• Geomechanics and Engineering
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• 제37권1호
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• pp.31-48
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• 2024

To stabilize the excavations in urban area, soil anchorage is among the very common methods in geotechnical engineering. A more efficient deformation analysis can potentially lead to cost-effective and safer designs. To this end, a total of 116 three-dimensional (3D) finite element (FE) models of a deep excavation supported by tie-back wall system were analyzed in this study. An initial validation was conducted through examination of the results against the Texas A&M excavation cases. After the validation step, an extensive parametric study was carried out to cover significant design parameters of tie-back wall system in deep excavations. The numerical results indicated that the maximum horizontal displacement values of the wall (δ_hm) and maximum surface settlement (δ_vm) increase by an increase in the value of ground anchors inclination relative to the horizon. Additionally, a change in the wall embedment depth was found to be contributing more to δ_vm than to δ_hm. Based on the 3D FE analysis results, two simple equations are proposed to estimate excavation deformations for different scenarios in which the geometric configuration parameters are taken into account. The model proposed in this study can help the engineers to have a better understanding of the behavior of such systems.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제90권1호
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• pp.1-18
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• 2024

The present study conducts a thorough analysis of thermal vibrations in functionally graded porous nanocomposite beams within a thermal setting. Investigating the temperature-dependent material properties of these beams, which continuously vary across their thickness in accordance with a power-law function, a finite element approach is developed. This approach utilizes a nonlocal strain gradient theory and accounts for a linear temperature rise. The analysis employs four different patterns of porosity distribution to characterize the functionally graded porous materials. A novel two-variable shear deformation beam nonlocal strain gradient theory, based on trigonometric functions, is introduced to examine the combined effects of nonlocal stress and strain gradient on these beams. The derived governing equations are solved through a 3-nodes beam element. A comprehensive parametric study delves into the influence of structural parameters, such as thicknessratio, beam length, nonlocal scale parameter, and strain gradient parameter. Furthermore, the study explores the impact of thermal effects, porosity distribution forms, and material distribution profiles on the free vibration of temperature-dependent FG nanobeams. The results reveal the substantial influence of these effects on the vibration behavior of functionally graded nanobeams under thermal conditions. This research presents a finite element approach to examine the thermo-mechanical behavior of nonlocal temperature-dependent FG nanobeams, filling the gap where analytical results are unavailable.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.513-525
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• 2018

쉴드TBM 터널을 대상으로 하는 3차원 수치해석은 gap, tail void, 세그먼트설치, 뒤채움재 주입 등과 같은 쉴드TBM 굴착의 여러 특성들을 고려하여 시공과정을 반영할 수 있는 해석이 수행되어야 한다. 그러나 기계 굴착의 특성을 고려하는 해석적 기법은 여러가지 기법들이 혼용되어 적용되는 것이 일반적으로 해석결과의 일관성과 신뢰도에 의문이 제기된다. 본 논문에서는 쉴드TBM 터널의 3차원 수치해석에 사용될 수 있는 여러 기법들을 대상으로 현장에서 실제 계측된 지표침하 데이터를 활용한 매개변수연구를 수행하였다. 그 결과 설계단계에서 지표침하와 막장압 등 터널주변지반의 거동을 유사하게 예측하고 평가하는데 활용할 수 있는 해석기법으로서 분석하고 정리하였다. skin plate 주면압, 뒤채움압과 soil model이 지표침하에 가장 큰 영향요소로 파악되었고, 응력제어기법은 해저터널과같이 굴착지반의 volume loss 정보를 얻을 수 없거나 지표침하나 막장압 등 터널 주변거동파악이 중요한 경우에 적용 가능한 것으로 판단되며, 설계자는 현장여건과 쉴드TBM의 특성이 반영된 합리적인 3차원 수치해석을 수행하는데 본 가이드라인을 기본자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권7호
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• pp.47-57
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• 2011

