• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권7호
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• pp.27-33
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• 2016

This study expanded Terzaghi arching formula, which assumed a vertical surface as a sliding surface, to consider an arbitrarily inclined surface as a sliding surface and examined the effect of a sliding surface. This study firstly developed a formula to expand the existing Terzaghi arching formula to consider an inclined surface as well as a vertical surface as a sliding surface under the downward movement of a trap door. Using the expanded formula, the effect of excavation, ground, and surcharge conditions on a vertical stress was examined and the results were compared with them from Terzaghi arching formula. The comparison indicated that the induced vertical stress was highly affected by the angle of an inclined sliding surface and the degree of influence depended on the excavation, ground, and surcharge conditions. It is expected that the results from this study would provide a better understanding of various arching phenomenon in the future.

• Geomechanics and Engineering
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• 제31권1호
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• pp.71-86
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• 2022

In Taiwan, an efficient approach for enhancing the stability of colluvium slopes is the drilled shaft method. For slopes with drilled shafts, the soil arching effect is one of the primary factors influencing slope stability and intertwines to the failure mechanism of the pile-soil system. In this study, the contribution of soil arching effect to slope stability is evaluated using the FEM software (Plaxis 3D) with the built-in strength reduction technique. The result indicates the depth of the failure surface is influenced by the S/D ratio (the distance to the diameter of piles), which can reflect the contribution of the soil arching effect to soil stability. When α (rock inclination angles)=β (slope angles) is considered and the S/D ratio=4, the failure surface of the slope is not significantly influenced by the piles. Overall, the soil arching effect is more significant on α=β, especially for the steep slopes. Additionally, the soil arching effect has been included in the proposed stability charts. The proposed charts were validated through two case studies, including that of the well-known Woo-Wan-Chai field in Taiwan. The differences in safety factor (FoS) values between the referenced literature and this study was approximately 4.9%.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권7호
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• pp.375-381
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• 2017

성토지지말뚝의 아칭효과를 실험적으로 살펴보고자 현장시험을 수행하였으며 계측결과로부터 구한 아칭효율을 이론식에 의한 값과 비교해 보았다. 성토지지말뚝의 아칭효과를 살펴보기 위해 측정한 하중계 및 토압계에 의한 계측값들은 대체적으로 성토지지말뚝의 아칭효과를 반영하였다. 하중계 측정값을 통해 볼 때 아칭효율은 성토고 3m 까지는 평면변형률 조건을 가정한 이론식에 의한 값보다 작았으나 4m 이상에서는 이론식에 의한 값보다 큰 값을 보였으며 이론식에 의할 경우, 아칭효율은 성토고에 따라 감소하는 경향을 보였으나 측정결과는 성토고에 따라 아칭효율도 증가하는 경향을 나타내었다. 현장 시험에서 계획했던 최종 성토고까지 비교적 원활하게 작동하였던 토압계에 의한 계측결과에 따르면, 성토고에 따라 평면변형률 조건을 가정한 이론식에 의한 값보다 큰 아칭효율을 나타내었으며 4m 이상의 성토고에 대해서는 아칭효율의 변화양상 또한 이론식과 유사한 경향을 보였다. 토압계 측정결과에 따르면 성토고 2m, 3m, 4m, 5m 그리고 6m일 때의 아칭효율은 평면변형률조건을 가정한 이론식에 의한 아칭효율에 비해 각각 1.05배, 1.23배, 1,29배, 1.28배 그리고 1.29배 큰 값들을 보여 우수한 아칭효과를 보임을 알 수 있었다. 현장시험을 통해 얻은 하중계 및 토압계 측정값들로부터 계산된 아칭효율은 말뚝을 격자배치한 경우에 대한 이론식에 의한 그것보다 상당히 컸다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권6호
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• pp.879-896
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• 2016

