지반-기초 상호작용계를 해석할 때 실제로 지반은 다양한 지반종류와 다층으로 형성되어 있으므로 지반 특성의 변화를 고려해야 한다. 초기의 대부분의 상호작용계의 정·동적 해석은 지반의 복잡한 성질을 역학적으로 탄성거동을 한다고 가정한 Winkler 지반모델 혹은 지반을 등방성이고 균질한 반무한 탄성체로 가정한 반무한 탄성지반 모델로 보아 수행되었다. 본 연구는 유한 요소법을 이용하여 지반-기초 상호작용계의 동적 거동을 해석하기 위해 기초는 4절점 후판요소를 사용하고 지반은 지반특성을 고려할 수 있도록 8절점 6면체 요소를 사용하였고, 지반의 감쇠효과 및 지반특성을 고려한 지반-기초 상호작용계의 동적 거동을 유한요소법으로 해석하고 지반의 영향범위를 결정하는 것이다.
구조물 지진해석을 위한 구조물 -지반 상호작용 해석에서도 비선형 지반 특성을 고려한 비선형해석이 요구되고 있어 구조물 비선형 지진 해석을 위해 기초 지반에 대한 수평방향 비선형 해석을 수행하였다. 기초지반은 UBC 분류에서 규정한 보통지반인 Sn 지반과 연약지반인 SE 지반을 고려하였고, 지반의 비선형 특성은 Ramberg-Osgood 모델을 이용하였다. 비선형 지반이 기초지반 수평 및 회전 동적 강성 및 감쇠비에 미치는 영향을 조사하기 위하여 얕은 기초와 묻힌기초에 대해 기초 크기, 지반깊이 및 말뚝유무에 따른 동적 강성 및 감쇠비 변화를 조사하였는데, 지반의 비선형 특성이 기초지반의 선형 수평 및 회전 강성과 감쇠비를 크게 감소 또는 증가시키는 것으로 나타났으며, 기초크기, 지반깊이 및 말뚝유무의 영향도 큰 것으로 나타나 구조물 지진해석시 기초크기, 지반깊이 및 말뚝유무와 함께 지반의 비선형성도 고려하는 것이 필요한 것으로 판단되었다.
국토해양부의 국토지반정보 DB구축사업은 건설현장에서 발생하는 지반조사성과를 전산화하여 재활용할 수 있도록 DB구축, 시스템 보급, 센터 운영 등을 주요수행사업으로 '00년부터 현재까지 10년 이상 지속적으로 추진되고 있다. '07년부터 "지반조사성과전산화및활용에관한지침"이 국토해양부 훈령으로 제정 시행되면서 건설현장에서 발생하는 지반조사성과에 대한 전산화는 건설사가 직접 입력 제출하고 있다. 지침 시행과 함께 국토해양부에서는 국토지반정보 통합DB센터(한국건설기술연구원) 중심으로 지반정보 유통프로세스를 확립하고 지반정보 생산을 위한 지반정보 입력시스템, 검수 등록을 위한 검수등록시스템, 지반정보 유통을 위한 웹유통시스템으로 구성된 국토지반정보 유통시스템을 구축 운영하고 있다. 보급 활용 중인 국토지반정보 유통시스템에 대하여 지반정보 생산자 및 활용자들의 지속적인 개선요구사항들을 수렴하고 있으며, '11년도 사업을 통하여 사용자 중심의 국토지반정보 유통시스템으로 개선 및 추가개발을 추진하였다. 본 연구에서는 건설현장의 의견을 수렴하여 사용자 중심으로 개선한 국토지반정보 유통시스템의 주요 연구내용을 소개한다.
