• 한국지반공학회논문집
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• 제27권10호
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• pp.13-23
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• 2011

동토기반 말뚝기초의 지지력은 말뚝구조물 표면과 주변 토사의 접촉면에서 발현되는 동착강도에 의해 산정되며, 이는 동착-강도가 동토지반 기초설계를 위한 가장 주요한 설계정수임을 의미한다. 동착강도는 토사종류, 동결온도, 말뚝표면에 수직방향으로 작용하는 지중응력, 재하속도, 말뚝구조물의 표면 거칠기 등 다양한 인자들에 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 1960년대부터 동토지반 기초설계를 위한 동착강도 산정방법들이 제안되어 왔으나, 대부분 동결온도와 말뚝구조물 표면특성에 대한 영향은 고려하고 있는 반면 동착강도의 주요 영향인자 중 하나인 지중응력에 의한 영향을 고려하지 않고 있어 소정깊이 이상의 말뚝기초 설계를 위한 동착강도 산정방법으로 활용되기에는 한계가 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 동결온도뿐 아니라 지중응력이 동착강도에 미치는 영향을 파악하기 위하여 직접전단시험기를 활용한 동결토 전단강도 및 동착강도 측정실험을 각각 수행하였다. 실험결과 전단강도와 동착강도는 모두 동결온도 조건이 낮아질수록, 혹은 수직응력 조건이 커질수록 증가하는 경향을 보였다. 전단강도와 동착강도의 정량적 관계분석을 위해 정의된 전단강도와 동착강도의 비 $r_s$는 초기 동결온도에서는 급격하게 감소하는 경향을 나타냈으나, 동결온도가 낮아질수록 증가하며 수렴구간을 형성해가는 경향을 보였다. 본 연구에서는 최종적인 연구결과로서 동결온도 및 수직응력 조건을 바탕으로 결정된 $r_s$값을 이용하여 동결토의 전단강도로부터 동착강도를 예측할 수 있는 방법을 제안하고 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권9호
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• pp.67-76
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• 2011

동토지역 말뚝기초의 지지력은 말뚝과 토사의 접촉면에서 작용하는 동착강도에 지배된다. 말뚝주변 토사 내 간극수의 동결로 인해 발현되는 동착강도는 동토지반 기초설계에 있어 가장 주요한 설계정수로 고려되고 있다. 지난 50년간 동착강도에 대한 연구가 다각도로 수행되어 왔으나, 대부분 동결온도와 지중온도를 고정조건으로 그 영향력을 고려하지 않은 채 토사종류, 말뚝종류, 재하속도 등의 영향인자를 분석하기 위한 목적으로 수행되었다. 본 연구에서는 동결온도와 마찰면에 작용하는 수직구속응력을 주요 변수로 적용하고, 토사종류, 말뚝종류, 재하속도 등은 고정조건으로 적용하여 직접전단방식의 동착강도 측정실험을 수행하였다. 실험재료로는 표면 가공이 용이하여 거칠기를 정밀하게 조절할 수 있는 알루미늄 모형과 주문진표준사를 활용하였다. 실험은 상온(> $0^{\circ}C$), $-1^{\circ}C$, $-2^{\circ}C$, $-5^{\circ}C$, $-10^{\circ}C$의 동결온도및 1atm, 2atm, 3atm의 수직구속응력 조건에서 수행되었으며, 그 결과를 바탕으로 동결온도와 수직구속응력이 동착강도에 미치는 영향을 분석하였다. 전반적으로 동착강도는 동결온도가 낮아질수록, 혹은 수직구속응력이 커질수록 증가하는 경향을 보였으며, 특히 단위온도차에 따른 동착강도의 증가율이 1)급증하는 구간과 2)점진적으로 감소하는 구간을 뚜렷하게 나타내며 변화하는 특성을 보였다. 또한, 동결온도의 저하에 따라 동착강도의 변화를 지배하는 요소가 마찰각에서 부착력으로 변화하며 수렴구간을 형성하는 경향을 나타냈다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권11호
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• pp.71-81
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• 2011