A new earth pressure equation considering the arching effect in $c-{\phi}$ soils was proposed for the accurate calculation of earth pressure on circular vertical shafts. The arching effect and the subsequent load recovery phenomenon occurring due to multi-step excavation were quantitatively investigated through laboratory tests. The new earth pressure equation was verified by comparing the test results with the earth pressures predicted by new equation in various soil conditions. Resulting from testing by using multi-step excavation, the arching effect and load recovery were clearly observed. The test results in $c-{\phi}$ soil showed that even a small amount of cohesion can cause the earth pressure to decrease significantly. Therefore, predicting earth pressure without considering such cohesion can lead to overestimation of earth pressure. The test results in various ground conditions demonstrated that the newly proposed equation, which enables consideration of cohesion as appropriate, is the most reliable equation for predicting earth pressure in both ${\phi}$ soil and $c-{\phi}$ soil. The comparison of the theoretical equations with the field data measured on a real construction site also highlighted the best-fitness of the theoretical equation in predicting earth pressure.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.127-136
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• 2004

강성옹벽에 작용하는 주동토압의 크기와 분포형태에 영향을 미치는 아칭효과는 옹벽의 안정성과 옹벽 단면의 결정에도 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 평행이동하는 강성옹벽의 경우에 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과가 옹벽에 작용하는 토압과 전도모멘트, 옹벽의 안정성, 그리고 옹벽의 단면에 미치는 영향을 규명하기 위하여 아칭효과를 고려해서 토압을 산정하는 백(2003a)의 제안식과 Coulomb의 토압이론으로부터 얻어진 결과들을 서로 비교하였다. 연구결과 $\phi$와 $\delta$의 크기에 관계없이 아칭효과를 고려했을 때의 주동토압이 Coulomb 토압보다 컸으며, 옹벽에 작용하는 전도모멘트도 아칭효과를 고려했을 때가 고려하지 않았을 때보다 큰 것으로 나타났다. 그리고 토압에 의해 옹벽의 각 위치에 유발되는 전단력과 모멘트을 비교한 결과 아칭효과를 고려했을 때의 전단력과 모멘트가 아칭효과를 고려하지 않았을 때보다 컸으며, 아칭효과의 고려 유무에 따라 옹벽에 유발되는 전단력의 차이와 모멘트의 차이는 옹벽의 저면으로부터 옹벽 높이의 0.02-0.08배되는 위치에서 최대가 되었다. 따라서 Coulomb의 토압이론에 근거해서 평행이동하는 강성옹벽을 설계하면 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과로 인해 옹벽이 활동과 전도파괴에 대하여 불안정할 수 있다. 그리고 옹벽의 단면은 옹벽에 작용하는 전단력과 모멘트를 지지하기에 충분하지 않을 수 있으며, 이러한 옹벽 단면의 부족은 옹벽의 상부보다는 하부에서 심각하게 된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.67-74
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• 2012

기존건물의 지하층과 인접하여 굴착 시 양단벽체 토사의 마찰로 발생하는 아칭효과는 굴착벽체에 작용하는 토압을 경감시키게 된다. 본 논문에서는 굴착깊이에 대한 배면폭의 비와 벽마찰각의 변화에 따른 아칭효과의 변화를 다양한 조건에서 수치해석을 통하여 살펴보았다. 수치해석 모델은 원심모형시험결과를 바탕으로 검증하여 적용하였으며, 아칭에 의한 토압경감 효과는 굴착깊이에 대한 배면폭의 비가 작고 벽마찰각이 커짐에 따라 증가함을 알 수 있었다. 이와 같은 아칭 현상은 기존의 아칭이론 중 Handy(1985)가 제안한 이론식을 통하여 가장 정확히 묘사 가능함을 알 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권5호
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• pp.413-420
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• 2019

The changes in earth pressure and ground settlement due to underground excavation near an existing retaining wall were studied experimentally according to the separation distance between the underground excavation and the retaining wall. In addition, this study attempted to experimentally prove that the arching phenomenon occurred during the construction of the underground space. A model tank having 120 cm in length, 160 cm in height, and 40 cm in width was manufactured to simulate underground excavation through the use of five separated base wall bodies. The variation of earth pressure on the retaining wall was measured according to the underground excavation phase through the use of 10 separated right wall bodies. The results showed that the earth pressure on the retaining wall was changed by the lowering of the first base bottom wall; however, the earth pressure was not changed significantly by the lowering of the third base bottom wall, since the third base wall had sufficient separation distance from the retaining wall. Lowering of the first base wall induced a decrease in the earth pressure in the lower part of the retaining wall; in contrast, lowering of the first base wall induced an increase in the earth pressure in the middle part of the retaining wall, proving the arching effect experimentally. It is necessary to consider the changes in earth pressure on the retaining wall in designing earth retaining structures for sections where the arching effect occurs.

