• 한국지반공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.161-170
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• 2013

본 연구에서는 사질토지반의 거동을 상세히 모사할 수 있는 탄소성모델 및 말뚝절편 수치해석을 적용하여 말뚝지름에 따른 사질토지반에 설치된 현장타설말뚝의 주면마찰거동을 분석하였다. 수치해석 결과는 현재 사용되는 설계방법과 비교하여 극한주면마찰력과 t-z거동을 잘 예측하는 것으로 나타났다. 말뚝지름이 감소함에 따라 말뚝-지반 경계면 및 주위지반에 국부적으로 발생되는 체적팽창과 이에 따라 말뚝주면에 발현되는 유효수평응력이 더 크게 발생하기 때문에 극한주면마찰력이 증가하는 것으로 나타났다. 말뚝지름이 감소함에 따라 t-z곡선 기울기의 증가는 말뚝재하에 따라 발생하는 세가지 전단단계(초기, 체적팽창, 및 일정체적 전단단계)가 일찍 발현되기 때문인 것으로 나타났다. 이러한 현장타설말뚝의 말뚝지름에 따른 극한주면마찰력에 대한 영향은 사질토지반의 상대밀도가 증가하고 구속압이 감소할수록 커지는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.91-105
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• 2015

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 말뚝의 하부에서 실시된 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 말뚝선단의 상대위치를 고려하여 분석하였다. 수치해석에서는 순수하게 터널굴착으로 인해 유발된 (tunnelling-induced) 말뚝침하, 축력분포, 전단응력 및 겉보기안전율의 변화를 심도 있게 고찰하였다. 말뚝의 선단이 터널굴착에 대한 말뚝선단의 위치를 고려한 영향권 내부에 존재하는 경우 말뚝의 침하는 Greenfield 조건의 최대침하와 인근지반의 침하를 초과하는데 비해, 횡방향 이격거리가 증가하여 영향권 외부에 있는 경우 말뚝의 침하는 그 반대의 경향을 보였다. 말뚝선단이 영향권 내부에 존재하는 경우 tunnelling-induced 인장력이 발생하지만, 말뚝선단이 영향권의 외부에 존재할 경우 말뚝침하를 초과하는 인근지반의 침하로 인해 압축력이 발생하는 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝침하의 증가로 말뚝의 겉보기안전율(apparent factor of safety)은 말뚝선단이 영향권 내부에 존재할 경우 1.0 미만으로 감소하는 것으로 나타나 말뚝의 사용성에 심각한 문제가 발생할 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 분석한 말뚝선단의 위치에 대한 영향권 내부 및 외부에서의 말뚝의 거동을 말뚝의 침하, 축력 및 겉보기안전율에 대해 심도 있게 고찰하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.65-74
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• 2003

본 연구에서는 말뚝이 근입된 연약지반의 탄소성 해석을 수행하여 말뚝에 작용하는 하향력을 산정하였다. 이때 단독말뚝과 군말뚝(3$\times$3, 5$\times$5)을 대상으로 각각 2차원과 3차원 유한요소해석을, 말뚝주면에서 slip의 유무에 따라 수행하여 그 영향정도를 파악하였다. 하향력의 발생정도는 말뚝주면에서의 마찰계수, 지표면과 말뚝두부에 작용하는 상재하중에 큰 영향을 받는다. 이와 같은 영향인자를 토대로 수치해석 결과, 하향력은 no-slip의 경우가 slip의 경우에 비해서 상당히 과대하게 산정되었으며, 또한 말뚝두부에 하중이 증가함에 따라 하향력은 감소하는 것을 알 수 있었다. 한편 그룹효과가 있는 군말뚝의 하향력은 단독말뚝의 하향력에 비해서 크게 감소 하는 것으로 나타났으며, 수치 및 사례분석을 통해 slip 해석의 적절함을 확인하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.27-34
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• 2023

본 연구에서는 말뚝에 작용하는 구속압과 지반의 세립분 함유율을 고려한 말뚝 인발실험을 실시하였다. 그리고 실험 결과를 이용하여 말뚝의 인발저항에 미치는 지중 구속압의 영향을 분석하여 인발저항정수를 고찰하였다. 인발실험 결과, 모형지반의 세립분 함유율과 구속압의 크기에 관계없이 약 7mm~9mm의 인발변위에서 최대인발저항력이 발생되었다. 말뚝의 최대인발저항력은 모형지반의 세립분 함유율이 증가할수록 감소하였고, 이러한 경향은 구속압이 클수록 현격하게 나타났다. 말뚝인발실험 결과의 신뢰성을 검토하기 위해 인발저항력을 이론식으로 산정해 실험결과와 비교한 결과, 모든 구속압 조건에서 세립분 함유율 증가에 따라 실험값과 이론값 모두 동일하게 인발저항력이 감소하는 경향을 보였다. 인발저항정수에 대한 분석 결과, 말뚝과 지반의 경계에서 발생하는 인발저항력에 있어서 주변 지반의 세립분 함유율이 증가할수록 경계면 마찰각보다 부착력의 영향이 커지는 것을 확인하였다.

