• 한국지반공학회논문집
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• 제34권7호
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• pp.29-38
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• 2018

액상화 시 지반-말뚝 시스템의 동적 거동을 정확히 예측하기 위해 상용 유한 차분 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 시간영역에서 3차원 수치 모델링을 수행하였다. 지반의 전단변형에 따른 간극수압의 발달을 직접적으로 모사하기 위해 유효응력 해석법을 이용한 액상화 모델인 Finn model을 적용하였으며 Mohr-Coulomb 탄소성 모델에 접목되어 해석이 수행되었다. 이력감쇠모델을 적용하여 지반 비선형 거동을 고려하였으며 지반과 말뚝 간의 분리현상, 미끄러짐 현상을 모사하는 인터페이스 모델을 적용하였다. 경계조건으로써 단순화 연속체 모델링 기법을 도입하여 반사파의 생성을 막고 해석 효율을 증가시켰으며 적절한 최대지반탄성계수와 항복 깊이의 설정으로 비선형 거동을 정확히 모사하고자 하였다. Wilson(1998)이 수행한 원심모형시험 케이스 중 상부지반 상대밀도가 55%인 모델을 이용하여 제안된 모델링 기법의 캘리브레이션을 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 깊이 별 과잉간극수압 비-시간 이력, 휨모멘트-시간이력, 말뚝 두부 변위-시간이력이 실험 결과를 잘 모사하였다. 상부지반 상대밀도가 30%인 모델의 결과를 이용하여 제안된 모델링 기법의 적용성 평가를 수행한 결과, 수치해석으로부터 도출된 지반 및 말뚝 응답이 실험 결과를 잘 모사하였으며 제안된 모델링 기법이 지반-말뚝 시스템의 액상화 거동을 적절히 모사한다고 판단되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.687-695
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• 2020

본 논문은 한국산학기술학회 논문지 최종용 투고요령입니다. 마이크로파일은 기존 구조물의 안정성을 향상시키기 위해 사용되고 있을 뿐만 아니라 사면활동 억제, 옹벽의 전단키 등 다양한 지반 공학적 문제를 해결하기 위해 사용되고 있다. 기존 마이크로파일 공법은 연직력에 대해서는 PHC파일이나 강관파일에 비교하여 어느 정도 지지력을 확보하지만 상대적으로 작은 파일 직경으로 인해 수평력에 대해서는 연직력에 비해 현저히 낮은 지지력 양상을 보이고 있다. 이에 내진성능 향상에 우수한 우산형 마이크로파일 공법을 개발하여 기존시설물 내 국한된 협소한 장소에서 시설물의 및 지반 교란영역을 최소화하면서 경제적으로 내진성능을 확보할 수 있도록 연구해야 한다. 본 연구에서는 기존 마이크 로파일의 수평지지력이 약한 단점을 보완하기 위해 사항과 연직말뚝을 일체형으로 제작한 우산형 마이크로파일에 대해 수치해석을 수행하여 연약점토 지반에서의 지진시 수평거동을 분석하였다. 수치해석 결과, 연약점토지반에서 우산형 마이크로파일은 수평변위 억제효과가 있었으며, 경사말뚝의 근입심도가 15m이상일 경우에 수평변위 저감 효과가 뚜렷했다. 마이크로파일의 근입심도와 수평변위 억제효과가 비례하였다. 이에 우산형 마이크로파일이 연약점토 지반에서 지진시 수평변위 억제효과가 우수한 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권11호
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• pp.119-127
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• 2013

최근 해양구조물의 건설이 활발해짐에 따라 해상 부유식 구조체를 경제적으로 지지할 수 있는 새로운 기초형식을 개발하려는 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 기존의 대구경 단일형 석션파일 대신에 다수의 중구경 석션파일을 콘크리트 파일캡으로 결합한 그룹형 석션파일 형식에 대하여 연구하였다. 해상 부유식 구조체에 사용되는 기초의 경우 수평방향 하중이 지배적이므로 그룹형 석션파일의 수평방향 지지거동을 3차원 유한요소 해석을 통해 분석하였다. 그룹형 석션파일은 근입깊이가 얕아서 강체기초 거동을 하게 되므로 수평방향 거동을 분석할 때 지표면 부근의 낮은 구속압을 받는 지반의 정밀한 거동 모사가 필요하다. 이를 위하여, 탄성계수, 지반강도 등을 지반 구속압에 따라 증가되도록 모델링하였다. 해석조건은 석션파일 중심간 거리, 그리고 사질토와 점성토의 지반조건 등을 변화시키며 변수연구를 수행하였다. 그 결과, 석션파일 사이의 간격이 증가함에 따라 점차 항복하중이 증가하였으며, 그룹형 석션파일의 항복하중은 S/D=5인 경우 회전을 허용한 단일형 석션파일 항복하중의 약 3배인 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권2호
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• pp.169-185
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• 2022

