• 한국지반공학회논문집
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• 제26권7호
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• pp.49-58
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• 2010

흙의 입자 크기에 따른 지반-말뚝 시스템의 동적 거동 차이를 알아보기 위해, 단말뚝 및 군말뚝에 대한 1g 진동대모형 실험을 수행하였다. 지반 조성에 사용된 시료는 주문진 표준사와 호주산 세사이며, 흙의 입자 크기에 따른 영향을 알아보기 위해 다른 실험 조건은 동일하게 하였다. 단말뚝 실험 결과 말뚝의 횡방향 변위는 말뚝 직경의 1%인 탄성 영역 이내로 발생하였다. 단말뚝의 p-y 거동을 살펴보면 동일 변위에서 주문진 표준사 모형 지반의 지반 반력 값이 호주산 세사 모형 지반에서의 지반 반력보다 더 크게 나타났으며, 이는 주문진 표준사 모형 지반에서의 초기 탄성 강성이 더 크게 평가됨을 의미한다. 이러한 입자 크기에 따른 초기 지반 강성 차이는 공진주 실험 및 삼축압축실험을 통해서 확인하였다. 또한 외삽을 통해 단말뚝의 동적 p-y 중추 곡선을 산정한 결과 동적 p-y 중추곡선의 강성이 주문진 표준사 지반에서 호주산세사 지반보다 더 크게 산정되었다. 그러므로 사질토 지반에서 입자크기에 관계없이 동일한 p-y곡선을 적용하여 말뚝의 동적 거동을 예측하는 방법에 오류가 있을 수 있다. 군말뚝 실험에서는 단말뚝 실험과 같은 실험 조건에서 말뚝 직경의 1% 이상의 횡방향 변위가 발생하였으며, 모형 지반 종류와 상관없이 유사한 p-y 거동이 나타났다. 이는 변형율이 큰 비선형 영역에서는 주문진 표준사와 호주산 세사의 강성 차이가 크지 않기 때문이다. 이러한 일련의 단말뚝 및 군말뚝 실험 결과로 볼 때, 군효과를 평가하기 위해 단말뚝의 p-y 곡선에 단순히 p-승수(p-multiplier)를 곱하여 군효과를 고려하는 방법에 오류가 있을 수 있다고 판단된다.

• 한국지진공학회:학술대회논문집
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• 한국지진공학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.405-412
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• 2005

In this study, a numerical method for soil-pile-structure interaction problems in multi-layered half-plane is developed. The total soil-pile-structure interaction system is divided into two parts namely, nonlinear structure part and linear soil-pile interaction parts. In the structure field, the general finite element method is introduced to solve the dynamic equation of motion for the structure. In the soil-pile structure interaction part, physical model consisting of lumped parameter, which is frequency dependent coefficient and determined by rigorous analysis method is introduced. Using proposed analysis procedure, the nonlinear behavior of structure considering soil-structure interaction can be efficiently determined in time domain and the analysis cost is dramatically reduced.

• Geomechanics and Engineering
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• 재33권6호
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• pp.583-596
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• 2023

The interlayers, either softer or stiffer than the surrounding layers, are usually overlooked during field investigation due to the small thickness. They may be neglected through the analysis process for simplicity. However, they may significantly affect the dynamic behavior of the soil-foundation system. In this study, a series of 3D finite-element Direct-solution steady-state harmonic analyses were carried out using ABAQUS/CAE software to investigate the impacts of interlayers on the dynamic response of a cast in place pile group subjected to horizontal harmonic load. The experimental data of a 3×2 pile group testing was used to verify the numerical modeling. The effects of thickness, depth, and shear modulus of the interlayers on the dynamic response of the pile group are investigated. The simulations were conducted on both stiff and soft soils. It was found that the soft interlayers affect the frequency-amplitude curve of the system only in frequencies higher than 70% of the resonant frequency of the base soil. While, the effect of stiff interlayer in soft base soil started at frequency of 35% of the resonant frequency of the base soil. Also, it was observed that a shallow stiff interlayer increased the resonant amplitude by 11%, while a deep one only increased the resonant frequency by 7%. Moreover, a shallow soft interlayer increased the resonant frequency by 20% in soft base soils, whereas, it had an effect as low as 6% on resonant amplitude. Also, the results showed that deep soft interlayers increased the resonant amplitude by 17 to 20% in both soft and stiff base soils due to a reduction in lateral support of the piles. In the cases of deep thick, soft interlayers, the resonant frequency reduced significantly, i.e., 16 to 20%. It was found that the stiff interlayers were most effective on the amplitude and frequency of the pile group.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권9호
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• pp.33-40
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• 2023

