• 한국지반공학회논문집
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• 제34권7호
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• pp.51-58
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• 2018

본 연구에서는 하중 조건에 따른 지반-말뚝 상호작용 시스템의 거동 차이를 분석하기 위해 일련의 원심모형 실험을 수행하였다. 정적 하중 조건의 경우, 말뚝 직경의 50% 수준까지 변위제어를 통해 하중을 재하하였으며, 지진 하중 조건의 경우 0.1g~0.4g 수준으로 1Hz 정현파를 가진하였다. 실험 결과로부터 얻은 정적 및 동적 p-y 곡선을 API p-y 곡선과 비교한 결과, API p-y 곡선과 정적 하중조건에서의 실험 p-y 곡선은 최대 지반반력 값이 20% 이내의 오차를 보인 반면, 동적 하중 조건에서의 실험 p-y 곡선과는 최대 지반반력 값이 5배 이상 차이가 발생하였다. 이는 등가정적 해석에서 기존 API p-y 곡선을 적용할 경우 비선형 영역에서 지반 반력을 크게 과소평가하며 보수적 설계를 야기할 수 있음을 의미한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.67-77
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• 2012

본 연구에서는 조밀한 건조 사질토 지반에서 단말뚝 및 $3{\times}3$ 군말뚝에 대해 정현파를 이용하여 동적 원심모형실험을 수행하였으며, 군말뚝의 경우 말뚝 중심간격을 지름의 3배, 5배, 7배로 변화시켜 실험을 실시하였다. 실험 결과로 얻은 단말뚝과 군말뚝의 동적 p-y 곡선들을 비교하여, 말뚝 중심 간격 및 군말뚝 말뚝 위치에 따른 말뚝의 동적 군말뚝 효과를 분석하였다. 분석 결과, 첫 번째 열과 세 번째 열의 말뚝인 측면 말뚝에서 유사한 동적 p-y 거동이 나타났으며, 두 번째 열 말뚝들은 측면 말뚝들에 비해 지반반력 감소 효과가 작게 나타났다. 또한, 두 번째 열 내에서 말뚝 위치에 따른 동적 p-y 거동을 비교한 결과, 두 번째 열의 바깥 말뚝에서 중앙 말뚝보다 지반반력 감소 효과가 크게 나타났다. 실험 결과를 바탕으로 제안된 말뚝 중심 간격에 따른 p-승수 값은 측면 말뚝에서 0.28 ~ 0.77, 중앙 말뚝에서 0.55 ~ 1.0, 바깥 말뚝에서 0.39 ~ 0.87로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.93-102
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• 2023

최근 건축물 구조 기준의 개정으로 말뚝 기초의 내진성능 강화가 강조되고 있음에도 불구하고, 현재 건축물 기초의 내진설계는 비용과 시공상의 어려움으로 충분한 시행이 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 지진 시 수평 및 수직 하중에 효과적으로 대응할 수 있는 구조로 제안된 삼축 마이크로파일(TMP)의 지진 시 동적 거동을 평가하고자 하였다. 동적 원심모형실험을 통해 설치 각도가 15°인 그룹 삼축 마이크로파일과 설치 각도가 0°인 연직 군말뚝의 가속도, 변위, 휨모멘트, 축력 등의 동적 거동이 비교 분석되었다. 실험 결과에 따르면 가속도와 수평 및 수직 변위 결과를 바탕으로 살펴보았을 때 탁월 주기가 0.5 초 미만인 실지진파 가진 조건에서 경사진 그룹 삼축 마이크로파일의 내진성능은 연직 군말뚝보다 좋거나 비슷한 수준으로 평가된다. 그러나 Sine 2Hz와 같은 장주기의 강한 지진 가진 시에는 경사진 삼축 마이크로파일의 응답이 전반적으로 수직 마이크로파일보다 크게 나타났다. 협소한 공간에서 기존 시설물의 단주기 지진파에 대한 응답을 줄이는 내진보강이 필요한 경우 경사진 삼축 마이크로파일이 수직 마이크로파일의 대안으로 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권12호
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• pp.73-87
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• 2021