The urbanization and increasing rate of population demands effective means of transportation system (basement and tunnels) as well as high-rise building (resting on piled foundation) for accommodation. Therefore, it unavoidable to construct basements (i.e., excavation) nearby piled foundation. Since the basement excavation inevitably induces soil movement and stress changes in the ground, it may cause differential settlements to nearby piled raft foundation. To understand settlement and load transfer mechanism in the piled raft due to excavation-induced stress release, numerical parametric studies are carried out in this study. The effects of excavation depths (i.e., formation level) relative to piled raft were investigated by simulating the excavation near the pile shaft (i.e., H_e/L_p=0.67), next to (H_e/L_p=1.00) and below the pile toe (H_e/L_p=1.33). In addition, effects of sand density and raft fixity condition were investigated. The computed results have revealed that the induced settlement, tilting, pile lateral movement and load transfer mechanism in the piled raft depends upon the embedded depth of the diaphragm wall. Additional settlement of the piled raft due to excavation can be account for apparent loss of load carrying capacity of the piled raft (ALPC). The highest apparent loss of piled raft capacity ALPC (on the account of induced piled raft settlement) of 50% was calculated in in case of H_e/L_p = 1.33. Furthermore, the induced settlement decreased with increasing the relative density from 30% to 90%. On the contrary, the tilting of the raft increases in denser ground. The larger bending moment and lateral force was induced at the piled heads in fixed and pinned raft condition.

• Geomechanics and Engineering
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• 제5권5호
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• pp.379-399
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• 2013

In practice, analysis of laterally loaded piles is carried out using beams on non-linear Winkler springs model (often known as p-y method) due to its simplicity, low computational cost and the ability to model layered soils. In this approach, soil-pile interaction along the depth is characterized by a set of discrete non-linear springs represented by p-y curves where p is the pressure on the soil that causes a relative deformation of y. p-y curves are usually constructed based on semi-empirical correlations. In order to construct API/DNV proposed p-y curve for clay, one needs two values from the monotonic stress-strain test results i.e., undrained strength ($s_u$) and the strain at 50% yield stress (${\varepsilon}_{50}$). This approach may ignore various features for a particular soil which may lead to un-conservative or over-conservative design as not all the data points in the stress-strain relation are used. However, with the increasing ability to simulate soil-structure interaction problems using highly developed computers, the trend has shifted towards a more theoretically sound basis. In this paper, principles of Mobilized Strength Design (MSD) concept is used to construct a continuous p-y curves from experimentally obtained stress-strain relationship of the soil. In the method, the stress-strain graph is scaled by two coefficient $N_C$ (for stress) and $M_C$ (for strain) to obtain the p-y curves. $M_C$ and $N_C$ are derived based on Semi-Analytical Finite Element approach exploiting the axial symmetry where a pile is modelled as a series of embedded discs. An example is considered to show the application of the methodology.

• Geomechanics and Engineering
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• 제16권3호
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• pp.321-329
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• 2018

Classic braced walls use struts and wales to minimize ground movements induced by deep excavation. However, the installation of struts and wales is a time-consuming process and confines the work space. To secure a work space around the retaining structure, an anchoring system works in conjunction with a braced wall. However, anchoring cannot perform well when the shear strength of soil is low. In such a case, innovative retaining systems are required in excavation. This study proposes an innovative earth-retaining wall that uses in situ soil confined in dual sheet piles as a structural component. A numerical study was conducted to evaluate the stability of the proposed structure in cohesionless dry soil and establish a design chart. The displacement and factor of safety of the structural member were monitored and evaluated. According to the results, an increase in the clearance distance increases the depth of safe excavation. For a conservative design to secure the stability of the earth-retaining structure in cohesionless dry soil, the clearance distance should exceed 2 m, and the embedded depth should exceed 40% of the wall height. The results suggest that the proposed method can be used for 14 m of excavation without any internal support structure. The design chart can be used for the preliminary design of an earth-retaining structure using in situ soil with dual steel sheet piles in cohesionless dry soil.

• 한국지진공학회논문집
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• 제1권3호
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• pp.1-10
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• 1997

구조물 동적거동이 지반과 기초 특성에 따라 영향을 받는다는 것은 인식되었지만, 구조물 내진설계를 위한 설계규준이 지반의 본질적인 복잡성과 기초-지반체계에 대한 체계적인 연구부족으로 지반특성을 부분적으로만 반영하고 있어 불안전하거나 너무 안전한 결과를 초래한다. 이 연구에서는 전단파속도, 지반깊이, 기초 근입깊이 및 말뚝기초의 영향을 평가하여 구조물 내진해석을 위한 기초-지반체계의 운동학적 상호작용 영향을 고찰하였으며, 지반과 기초 특성을 고려한 합리적 내진해석을 위해 지반체계에 대한 수정된 분류기준을 제안하였다. 말뚝기초를 포함한 중형이나 대형 묻힌기초의 경우, 지초-지반체계의 운동학적 상호작용 영향을 고려하기 위해서는 기토밑 지반깊이를 최소한 60m 까지 고려해야하고, 말뚝유무에 관계없이 기초-지반체계의 회전운동도 구조물 내진해석에 포함되어야 한다.