• 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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• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권2C호
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• pp.41-49
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• 2009

구조물의 대형화와 재료비의 증가로 인해 다수의 기성말뚝을 대체할 수 있는 대형 현장타설말뚝의 사용이 증가하고 있다. 특히, 지하연속벽공법이 적용된 현장의 기초시공에 따른 시공성 및 경제성을 향상시키거나 토사층이 깊게 분포한 경우 공벽의 안정성을 확보하기 위한 기초형식으로 바렛말뚝의 사용이 증가하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 국내 4개 현장을 대상으로 바렛말뚝을 시공하고 양방향 재하시험을 실시하여 말뚝의 지지력 및 침하특성을 고찰하였다. 또한 하중전이분석을 통하여 주면마찰력의 평가를 위한 ${\beta}$값을 분석하여 비교 평가하였고 3차원 유한요소해석을 통하여 양방향재하시험에 따른 경계면 효과와 하중-침하특성을 살펴보았다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.13-22
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• 2015

본 연구에서는 3차원 유한요소 해석을 수행하여 터널굴착에 의한 말뚝의 거동변화를 지배하는 말뚝선단에 대한 터널의 상대 위치를 고려하여 분석하였다. 수치해석 결과를 순수하게 터널굴착으로 발생한(Tunnelling-induced) 말뚝두부의 침하, 상대변위, 체적손실률(Volume loss), 말뚝의 축력, 전단응력 그리고 겉보기안전율 등을 분석하였다. 터널과 말뚝선단의 상대위치를 고려했을 때 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재하는 경우 Tunnelling-induced 말뚝두부의 침하는 지표면의 침하보다 크게 나타났으며, 이는 말뚝에 Tunnelling-induced 인장력을 발생시켰다. 반대로 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 외부에 존재할 경우, 말뚝상부에서 유발된 하향의 전단응력으로 인해 말뚝에는 Tunnelling-induced 압축력이 작용하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-변위 관계를 이용하여 겉보기안전율을 분석한 결과 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝의 겉보기안전율은 평균 약 36% 감소하는 것으로 나타났다. 터널의 상대위치에 따른 전단응력전이 매커니즘을 Tunnelling-induced 말뚝축력, 전단응력과 말뚝의 겉보기안전율을 고려하여 심도 있게 고찰하였다.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.12-18
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• 2015

The energy pile, used for both structural foundations and heat exchangers, brings about heat exchange with the ground formation by circulating a working fluid for heating and cooling buildings. As heat exchange occurs in the energy pile, thermal stress and strain is generated in the pile body and surrounding ground formation. In order to investigate the thermo-mechanical behavior of an energy pile, a comprehensive experimental program was conducted, monitoring the thermal stress of a cast-in place energy pile equipped with five pairs of U-type heat exchanger pipes. The heating and cooling simulation both continued for 30 days. The thermal strain in the longitudinal direction of the energy pile was monitored for a 15 operation days and another 15 days monitoring followed, without the application of heat exchange. In addition, a finite element model was developed to simulate the thermo-mechanical behavior of the energy pile. A non-linear contact model was adopted to interpret the interaction at the pile-soil interface, and thermal-induced structure mechanics was considered to handle the thermo-mechanical coupled multi-field problem.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권1호
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• pp.17-33
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• 2022

본 연구는 지하수 유무에 따른 지진시 풍화지반에 근입된 단말뚝의 동적 거동을 분석하기 위해 수치해석을 수행하였다. 3차원 유한차분해석 프로그램을 사용하여 지하수 및 지반 조건에 따라 동적 수치해석을 수행하였으며, 풍화지반의 물성은 현장에서 채취한 흙의 물성시험을 통해 해석에 적용하였다. 건조한 지반 및 포화된 지반은 Mohr-Coulomb, Finn model을 각각 적용하여 모델링하였고, 각각의 모델링은 원심모형실험 결과와 검증을 수행하였다. 해석결과, 전반적으로 지하수위가 존재하는 경우가 건조한 경우보다 더 큰 말뚝의 수평변형을 나타냈으며, 깊은 심도에서부터 그 차이가 크게 발생하는 것으로 확인되었다. 이는 포화지반에 지진이 발생하게 되면 과잉간극수압의 발생으로 인해 지반 구속압이 감소하게 되는 현상에 지배되는 것으로 확인되었다. 또한, 지반에 근입된 말뚝의 영향으로 인근 지반에서의 전단변형률이 작게 발생하고, 과잉간극수압은 말뚝과 멀리 떨어진 지반에 비해 작게 증가하는 경향을 보였다.