• Geomechanics and Engineering
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• 제8권6호
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• pp.829-844
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• 2015

In the current paper the results of a numerical simulation that were verified by a well instrumented experimental procedure for studying the arching effect over a trapdoor in sand is presented. To simulate this phenomenon with continuum mechanics, the experimental procedure is modeled in ABAQUS code using stress dependent hardening in elastic state and plastic strain dependent frictional hardening-softening with Mohr Coulomb failure criterion applying user sub-routine. The apparatus comprises rectangular trapdoors with different width that can yield downward while stresses and deformations are recorded simultaneously. As the trapdoor starts to yield, the whole soil mass deforms elastically. However, after an immediate specified displacement, depending on the width of the trapdoor, the soil mass behaves plastically. This behavior of sand occurs due to the flow phenomenon and continues until the stress on trapdoor is minimized. Then the failure process develops in sand and the measured stress on the trapdoor shows an ascending trend. This indicates gradual separation of the yielding mass from the whole soil body. Finally, the flow process leads to establish a stable vault of sand called arching mechanism or progressive collapse of the soil body.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권2A호
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• pp.131-143
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• 2009

지진하중과 같은 횡하중에 대하여 교량구조물의 아칭작용은 교대 사이의 상부구조에 의해 발생하며 이를 상부구조의 저항능력이라고도 한다. 교량구조물의 아칭작용의 크기는 경간의 수에 영향을 받으며 또한 상부구조, 교대와 교각의 연결조건 및 상부구조와 하부구조의 강성비에도 영향을 받는다. 프리캐스트 콘크리트 상자형 교량의 비탄성 지진응답에 대한 아칭작용의 영향을 분석하기 위하여 경간수에 따른 두 가지 종류의 예제교량(교량 SB와 교량 LB), 교각의 높이의 배열에 따른 세가지 종류(대칭, 비대칭)의 교량, 상부구조와 하부구조의 연결조건에 따른 세가지 교량(형식 A, B, C)등에 대한 구분을 조합하여 18가지 종류의 예제구조물을 작성하였으며, 이 예제구조물들에 대하여 역량스펙트럼해석, 비탄성 시간이력해석을 수행하여 지진응답을 비교하여 아칭작용의 영향을 분석하였다. 아칭작용의 영향(최대변위의 감소와 저항능력의 증가)은 교량 SB(short bridge)의 경우가 교량 LB(long bridge) 보다 크게 나타났으며 대칭교량의 경우가 비대칭교량에 비하여 크게 나타남을 알수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권8호
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• pp.193-203
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• 2004

표면이 거친 강성옹벽의 경우 뒷채움재에서 발생하는 아칭효과로 인해 옹벽에는 비선형의 토압분포가 작용하며, 아칭효과가 비선형의 토압분포에 미치는 영향은 옹벽의 변위 형태에 따라 달라진다. 따라서 강성옹벽에 작용하는 주동토압의 크기와 비선형의 토압분포를 정확하게 산정하기 위해서는 옹벽의 변위형태에 따라 달라지는 뒷채움재에 서 발생하는 실제적 인 파괴면 형상과 아칭효과를 고려해야만 한다. 따라서 본 연구에서는 강성옹벽이 저점을 중심으로 회전하는 경우에 뒷채움재에서의 아칭효과와 비선형의 파괴면 형상을 고려함으로써 비선형의 주동토압을 산정할 수 있는 토압산정식을 제안하였다. 이 과정에서 토압산정식이 수학적으로 복잡해지는 것을 피하기 위하여 뒷채움재에서 발생하는 비선형의 파괴면 형상은 4개의 직선으로 구성되는 가상의 파괴면으로 대체하였다. 그리고 제안식으로부터 구한 예측치를 기존의 모형시험 결과와 비교한 결과 제안식은 만족스런 토압 예측치를 제공하는 것으로 나타났다.