지반 해석 결과에는 항상 불확실성이 존재하며, 이러한 불확실성은 주로 지반 구조의 불확실한 평가에 기인한다. 이러한 지반 구조의 불확실성에 따른 지반 해석 결과의 불확실성은 몬테카를로 시뮬레이션을 사용한 확률론적 해석에 의해 고려될 수 있다. 몬테카를로 시뮬레이션을 사용한 확률론적 지반 해석의 수행을 위해서는 대상 지반에서 존재 가능한 다양한 지반 구조의 생성이 필요하다. 본 연구에서는 확률론적 지반 해석을 위한 대상 지반에서 존재 가능한 다양한 지반 구조 생성 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 대상 지반에서 획득된 지반 조사 결과를 바탕으로 하모닉 웨이브릿 변환을 사용하여 지반 구조를 평가한 후, 이로부터 대상 지반에 존재 가능한 다양한 지반 구조를 생성할 수 있다. 제안된 방법은 실제 현장 조사 결과들에 적용되었으며 이를 통해 제안된 방법의 현장 적용성을 확인할 수 있었다.
본 논문은 지반조사 정보 시스템이 관리하고 있는 시추공의 지층 구성 정보를 바탕으로 시추공을 클러스터링하여 지반의 구성을 분석하는 시스템의 설계 및 구현을 소개한다. 지반조사 정보시스템은 지반 시추공의 현장조사 및 실내시험을 통해 얻는 시추공 정보를 체계적으로 관리하여 정보의 재활용을 돕기 위한 데이터베이스 시스템이다. 본 논문에서 제안된 지반 분석 시스템은 지반조사 데이터베이스의 시추공 정보를 이용하여 지반이 가지고 있는 특성 정보를 추출하여 유사한 특성을 갖는 시추공의 집합으로 클러스터링하여 사용자에게 지반 구성 정보를 제공하는 시스템이다. 본 시스템에서 사용된 클러스터링 기법은 지반조사 데이터가 갖는 지반의 구성 요소 및 각 지층의 구성비를 통해 유사한 특성을 지니는 지반들을 그룹화하고, 그룹된 지반들의 특성을 찾는다. 그룹된 지반들의 분석을 통해 찾아진 유사한 특성은 지도상에 가시화함으로서 사용자에게 해당 지형에 대한 지반 특성을 제공한다.
댐, 터널, 도로, 교량 등의 모든 토목구조물은 지반위 또는 지반 내에 위치하고 있다. 지반조사의 목적은 이들 토목구조물의 설계와 시공에 관한 정확한 지반 정보를 얻는 데 있다. 지반은 어느 정도 물리적 특성을 조절할 수 있는 스틸, 콘크리트, 목재 등의 다른 토목재료들과 그 성질이 판이하게 다르다. 토목구조물 시공 중 지반과 관련된 많은 위험이 있는데 지반의 성질을 제대로 이해하지 못하고 시공을 하는 경우, 상당한 위험이 따를 수 있다.(중략)
지금까지 많은 연구자들에 의해 지반공학 분야는 괄목할 만한 기술발전이 이루어졌습니다. 또한 최근에는 전통적인 학문의 틀을 넘어, 다른 학문과의 상호연계를 통해 기술이 점차 고도화 되고 적용분야도 확대되고 있습니다. 이러한 시점에서 앞으로 다가올 미래의 지반공학기술을 예측하는 것도 매우 의미 있는 일이라 생각하기에 지반공학 각 분야의 전문가들을 모시고 <지반공학에 대한 현황과 전망>이라는 주제로 특집내용을 기획하였습니다. 2005년도 올 한 해 동안은 기초설계분야, 토목섬유분야, 오염토양복원분야, 지반정수의 결정분야, 지반구조물의 내진설계분야, 사면 및 터널분야 등을 다루고자 합니다. 지반공학 기술의 현재의 기술을 재조명하고 앞으로 발전해야하는 방향을 제시하게 되는 본 특집에 많은 회원 여러분의 관심을 부탁드립니다.