수평하중을 받는 말뚝기초의 설계를 위하여 p-y 곡선을 이용한 해석법이 널리 사용되고 있다. 이 때, 토질 및 기초특성에 적합한 p-y 곡선의 선정이 중요함에도 불구하고 현재 p-y 곡선에 대한 연구는 매우 부족한 실정이다. 본 연구에서는 3차원 수지해석을 프로그램을 이용하여 점성토 지반에 근입된 현장타설말뚝에 대한 p-y 곡선을 산정하였다. 먼저 현장재하시험으로부터 얻어진 단일말뚝의 p-y 곡선과 수치해석으로부터 얻어진 p-y 곡선을 비교하여 수치 모델링을 검증하였다. 그리고, 단일말뚝에 대하여 말뚝직경, 말뚝 탄성계수, 말뚝두부 구속조건, 그리고 무리말뚝에 대하여 말뚝간격을 변화시거며 매개변수 연구를 수행하였다. 최종적으로, 단일발뚝과 무리발뚝의 p-y 곡선을 비교하여 무리말뚝 효과를 나타내는 p-multiplier를 산정하였다. 그 결과, 말뚝간격 3D의 p-multiplier 값은 첫 번째 열 0.86, 가운데 열 0.69, 마지막 열 0.77로서 기존에 제안된 O'Neill and Reese의 결과와 유시한 것으로 나타났다. 말뚝간격 6D 이상인 경우 무리말뚝 효과는 무시할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.183-198
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• 2021

토압식 쉴드 TBM 공법은 커터헤드 후면 챔버에 버력을 채워 막장 안정성을 확보하는 공법으로, 연속적인 굴착 및 지보를 통해 지반 변형을 억제하는 것으로 알려져 있다. 하지만 여전히 지반 조건, 터널 크기, 그리고 시공 조건에 의해 무시할 수 없는 지반 침하가 발생하는 실정이다. 따라서 지반침하 영향인자에 의한 침하 거동을 명확하게 이해하고 이를 기반으로 시공 중 발생 가능한 지반침하를 평가할 필요가 있다. 본 연구에서는 토압식 쉴드 TBM 시공 시의 지반침하 주요 영향 인자들과 침하 발생 메커니즘이 반영된 해석 모델(analytical model)을 제시하였고, 시공 중 조절 가능한 인자들에 대한 매개변수 해석을 수치해석 기법을 통해 수행하였다. 수치해석 결과를 통해 시공 조건에 의한 침하 거동을 정량적으로 도출하였으며, 침하 해석 모델과의 연계를 통해 지반 조건에 따른 정성적인 경향성을 도시하였다. 본 연구 결과를 통해 토압식 쉴드 TBM 굴착에 의한 침하예측모델 도출에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제14권4호
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• pp.23-33
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• 2015

소단은 굴착 후 지지구조물이 설치되기 전 벽체의 강성과 더불어 가설벽체의 안정성을 좌우하는 역할을 한다. 특히 굴착지반이 느슨하거나 연약한 경우 소단의 역할은 매우 중요하다. 본 연구에서는 소단을 이용한 도심지 버팀굴착현장의 계측결과와 수치해석을 사용하여 가설벽체의 최대수평변위에 미치는 소단의 규모(폭과 경사) 및 굴착깊이, 지반물성의 영향을 분석하였다. 계측결과 소단 폭이 짧아질수록 벽체의 수평변위는 증가하는 경향을 보였다. 수치해석 결과 소단의 경사가 급해질수록, 소단폭이 짧아질수록 최대수평변위량은 크게 나타나 소단이 벽체의 변위를 억제하는데 효과가 있음을 알 수 있었다. 또한 굴착심도가 깊어질수록 소단폭과 경사의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 동일한 소단 조건에서 지반물성이 높을수록 벽체의 최대수평변위를 억제하는 것으로 나타났다.

• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제10권4호
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• pp.479-497
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• 2016

Many experimental studies have evaluated the in-plane behavior of reinforced concrete frames in order to understand mechanisms that resist progressive collapse. The effects of transverse beams, frames and slabs often are neglected due to their probable complexities. In the present study, an experimental and numerical assessment is performed to investigate the effects of transverse beams on the collapse behavior of reinforced concrete frames. Tests were undertaken on a 3/10-scale reinforced concrete sub-assemblage, consisting of a double-span beam and two end columns within the frame plane connected to a transverse frame at the middle joint. The specimen was placed under a monotonic vertical load to simulate the progressive collapse of the frame. Alternative load paths, mechanism of formation and development of cracks and major resistance mechanisms were compared with a two-dimensional scaled specimen without a transverse beam. The results demonstrate a general enhancement in resistance mechanisms with a considerable emphasis on the flexural capacity of the transverse beam. Additionally, the role of the transverse beam in restraining the rotation of the middle joint was evident, which in turn leads to more ductile behavior. A macro-model was also developed to further investigate progressive collapse in three dimensions. Along with the validated numerical model, a parametric study was undertaken to investigate the effects of the removed column location and beam section details on the progressive collapse behavior.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제13권3호
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• pp.33-52
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• 1997