동착강도는 동토지반 말뚝기초 설계시 지지력을 결정하는 주요 설계정수이다. 동착강도는 동결온도, 구속응력, 말뚝표면 특성, 토사종류 등 다양한 인자들에 의해 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 하지만 동착강도에 대한 연구는 소수의 인자들만 반영할 수 있는 실험연구를 중심으로 수행되어온 경향이 있으며, 설계정수로서 동착강도를 산정하기 위한 방법들은 동결온도, 말뚝재료 등의 주요 인자들만을 고려할 수 있는 한계가 있어 왔다. 본 연구는 인공신경망 이론을 동착강도 산정에 활용함으로서 다양한 영향인자 조건에서 동착강도를 예측할 수 있는 방안을 모색하기 위한 목적으로 수행되었다. 인공신경망 학습을 위하여 총 5종류의 연구사례로부터 137개의 자료를 수집하였으며, 그 중 100개를 학습자료로, 37개를 실증자료로 구분하였다. 연구결과 단계적 인공신경망 학습을 통하여 동착강도 산정 시 다양한 영향인지를 다차원적으로 고려하여 예측하는 방법이 병행되어야 할 필요성을 확인하였으며, 5개 영향인자를 동시에 고려하여 동착강도를 예측할 수 있는 신뢰성 높은 학습결과를 도출 및 검증하였다. 또한, 매개변수 연구결과 동착강도는 동결온도와 말뚝재료의 변화에 가장 민감하게 반응하는 것으로 나타났고 수직응력에 의한 영향은 일부 온도구간에서만 뚜렷하게 나타나며 토사종류와 재하속도의 변화에 따라 동착강도가 증가하는 경향이 변화하는 특성을 나타내었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.43-51
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• 2013

현재 연약지반 처리에 있어 장기침하 및 부등침하, 지지력 부족으로 인한 지반 전단파괴 및 허용 침하량 초과 등과 같은 지반공학적 문제점들을 보완하고자 연약지반의 침하 저감 및 지지력 증대, 압밀촉진을 목적으로 SCP 공법과 GCP 공법이 대표적으로 적용되고 있다. 그러나 압밀촉진효과 즉, 두 다짐말뚝의 배수능 차이에 대해서는 아직 충분히 규명되지 않을 뿐 아니라 특히 실무에서는 GCP 공법의 간극막힘 현상을 최소화시키기 위한 노력으로 소정 비율의 모래를 혼입하여 다짐말뚝을 적용하고 있지만, 이 또한 정량적으로 명확하게 규명되어 있지 않고 경험적인 방법으로 수행되고 있는 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 SCP와 GCP, GCP에 소정의 모래를 혼합한 형태의 공법에 대한 압밀촉진효과를 비교 평가하기 위하여 각각의 다짐말뚝이 적용된 복합지반에 먼저 대형직접전단시험을 수행하여 큰 지지력을 나타낼 것으로 기대되는 배합비를 산정하여, PFC3D를 활용한 개별요소법과 MIDAS GTS를 활용한 유한요소해석을 수행하여 간극막힘 현상을 저감할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 대형직접전단시험 결과, 배합비쇄석:모래가 70:30에서 가장 큰 지지력이 기대되는 것으로 추정되며 수치해석을 수행한 결과, 기존 쇄석다짐말뚝에 소정의 모래를 혼입함으로써 지지력 확보와 간극막힘 현상 저감 및 간극수를 더 빨리 배출하여 연약지반을 더 빨리 안정화할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권7호
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• pp.15-28
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• 2020