지진파 전파로 인한 매설관에 작용하는 지진하중은 지진특성 및 지반조건에 따른 지반변형률로부터 산정되어야 한다. 그러나. 기존에 사용되고 있는 경험적인 방법에 의해 계산된 지반변형률 모형은 지진 및 지반의 지역적 특수성을 고려할 수 없는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 지진특성 및 지반조선을 반영할 수 있는 수정된 지반변형률 모형을 제안하고 개발된 모형을 매설관로의 지진해석에 지진하중으로 적용하였다. 여기서, 지반변형률을 예측하기 위한 지진판 전파속도는 지반조건을 고려할 수 있도록 파 에너지분포에 근거한 분산곡선을 제안하여 산정하였다. 이러한 과정을 통해 얻어진 지반변형률 산정방법에 타당성을 파악하기 위해 예측한 지반변형률과 과거 지진으로 실측된 지반변형률을 비교하였다. 타당성이 입증된 지반변형률 모형을 매설관의 하중으로 적용하여 지진해석을 실시하였으며, 계산결과는 범용 유한요소해석을 통한 동해석 및 응답변위법에 의한 결과와 비교하였다. 이를 통해 지반 변형률 모형을 적용한 매설관 지진해석의 타당성을 검증하였다. 또한, 지진 및 지반환경이 다른 다양한 관의 특성을 반영하기 위해, 지진 지반 및 관의 영향 인자에 대해 매개변수 해석에 실시되었으며, 이로써 본 연구의 활용성을 검토하였다.
지반 위에 세워진 구조물의 지진응답해석시 지반-구조물 상호작용 영향은 지반으 선형특성을 고려하여 간주되었는데 최근 연구결과에 의하면 구조물 지진해석에서 연약지반의 비선형 특성이 중요한 요소로서 인식되었다. 하지만 지반-구조물계의 복잡한 비선형 특성 때문에 내진설계 기준에서 비선형 지반특성을 고려하기에는 아직도 어려움이 많다. 이 논문에서는 UBC 지반종류 $S_{D}$ 지반 위에 놓인 중규모의 얕은 온통기초와 묻힌 온통기초위에 세워진 건물에 대한 단자유도계 선형 지진해석을 연약지반의 비선형성을 고려하여 최대가속도가 0.17g 과 0.36g 인 Taft E-W 및 El Centro N-S 지진기록을 사용하여 수행하였다. 비선형 지진해석을 결과를 선형해석 결과와 비교하였을 때, 비선형 응답스펙트럼의 최대가속도가 지반의 비선형성 때문에 상당히 줄어드는 것으로 나타나 지반의 비선형성을 고려한 더효율적인 내진설계의 가능성을 보여준다.
본 논문은 지반굴착으로 인해 발생된 인접지반에서의 진행성 지반변위가 구조물에 미치는 영향을 구조물 및 지반의 특성을 달리하면서 지반-구조물 상호작용이 고려된 상태에서 조사한 것이다. 지반굴착에 의해 발생된 진행성 지반변위에 노출된 4층 및 2층의 블록식구조물이 서로 다른 조건의 지반위에 위치할 때 발생되는 구조물 거동이 수치해석을 통해 조사된다. 수치해석을 위한 구조물은 소요전단 및 인장강도 이상의 응력이 발생할 때 구조물에 크랙이 발생될 수 있도록 모델링되었다. 굴착유발 진행성 지반변위에 노출된 4층 및 2층의 블록식구조물의 거동은 지반변위의 진행단계에 따라 조사되며, 이로부터 얻어진 거동특성은 구조물이 지반굴착의 최종단계에서 일어나는 지반변위에 일시에 노출될 때 발생하는 구조물의 거동특성과도 비교된다. 서로 다른 구조물 특성 및 지반조건을 가진 구조물이 진행성 지반변위 및 최종 지반변위에 노출될 때 발생하는 거동비교는 구조물에 발생한 크랙의 분포정도 및 변형크기를 고려하면서 조사되며, 이러한 비교로부터 얻어진 결과는 지반굴착으로 인해 유발되는 인접구조물의 손상을 제어하고 최소화하는데 필요한 정보를 제공한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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