잔교식 구조물은 선박을 안전하게 접안하여 화물을 송수신할 수 있는 구조물로서, 포화된 경사지반에 주로 설치된다. 이러한 잔교식 구조물의 내진설계 시 기준서에서는 예비 설계 방법으로 응답스펙트럼해석법을 활용하도록 제시하고 있으나, 현재 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 모델링 방법에 대한 지침은 부족한 실정이다. 그러므로 본 연구에서는 포화지반에 관입된 잔교식 구조물의 내진성능을 평가하기 위해 동적원심모형실험 및 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 동적원심모형실험을 위해 잔교식 안벽 말뚝 중 일부 구간(3×3 군말뚝)을 선정하였으며, 지반 포화 여부에 따라 2가지 모델(건조, 포화)로 분류하였다. 이후 실험 모델에 지반 스프링 방법을 적용하여 응답스펙트럼해석을 수행하였다. 실험 및 해석을 비교한 결과, 건조지반 모델 및 액상화가 발생하지 않는 포화지반 모델의 경우 모멘트 차이가 최대 51% 이내로 발생하였으며, 깊이 별 모멘트를 적절히 모사하는 것으로 나타났다. 그러므로 본 모델의 경우 Terzaghi(1955)가 제시한 수평지반반력상수를 활용하여 모델링을 수행하는 것이 적절한 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.33-44
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• 2013

Mononobe-Okabe (M-O) 이론은 현재 국내외에서 가장 일반적으로 사용되는 지진 시 옹벽에 작용하는 동적토압 산정 방법이다. M-O방법은 강체거동(Rigid Behavior)을 갖는 중력식 옹벽의 사질토 뒤채움 지반에 대하여 제안된 방식이지만 현재 여러 지반 조건 및 캔틸레버 형태의 옹벽에도 널리 적용되고 있다. M-O 방법은 지진 시 발생하는 뒤채움 지반의 관성력만을 고려하기 때문에 벽체의 관성력이 동적 토압에 미치는 영향을 고려하지 못하는 단점이 있다. 본 논문에서는 M-O 방법을 포함하여 지진 시 옹벽에 작용하는 동적토압을 산정하는 기존에 제안된 방법들의 이론적 배경 및 현재까지의 연구동향을 분석하였으며, 이를 통하여 지진 시 토압산정의 중요한 요소인 동적토압의 분포 및 작용점에 대한 합리적인 재평가가 필요함을 도출하였다. 역 T형 옹벽을 대상으로 동적원심모형실험을 수행하여 지진 시 옹벽에 작용하는 동적 토압을 M-O 이론과 모형 모델 거동과의 비교를 통하여 차이점을 평가하였다. 실험 결과, 지진 시 옹벽의 실제 거동은 M-O 방법의 가정과 달리 벽체의 관성력과 동적토압 사이에 위상차가 발생함을 알 수 있었다. 또한 벽체에서 주동방향으로 최대 휨 모멘트 발생 시 계측된 토압은 정적토압보다 감소하는 결과를 보였으며 이는 벽체 관성력이 원인인 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권12호
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• pp.89-98
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• 2006

본 논문에서는 지진이 발생한 지역에서 다시 지진이 발생할 경우에 포화된 사질토 지반의 동적거동에 관한 연구를 수행하였다. 반복 직접단순전단시험을 실시하여 느슨한 모래지반에서 간극수압발생량과 재액상화발생여부의 상관관계를 분석하였다. 최초의 전단하중으로 인하여 지반이 원래 가지고 있던 유효수직응력의 약 90%까지 간극수압이 발생하였을 경우 시간 경과에 따라 과잉간극수압이 전부 소산된 이후 다시 전단하중을 가하였을 때 지반의 액상화에 대한 저항력은 증가하였다. 하지만 최초 진동으로 지반이 완전히 액상화되었을 경우에는 다음에 전달되는 전단하중에는 이전보다도 지반이 더욱 조밀해짐에도 불구하고 액상화 저항력은 증가하지 않았다. 이와 같은 실내시험결과를 진동 중에 발생하는 간극수압 변화와 흙의 강성저하를 고려할 수 있는 유효응력모델인 UBCSAND모델에 적용하였으며, 최초 전단하중에서 발생하는 간극수압비에 따라 구성모델의 액상화 저항력을 결정하였다. 이 구성모델을 이용하여 재액상화현상을 연구한 원심모형실험의 결과를 예측하였으며, 계측치와 서로 비교하였다. 국내에서도 일본과 가까운 남부지역에서는 약한 지진이지만 자주 발생하고 있는 시점에서 이와 같은 유효응력모델을 이용한 재액상화 현상에 관한 연구가 절실히 요구되어진다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권1호
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• pp.5-15
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• 2020