매입말뚝의 주면마찰력은 공벽에 주입되는 시멘트풀로 발휘되므로, 시멘트풀이 양생되기 이전에 수행되는 초기항타시험으로 매입말뚝의 주면마찰력을 평가할 수 없다. 또한, 재항타시험 시 항타에너지 부족으로 충분히 선단지지력이 발휘되지 않아 매입말뚝의 최종 지지력이 제대로 평가되지 않을 수 있다. 본 연구에서는 매입말뚝의 초기항타시험과 재항타시험의 결과를 조합하는 새로운 하중-침하량 곡선을 제안하고자 하였다. 현장에 시험말뚝을 매입말뚝공법으로 시공하였으며, 초기항타 및 재항타시험을 수행하고 동재하시험 결과에 대하여 CAPWAP(CAse Pile Wave Analysis Program) 분석을 수행하였다. 초기항타 시 선단 지지거동과 재항타 시 주면 지지거동을 조합한 말뚝 내 하중전이곡선을 가정하였으며, 하중-침하량 곡선을 새롭게 산정하였다. 또한 조합된 하중-침하량 곡선을 이용하여 시험말뚝의 지지력을 평가하였으며 이를 초기항타 및 재항타시험 결과와 비교 분석하였다. 분석 결과, 조합된 하중-침하량 곡선으로 산정된 지지력은 항타에너지 부족으로 인한 지지력 과소평가를 극복할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 가정된 하중전이곡선은 초기항타 및 재항타시험 결과와 비교했을 때 매입말뚝의 지지거동에 더 가까우므로, 조합된 하중-침하량 곡선을 이용함으로써 정재하시험 결과와 더 유사한 지지력을 산정할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서, 본 연구에서 제안한 조합된 하중-침하량 곡선을 사용함으로써 매입말뚝의 동재하시험 시 지지력을 효과적으로 평가할 수 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권3호
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• pp.29-40
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• 2023

본 연구에서는 파형 마이크로파일의 기초보강 효과를 분석하기 위해서, 매립토-풍화토-풍화암의 지층구조를 보이는 지반에 마이크로파일을 설치한 뒤 현장 재하시험을 수행했다. 단일 마이크로파일 재하시험 결과, 파형 마이크로파일은 토사층에서 발현되는 주면마찰력만으로도 충분한 지지력을 가져 암반층의 심도가 깊은 지반 조건에서 유리한 시공성을 가질 수 있음을 확인하였다. 또한 동일한 설계하중이 적용되었음에도, 단일 마이크로파일 재하시험 시 설계 하중 범위 내에서 평가된 파형 마이크로파일의 연직강성이 일반 마이크로파일의 연직강성에 비해 약 2.2배 큰 것으로 나타났다. 일반 및 파형 마이크로파일로 구성된 무리말뚝 재하시험 결과, 강성이 큰 마이크로파일이 높은 하중을 분담하는 것으로 나타났다. 일반 및 파형 마이크로파일 모두 동일한 설계하중이 적용되어 지지력에는 큰 차이를 보이지 않았음에도, 강성이 큰 파형 마이크로파일이 작게는 1.7배에서 크게는 3.2배 큰 하중 분담율을 보였다. 파형 마이크로파일은 대부분 보강기초로 활용될 것으로 예상되는데, 증축 리모델링 등을 통해 추가적인 하중 작용 시 많은 하중을 분담함으로써 기존 기초의 지지력 파괴 가능성을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제1권2호
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• pp.17-26
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• 1985

본문의 필자들은 연약지반의 다차원감밀을 포함하여 각종 개양공법을 시행할 경추 재하에 의한 웅전의 관력과 변형 그리고 문극수감거동 등의 해석과 나아가 시공관리 등을 포괄하는 연약지반해 석연의 다목적 프로그램의 개발을 목표로 연구를 진행중에 있다. 1)-4) 그동안 몇차례에 걸헉 본프로 그램의 이론적 배경과 구성내용 그리고 개양공법별 유용성데 관하여 학술지나 학술발표회를 통해 발 표한 바 있는데 본문은 이어서 Sand Drain공법의 적용에 대하여 연구한 결과를 발표한 것이다. Sand Drain공법은 점토우에 사완을 두어 성토하중에 의해 여밀을 촉진한다. 이 설계이론은 주지하다시피 Barron의 이론을 이용한 것인데 그러나 이 이론은 Terzaghi계 이론의 결함과 변형경건이 불분명하다는 것은 잘알혀진 사실이다. 그리고 사항데 대한 응력집중은 전혀 고려되어 있지 않다. 본 프로그램은 기본적으조 다차원려밀은 Biot계리론을 채택하였다. 이 다차원견밀을 해석하는테 사항의 응력집중을 해명하기 위하여 사항i61 강성을 고쳐하지 않은 경우와 고려하는 경우를 자연지반 상태의 탄밀(이차원)상태와 비교하여 응력집중이 어떻게 일어나는7'1를 고찰하였다. 이 때 모래(사항)와 성토재료는 비선형탄성모델로 생각하고 점토는 비등방성에 Creep효과를 함께 고려할 수 있는 구성방정식으로서 탄점소성모델을 채택하였다. 그 결과는 강성을 고려하는 Sand drain이 헌실적이며 동시에 그와같은 해석이나 설계도 가능하다는 것을 밟힌 것이다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.15-23
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• 2006