비선형 3차원 유한요소 해석법을 이용하여 타이백으로 억지된 토류벽의 거동을 분석하여 설계시에 고려되는 중요 파라미터의 영향을 조사하였다. 제안된 유한요소기법에서 엄지말뚝과 텐던 정착길이는 빔요소로, 토류판은 쉘요소로, 텐던 비정착길이는 스프링 요소로 모델링하였다. 사용된 흙의 거동모델은 사질토의 비선형 거동 특성과 응력이력을 고려할 수 있는 기존의 Hyperbolic 모델을 수정하여 사용하였으며 벽체 전면에서의 굴착, 타이백 설치, 타이조임 그리고 재굴착 등의 모든 축조과정을 단계별로 해석할 수 있는 시뮬레이션 기법을 제안하였다. 여러 가지 주요 설계인자를 변화시키며 파라메트릭 해석을 수행하였고 이 결과 앵커의 위치, 앵커의 비정착 길이, 앵커 조임 하중의 크기와 엄지말뚝의 근입긴이등의 영향을 밝혀낼 수 있었다. 이 해석 결과를 토대로 새로운 설계지침을 제안하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.214-221
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• 2010

철도 선로에서 대표적인 취약개소로 분류하고 있는 터널-토공 접속구간은 하부 지지강성의 차이로 인하여 강성이 작은 구간에서 더 큰 침하가 발생하여 선로의 부등침하를 발생시켜 지속적인 유지보수 작업을 실시하여야 한다. 본 논문에서는 실제 현장구간의 터널-토공 접속구간에 대하여 도상자갈부에 설치된 일반 침목을 약 20m 대형침목으로 교체 후 윤중과 침목 침하량을 측정하여 개선효과를 비교하였다. 또한 수치해석을 이용하여 침목 크기와 간격 등을 변화시켜 레일압력, 도상 침하량 그리고 도상압력을 비교하였다. 현장계측과 수치해석결과 대형침목으로 교체한 경우 일반침목에 비해 윤중변동율과 침하량 등에서 약 10%의 개선효과가 있는 것 을 확인할 수 있었다. 또한 수치해석결과 대형침목의 경우 일반침목에 비해 레일저부압력, 침목침하량, 도상압력이 각각 9.3%, 4%, 14.5% 감소되었으며, 이중에서 도상압력이 가장 많이 감소되는 것을 확인하였다.

• Asian Journal of Atmospheric Environment
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• 제10권3호
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• pp.125-136
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• 2016

In this study, the effects of the mesh barrier on the free dispersion of ammonia were numerically investigated under different atmospheric conditions. This study presents the detail and flow feature of the dispersion of ammonia through the mesh barrier on various free stream conditions to decline and limit the toxic danger of the ammonia. It is assumed that the dispersion of the ammonia occurred through the leakage in the pipeline. Parametric studies were conducted on the performance of the mesh barrier by using the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with realizable k-${\varepsilon}$ turbulence model. Numerical simulations of ammonia dispersion in the presence of mesh barrier revealed significant results in a fully turbulent free stream condition. The results clearly show that the flow behavior was found to be a direct result of mesh size and ammonia dispersion is highly influenced by these changes in flow patterns in downstream. In fact, the flow regime becomes laminar as flow passes through mesh barrier. According to the results, the mesh barrier decreased the maximum concentration of the ammonia gas and limited the risk zone (more than 500 ppm) lower than 2 m height. Furthermore, a significant reduction occurs in the slope of the upper boundary of $NH_3$ risk zone distribution at downstream when a mesh barrier is presented. Thus, this device highly restricts the leak distribution of ammonia in the industrial plan.