말뚝의 동적거동은 말뚝과 지반 사이의 동적 상호작용에 큰 영향을 받는다. 특히, 경사지반에 설치된 말뚝은 진동방향에 따른 지반저항력 차이, 지반 변위 등에 의해 말뚝-지반 동적상호작용이 매우 복잡해진다. 본 연구에서는 건조 사질토 경사지반에 설치된 단일말뚝과 2×2 무리말뚝에 대하여 동적 원심모형실험을 수행하였다. 그리고, 말뚝과 지반 변위 사이의 위상차 및 동적 p-y 곡선 등을 산정하여 경사지반, 단일말뚝과 무리말뚝, 입력가속도 진폭 등의 조건이 말뚝-지반 동적 상호작용에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 지반-말뚝 사이의 운동학적 힘이 말뚝의 동적거동에 큰 영향을 주며, 동적 p-y 곡선이 지반경사, 잔류변위, 운동학적 힘의 영향 등으로 매우 복잡한 형상을 보여주는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.5-21
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• 2014

지진시 불포화 도로성토의 붕괴는 지하수 및 강우의 침투에 기인한 함수비의 증가가 그 원인이 됨이 지적되어 왔다. 따라서, 이와 같은 지반재해의 방지를 위한 합리적 보강방안 및 적절한 설계기준의 정립을 위해 불포화 도로성토의 동적안정성 및 변형모드에 대한 함수비의 영향을 연구할 필요가 있다. 본 연구에서는 불포화 도로성토의 변형 및 파괴거동에 대한 함수비의 영향을 연구하기 위해 상이한 함수비를 갖는 도로성토 모형에 대하여 동적 원심모형실험을 진행하였다. 본 실험에서는 도로성토 모형에 대한 동적하중 부가시의 변위, 간극수압 및 가속도의 계측을 통해 최적함수비 부근 및 최적함수비보다 높은 함수비를 갖는 불포화 도로성토에 대한 동적 거동을 고찰하였다. 이와 함께, 화상해석에 의한 변위 및 변형율 분포의 분석을 통하여 최적함수비보다 높은 함수비를 갖는 불포화 도로성토의 변형모드를 구명하였다. 이로부터 사면 천단부의 침하는 천단부 아래에서의 체적압축에 기인하며, 구속압력이 작은 사면 선단부 및 사면 표면부 부근에서는 체적팽창을 동반한 큰 전단변형이 발생함을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.29-40
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• 2013

본 논문에서는 얕은기초를 가지는 단자유도 구조물의 지진시 응답특성을 시간영역 비선형 유한차분해석을 이용하여 살펴보았다. 해석결과는 중력가속도 20g에서 시행된 동일한 제원을 가지는 동적원심모형실험 결과를 통하여 검증되었다. 검증결과 실험과 해석의 통제운동지점 경계조건 차이에서 발생하는 차이는 지반의 비선형 거동특성으로 발생하는 이력감쇠에 지반의 감쇠비를 추가하여 감소시킬 수 있었다. 이로부터 얻어진 구조물과 지반에서 계측된 가속도 시간이력 및 주파수대역 응답곡선 모두 유사한 결과를 나타내어, 시간영역 비선형 유한차분해석을 통한 지반-구조물 상호작용 해석의 신뢰성을 확보할 수 있었으며, 향후 동적원심모형으로 계측이 어려운 구조물의 잔류변위, 작용토압 등을 효과적으로 판단할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권11호
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• pp.41-51
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• 2023

설치 경사각도에 따른 삼축내진말뚝의 동적 거동 특성을 파악하기 위해 3차원 수치해석을 수행하였다. FLAC3D를 통해 3차원 수치모델을 구축하였으며, 동적 원심모형실험과의 비교를 통해 검증하였다. 수치해석 결과, 경사각도에 따라 말뚝의 동적 거동이 확연히 달라짐을 확인하였다. 실지진파 조건(Capetown EQ, San Fernando EQ)에서는 경사각도가 15도 일 때, 다른 경사각도(0도, 30도)에 비해 말뚝의 휨모멘트 및 침하량이 적음을 알 수 있었다. 반면 인공지진파 조건(Sine 2Hz EQ)에 대해서는 경사각도가 0도 일 때 가장 적은 부재력(휨모멘트, 축력) 및 침하량을 보여 지진파의 특성에 따라 동적 거동이 달라짐을 확인하였다.