모래다짐말뚝 및 쇄석말뚝 공법의 경우, 연약지반의 보강, 극한지지력의 증대 및 기초지반의 압밀을 가속화시키기 위한 목적으로 지난 수십 년간 폭넓게 적용되고 있다. 쇄석말뚝공법은 비교적 강성이 크고 압축성이 작은 쇄석 등을 이용하여 다짐말뚝을 형성, 연약지반을 개량하는 공법이지만 횡방향 구속압력이 충분하게 발휘되지 않는 지반에서는 팽창파괴(bulging failure)에 대한 저항이 없어 적용이 불가능하게 된다. 따라서 본 연구에서는 쇄석말뚝의 활용도를 높이기 위해 팽창파괴 및 전단파괴 등을 방지하여 침하량을 상당부분 억제시킬 수 있는 고강도 지오그리드 보강 쇄석말뚝공법을 개발하였다. 본 공법 개발을 위해 삼축압축시험을 통하여 치환율 및 구속압력에 따른 일반적인 쇄석말뚝의 거동특성을 우선 살펴보았다. 아울러 유한요소 해석을 통한 3차원 수치해석을 시행하여 지오그리드의 종류 및 지오그리드 보강심도변화에 따른 지오그리드 보강 쇄석말뚝공법의 거동특성 및 침하저감효과를 평가함으로써 지오그리드 보강 쇄석말뚝의 적용성을 평가해 보았다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.223-233
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• 2003

모래다짐말뚝(SCP)공법은 느슨한 모래지반이나 연약한 점성토지반을 압밀촉진시키고 지지력을 강화하여 지반을 개량할 목적으로 적용되는 개량공법이다. 본 연구에서는 현장상태와 유사한 연성변형(free strain) 상태로 변형이 일어날 때 모래말뚝과 지반의 상호작용을 분석하기 위하여 모형토조실험 및 3-D유한요소해석을 실시하였다. 그 결과, 치환율이 증가함에 따라 하부의 응력분담비가 증가하고 침하량 및 모래말뚝 - 지반의 상대변위는 감소하였으며 특히 지표면 침하량이 크게 감소하였다. 3-D 유한요소해석의 경우 모래말뚝 - 지반 접촉면에서 상대변위가 발생하며 치환율의 증가에 따라서 접촉면의 상대변위는 감소하는 경향을 나타내었다. 이상의 결과를 바탕으로 응력전이 메커니즘에 대한 분석을 수행하였으며 그 결과, 상대변위가 발생하지 않는다는 가정하에 제안된 모래말뚝 주면의 응력전이 이론식은 유한요소해석결과와 비교를 통하여 상대변위가 없는 경우는 물론 상대변위가 비교적 작은 5mm 정도까지도 적용 가능함을 알 수 있었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.85-91
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• 2020

국내 건축물은 지진이나 기초 부동침하 등으로 인해 건물의 기울어짐, 붕괴 등의 문제가 발생하기 때문에 건축물의 지반강화에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이에 대한보강방법으로 깊은 관입량과 지지력 보강에 유리한 고강도 콘크리트 말뚝의 사용량이 증가하고 있으며 나 강도가 부족할 경우 현장타설 시 두부 파손 등의 문제가 발생할 수 있어 강도에 대한 철저한 유지관리가 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 산업부산물인 고로슬래그 미분말을 치환한 고강도 콘크리트 말뚝의 강도 특성에 대해 검토하였다. 그 결과, 고로슬래그 미분말을 10~20% 치환할 경우 압축강도가 증가하였으며, 20% 치환시 압축강도는 80.6MPa로 OPC 시험체에 비해 5% 증가하는 것을 확인하였다.