장이론에 의한 이론해석 결과와 실험결과를 비교분석한 결과 양호하게 일치하여 합리적인 이론 해석법을 마련할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a series of trapdoor model tests was performed to analyze redistribution of stress due to the soil arching generated in grounds composed of granular soil particles.
The model experiments were performed to create the soil arching phenomena in the model ground by lowering with the velocity of 2mm/min a trapdoor prepared in the center of bottom of the soil container box.The model ground was prepared by using sands sampled from North Han river. The model test was perfomed in 3 cases of model grounds prepared by loose sand (Dr:40%), medium density sand (Dr:60%) and dense sand (Dr:80%). The width of the trapdoor was 3 types of 10cm, 20cm and 30cm. The earth pressure gauges were installed at the bottom of the soil container box to capture the change of earth pressures.
The following conclusions could be derived through the above research:
As the result of measuring the earth pressures during the trapdoor model test, the earth pressure measured at the center and both ends of the trapdoor loading plate was reduced. However, the earth pressure measured at the outside right adjoining part of the loading plate was rapidly increased, whereas the change of earth pressure in the bottom part except for the right adjoining part of the loading plate was not so much.
It was found that the wider width of the loading plate produced the wider boundary of the soil arching.
It could be found that redistribution of stresses due to the soil arching was affected by both the loading plate width and the relative density of sand. As the result of comparing between the theoretical predicted results due to the cylindrical cavity expansion theory and the experimental results, both results were agreeded well, which can ensure that the cylindrical cavity expansion approach is a reasonable theory.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구 목적 및 내용 1
• 1.3 연구방법 2
• 제2장 지반아칭의 기존연구 3
• 2.1 지반아칭 3
• 2.2 실험적 연구 14
• 제3장 모형실험 20
• 3.1 모형실험장치 20
• 3.1.1 모형실험기 제작 20
• 3.1.2 모형토조와 지반변형제어장치 20
• 3.1.3 계측장치 21
• 3.1.4 데이터 저장장치 23
• 3.2 모형지반 24
• 3.2.1 사용시료 24
• 3.2.2 모형지반 조성 25
• 3.3 실험 과정 및 계획 27
• 제4장 모형 실험 결과 29
• 4.1 상대밀도 40% 지반의 실험결과 29
• 4.2 상대밀도 60% 지반의 실험결과 34
• 4.2 상대밀도 80% 지반의 실험결과 40
• 제5장 고찰 46
• 5.1 상대밀도에 따른 지반아칭의 거동비교 46
• 5.1.1 재하판 폭 10cm일 때 지반아칭의 거동 46
• 5.1.2 재하판 폭 20cm일 때 지반아칭의 거동 48
• 5.1.3 재하판 폭 30cm일 때 지반아칭의 거동 50
• 5.2 재하판 내 토압변화 52
• 5.3 지반아칭에의한 응력전이 현상 54
• 5.4 재하판 밖 토압변화 59
• 5.4 단일지반아칭의 이론해석과 실험결과의 비교 62
• 5.4.1 지반아칭의 이론해석 57
• 5.4.2 지반아칭의 실험 결과 67
• 5.4.3 지반아칭의 영역 71
• 제6장 결론 73
• 참고문헌 74
• 국문초록 75
• Abstract 76
• 감사의 글