• 토지주택연구
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• 제5권1호
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• pp.35-40
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• 2014

현재 국내 내진설계기준에서 제시하고 있는 지반분류 방법 및 지반 증폭계수는 기반암이 주로 30m 이내에 위치하는 일반적인 국내 지반특성을 제대로 반영하지 못하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 사질토 지반에 근입된 비정형 말뚝기초(PHC 500, 중심 간격 3D, 4D, 5D)와 상부 구조물에 대한 동적 원심모형 실험을 실시하여 자유장과 기초판의 응답 스펙트럼 결과를 비교하였다. 단주기 영역인 1초 이내 주기에서는 기초판 및 지표면 자유장의 측정 스펙트럼이 SC 및 SD 지반의 표준설계스펙트럼 가속도보다 크게 나타났다. 1.5초 이상의 장주기 영역에서는 실험에서 측정된 스펙트럼 가속도가 SC 지반의 표준설계응답스펙트럼 가속도보다 작게 나타났고 상부구조물 유무, 지반 근입 심도, 기초 및 자유장 조건에 의한 스펙트럼 가속도 차이가 거의 발생하지 않았다. 따라서, 실제 아파트에 해당하는 1.5초 이상의 장주기에서는 국내 지반조건을 고려하여 측정된 스펙트럼 가속도를 설계에 적용하면 표준설계스펙트럼을 적용할 때 보다 경제적인 설계가 가능한 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.39-48
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• 2019

본 연구는 원심모형실험을 이용해 건조 사질토 지반에 근입된 모노파일의 수평 반복하중에 대한 거동을 연구하였다. 실험에 사용된 지반 시료는 상대밀도 80%에서 마찰각이 $38^{\circ}$인 건조 주문진 표준사를 사용했다. 실험 과정은 우선 반복하중의 크기를 결정하기 위해 정적 하중 실험을 수행하여 극한하중을 결정하였다. 이를 통해 도출된 극한 하중 값의 30%, 50%, 80%, 120%을 반복하중의 값으로 결정하였고, 반복횟수는 100회로 수행되었다. 이 결과를 통해 실험 반복하중 p-y 곡선을 산정하였고 도출된 하중 별 최대 지반반력점들을 이용하여 깊이 별 반복하중 p-y 중추곡선을 도출하였다. 이를 기존 p-y 곡선과 비교 결과, 동일 깊이에서 초기기울기가 API(1987) p-y 곡선보다 과소평가 되었으며, 극한지반반력은 과대평가되었다. 또한, 동적 p-y 곡선과 비교하였을 때, 동일 깊이에서의 반복하중 p-y 중추곡선의 초기기울기와 지반반력이 작게 평가되었다. 이는 말뚝이 받는 하중 조건에 따라 p-y 곡선을 다르게 적용해야 할 것으로 판단된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제22권1호
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• pp.53-66
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• 2023

본 연구에서는 대규모 지반굴착 조건에서 흙막이 벽체로 적용된 벽강관말뚝의 탄소성보 해석, 유한요소 해석 및 최적화 설계 등의 결과를 제시하였다. 본 연구를 통해 고강도 내해수강 벽강관의 경우 부식에도 유리하고 허용응력이 커 구조적으로 우수하여 흙막이 벽체로써 활용성이 높고, C-Y형 이음부의 경우 기존 P-P형 대비 인장강도와 강성이 크게 개선되었음을 알 수 있었다. 또한, 시공 중 벽체 누수나 결함이 발생하더라도 용접, 덧댐 시공 등으로 확실한 보수가 가능한 장점이 있는 것으로 조사되었다. 벽강관 연속벽의 경우 CIP나 Slurry wall 대비 변위 순응 구조임과 동시에 동일 수평변위에 대하여 허용 휨응력이 매우 커 대심도 흙막이 측면에서 가장 우수한 것으로 평가되었다. 대규모 편토압 조건에서의 지반굴착임을 고려하여 탄소성보해석 및 유한요소 해석을 실시하고, 그 결과를 상호 비교한 결과, 굴착 시 전체적인 거동, 벽체의 변위나 부재력 등 각 항목별 발생 최대값에 대해서도 두 방법간에는 정량적 수치가 유사한 것으로 나타나 추후 설계 시 두 해석방법 모두 적용가능한 것으로 나타났다. 마지막으로, 동일 직경에서 가장 두꺼운 두께의 중공형보다는 가장 얇은 두께에 콘크리트로 속채움하는 방법, 그리고 변위와 부재력의 급격한 변화가 없는 깊이 즉, 정상성 검토를 통한 근입길이 결정 시 경제적인 설계가 가능함을 알 수 있었다.