지진 시 상부구조물을 지지하는 말뚝기초에 가해지는 수평 하중은 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력으로 구분된다. 상부구조물의 관성력과 지반의 운동력은 서로 다른 복잡한 메커니즘을 통해 말뚝기초에 피해를 입힐 수 있기 때문에 지반-말뚝-구조물의 상호작용을 적절히 예측하고 평가하는 것이 말뚝기초의 안전한 내진설계를 위해 필요하다. 지반-말뚝-구조물의 상호작용은 구조물의 동적특성, 말뚝의 길이, 두부 경계조건 및 지반의 상대밀도에 영향을 받는다. 지반의 상대밀도가 달라지면 그에 따른 구속압 및 지반 강성이 변화하며 결과적으로 지반반력계수도 각 시스템에 따라 달라지게 된다. 말뚝기초의 수평방향 지지거동 및 극한 지지력은 수평방향 하중조건 및 모래지반의 상대밀도에 따라 다르게 나타난다. 이에 본 연구에서는 건조된 모래지반의 상대밀도가 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 상대밀도가 증가함에 따라 상부구조물의 가속도는 증가하고 말뚝캡의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 p-y 곡선의 기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권8호
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• pp.5-12
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• 2019

상부구조물은 여러 개의 말뚝 기초를 말뚝 캡으로 연결한 무리말뚝이 사용되고 있다. 무리말뚝 설계 시 상부구조물의 연직 및 수평하중은 말뚝 기초가 지지할 뿐 말뚝 캡의 지지효과는 무시하였다. 그러나 최근 상부구조물의 연직하중에 대한 안정성 범위에서 말뚝 기초의 사용량을 줄이기 위해 말뚝 캡의 지지효과를 반영하기 위한 연구가 진행되고 있으나 수평하중에 대한 말뚝 캡의 지지효과에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 수평 지진 하중을 받는 무리말뚝에서 말뚝 캡의 변화가 무리말뚝에 미치는 영향을 확인하기 위해 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 말뚝 캡 크기를 변화시켜 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과 말뚝 캡의 크기가 상부구조물 및 무리말뚝의 동적 거동에 영향을 미치는 것으로 확인되었으며, 말뚝 캡의 크기가 증가할수록 지반 구속 효과로 인해 지반과 말뚝 기초가 일체 거동하는 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권10호
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• pp.41-49
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• 2023

산악지역 및 경사지반과 같은 비대칭지반에 설치된 교각과 같은 구조물은 바람, 온도, 지진등의 다양한 하중을 받게 된다. 비대칭지반에 설치된 교각과 같은 구조물을 안정적으로 지지하기 위해 보편적으로 말뚝기초가 많이 사용되고 있다. 교각을 지지하는 말뚝기초의 거동은 다양한 하중조건에 의해 변화하게 된다. 특히 지진과 같은 동적하중이 작용하는 교각을 지지하는 말뚝기초의 거동을 분석하기 위해서는 지반-말뚝-구조물 상호작용이 검토되어야 한다. 지진이 작용하는 비대칭지반에 설치된 말뚝기초는 지반경사, 진동방향에 따른 지반저항력 차이, 지반 변위 등에 의해 말뚝기초와 지반의 동적 상호작용은 매우 복잡해진다. 본 연구에서는 비대칭지반으로 경사사모래지반의 소단에 설치된 상부구조물을 지지하는 무리말뚝의 동적거동에 경사지반의 기울기가 미치는 영향을 확인하기 위해 1g 진동대 모형실험을 수행하였다. 그 결과, 경사지반의 기울기가 증가함에 따라 말뚝캡, 상부구조물의 가속도는 감소하는 것으로 확인되었으며, 말뚝의 동적 p-y 곡선의 할선기울기는 감소하는 것으로 확인되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.53-63
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• 2018

무리말뚝의 내진설계를 수행할 때 지반-말뚝 동적상호작용을 고려하는 것이 중요하다. 특히, 동적하중을 받는 무리말뚝의 횡방향 저항력은 무리말뚝 효과에 의하여 단일말뚝과 비교하여 감소한다. 그러나, 지금까지 지진하중을 받는 무리말뚝의 동적 무리말뚝 효과를 제안한 연구는 매우 부족한 실정이다. 그러므로, 본 연구에서는 건조 모래지반에 설치된 $3{\times}3$ 무리말뚝에 대한 동적 원심모형실험을 수행하여 무리말뚝 효과를 산정하였다. 이 무리말뚝 효과는 동적 p-y 곡선에서 극한 횡방향 지반반력과 지반반력계수에 대한 보정계수(multiplier)를 적용하여 고려하였다. 그리고, 본 연구에서 얻어진 동적 p-y 곡선을 Beam on Nonlinear Winkler Foundation 모델을 이용한 비선형 동해석에 적용하여 그 적용성을 검증하였다. 그 결과, 본 연구에서 제안한 무리말뚝의 보정계수가 원심모형실험 결과를 잘 모사할 수 있는 것으로 나타났다.

• Earthquakes and Structures
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• 제18권4호
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• pp.407-421
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• 2020

In-place analysis for offshore platforms is essentially required to make proper design for new structures and true assessment for existing structures, in addition to the structural integrity of platforms components under the maximum and minimum operating loads when subjected to the environmental conditions. In-place analysis have been executed to check that the structural member with all appurtenance's robustness have the capability to support the applied loads in either storm or operating conditions. A nonlinear finite element analysis is adopted for the platform structure above the seabed and pile-soil interaction to estimate the in-place behavior of a typical fixed offshore platform. The SACS software is utilized to calculate the dynamic characteristics of the platform model and the response of platform joints then the stresses at selected members, as well as their nodal displacements. The directions of environmental loads and water depth variations have significant effects in the results of the in-place analysis behavior. The most of bending moment responses of the piles are in the first fourth of pile penetration depth from pile head level. The axial deformations of piles in all load combinations cases of all piles are inversely proportional with penetration depth. The largest values of axial soil reaction are shown at the pile tips levels (the maximum penetration level). The most of lateral soil reactions resultant are in the first third of pile penetration depth from pile head level and approximately vanished after that penetration. The influence of the soil-structure interaction on the response of the jacket foundation predicts that the flexible foundation model is necessary to estimate the force responses demands of the offshore platform with a piled jacket-support structure well.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.5-14
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• 2016

건조토 지반에 근입된 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 제안된 모델은 강진 시 지반의 비선형 거동을 적절하게 모사하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간 영역에서 해석이 수행되었다. 모델링 방법론으로써 지반 구성 모델은 Mohr-Coulomb 탄소성 모델을 적용하였으며 지반 전단 탄성 계수의 비선형적인 감소를 모사할 수 있는 이력 감쇠 모델을 적용하였다. 진동 시 지반-말뚝 간의 완전 접촉, 미끄러짐, 분리 현상을 모두 모사하는 경계요소 모델을 적용하였으며 경계요소 모델을 구성하는 스프링 계수는 탄성이론에 기초하여 결정되어, 내장 함수인 FISH를 통해 깊이에 따라 연속적으로 입력되었다. 경계 조건의 경우, 지반-말뚝 상호작용의 영향을 받는 근역 지반만 메쉬를 생성하고 근역 지반의 경계부에 원역 지반의 가속도-시간 이력을 입력하는 방식인 단순화 연속체 모델링 기법(Kim et al., 2012)을 적용함으로써 해석 효율을 증가 시키고자 하였으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 지반의 비선형 거동을 더욱 정확히 모사하고자 하였다. 수치 해석의 오차를 최소화하고 모델의 신뢰성을 확보하기 위해, Yoo(2013)이 수행한 원심모형시험 결과와 수치 해석 결과와의 비교를 통해 제안된 기법의 캘리브레이션을 수행하였으며, 말뚝 최대 휨 모멘트와 말뚝 횡방향 최대 변위의 깊이 별 분포가 다양한 입력 하중 조건에서 실험 결과를 적절히 모사하고 있는 것을 확인하였다. 또한, 제안된 수치 모델의 적용성 평가를 위해 다른 실험 결과와의 비교 검증을 수행하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제19권6호
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• pp.473-484
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• 2019

In this paper, the geotechnical report of the Northern Fereshteh area in Tabriz is used and the characteristics of shallow foundation of a single pile and compared pile group and geogrid in terms of the settlement of a building foundation on clayey soil. Additionally, impacts of existing variables such as the number of geogrid layers, the length of the pile, and the depth of groundwater level affected by the dynamic load caused by the Taiwan Jiji earthquake via numerical analysis using PLAXIS software are examined. The results of fifty-four models indicated that the construction of a pile group with a diameter of 1 meter and a length of 14 meters significantly diminished the consolidation settlement of the soil in the Northern Fereshteh area, where the settlement value has been triggered by the load inflicted by earthquake. Moreover, the construction of four layers of geogrid at intervals of one meter led to a significant decrease in the settlement. Finally, after reaching a maximum depth, it had no reducing effects on the foundation settlement.