오랜 기간에 걸쳐 지하 박스구조물은 상·하수도, 도시가스, 전기, 전화, 고속도로 및 철도 등의 구조물을 축조하기 위하여 사용되어 왔으며, 앞으로도 토지의 효용성, 도시의 교통 및 환경문제 등을 위하여 대형 박스구조물의 건설이 증가할 것이다. 기존의 설계법은 박스의 상·하단면에 작용하는 연직토압을 산출하기 위하여 박스구조물과 뒤채움흙의 상대변위만 고려하는 Marston이론 및 이의 수정식들이 대부분 이용되고 있으며, 측면에 작용하는 수평토압을 산출하기 위하여 Jaky(1944)에 의한 정지토압이 이용되고 있다. 하지만, 대부분의 지하 박스구조물의 시공은 ...
오랜 기간에 걸쳐 지하 박스구조물은 상·하수도, 도시가스, 전기, 전화, 고속도로 및 철도 등의 구조물을 축조하기 위하여 사용되어 왔으며, 앞으로도 토지의 효용성, 도시의 교통 및 환경문제 등을 위하여 대형 박스구조물의 건설이 증가할 것이다. 기존의 설계법은 박스의 상·하단면에 작용하는 연직토압을 산출하기 위하여 박스구조물과 뒤채움흙의 상대변위만 고려하는 Marston이론 및 이의 수정식들이 대부분 이용되고 있으며, 측면에 작용하는 수평토압을 산출하기 위하여 Jaky(1944)에 의한 정지토압이 이용되고 있다. 하지만, 대부분의 지하 박스구조물의 시공은 원지반을 굴착한 후에 박스를 거치하고, 되채움하는 순서로 진행되므로 기존의 설계법은 기본가정에서부터 실제와 상이하므로 비합리적이다. 따라서, 본 논문에서는 모형토조실험장치를 제작하여 뒤채움 형상 및 뒤채움 흙의 상대밀도 등에 따른 박스 상·하단에 작용하는 연직토압 및 측면에 작용하는 수평토압을 관찰하였다. 그리고 그 결과를 기존의 이론식들에 의한 토압과 비교 및 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 모형실험결과 박스 상부슬래브에 작용하는 연직토압은 되채움 흙의 자중(γH)에 일치하지 않았고, 되채움 단면의 형상 및 상대밀도에 따라 다르게 작용하였다. 박스 측면에 작용하는 수평토압의 분포형상은 굴착폭이 작은 경우 완만한 기울기의 선형적인 증가를 보이고 굴착폭이 증가함에 따라 삼각형 형태의 비선형적인 분포를 보였다. 또한 굴착면 경사(θ)가 완만해짐에 따라서 수평토압이 상부에서는 깊이에 따라 증가하다가 하부로 깊어질수록 감소하는 분포형상을 보였다. 박스 저판에 작용하는 반력의 분포는 전체적으로 저판의 중앙부에서 γ(H+Ho)보다 작은 값을 보이며 측면으로 갈수록 급격히 증가하는 양상을 보였다. (2) 박스 상부에 작용하는 연직토압은 구조물 중앙부에서 약 0.6d(B/2)지점까지 Marston의 연직토압식에 의한 값보다 작았지만 그 이후 급격히 증가하였고, Bierbaumer의 계산식은 γH보다 작았으며 실험결과와는 다소 차이가 났다. 박스구조물 측벽에 작용하는 수평토압은 굴착폭이 아주 좁을 경우 사일로 이론과 잘 일치하였고, 굴착폭이 증가함에 따라 사일로 이론은 상부에서 다소 큰 분포를 보이며 하부로 갈수록 비슷한 분포를 보였다. 그리고 굴착면이 경사진 경우, 사일로 이론의 보완식이 전반적으로 실험결과보다 큰 경향을 보였고 경사가 완만해질수록 그 차이가 크게 나타났다. 또한 정지토압과는 상당한 차이를 보이지만 굴착폭이 커질수록 정지토압에 근접함을 알 수 있었다.
오랜 기간에 걸쳐 지하 박스구조물은 상·하수도, 도시가스, 전기, 전화, 고속도로 및 철도 등의 구조물을 축조하기 위하여 사용되어 왔으며, 앞으로도 토지의 효용성, 도시의 교통 및 환경문제 등을 위하여 대형 박스구조물의 건설이 증가할 것이다. 기존의 설계법은 박스의 상·하단면에 작용하는 연직토압을 산출하기 위하여 박스구조물과 뒤채움흙의 상대변위만 고려하는 Marston이론 및 이의 수정식들이 대부분 이용되고 있으며, 측면에 작용하는 수평토압을 산출하기 위하여 Jaky(1944)에 의한 정지토압이 이용되고 있다. 하지만, 대부분의 지하 박스구조물의 시공은 원지반을 굴착한 후에 박스를 거치하고, 되채움하는 순서로 진행되므로 기존의 설계법은 기본가정에서부터 실제와 상이하므로 비합리적이다. 따라서, 본 논문에서는 모형토조실험장치를 제작하여 뒤채움 형상 및 뒤채움 흙의 상대밀도 등에 따른 박스 상·하단에 작용하는 연직토압 및 측면에 작용하는 수평토압을 관찰하였다. 그리고 그 결과를 기존의 이론식들에 의한 토압과 비교 및 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 모형실험결과 박스 상부슬래브에 작용하는 연직토압은 되채움 흙의 자중(γH)에 일치하지 않았고, 되채움 단면의 형상 및 상대밀도에 따라 다르게 작용하였다. 박스 측면에 작용하는 수평토압의 분포형상은 굴착폭이 작은 경우 완만한 기울기의 선형적인 증가를 보이고 굴착폭이 증가함에 따라 삼각형 형태의 비선형적인 분포를 보였다. 또한 굴착면 경사(θ)가 완만해짐에 따라서 수평토압이 상부에서는 깊이에 따라 증가하다가 하부로 깊어질수록 감소하는 분포형상을 보였다. 박스 저판에 작용하는 반력의 분포는 전체적으로 저판의 중앙부에서 γ(H+Ho)보다 작은 값을 보이며 측면으로 갈수록 급격히 증가하는 양상을 보였다. (2) 박스 상부에 작용하는 연직토압은 구조물 중앙부에서 약 0.6d(B/2)지점까지 Marston의 연직토압식에 의한 값보다 작았지만 그 이후 급격히 증가하였고, Bierbaumer의 계산식은 γH보다 작았으며 실험결과와는 다소 차이가 났다. 박스구조물 측벽에 작용하는 수평토압은 굴착폭이 아주 좁을 경우 사일로 이론과 잘 일치하였고, 굴착폭이 증가함에 따라 사일로 이론은 상부에서 다소 큰 분포를 보이며 하부로 갈수록 비슷한 분포를 보였다. 그리고 굴착면이 경사진 경우, 사일로 이론의 보완식이 전반적으로 실험결과보다 큰 경향을 보였고 경사가 완만해질수록 그 차이가 크게 나타났다. 또한 정지토압과는 상당한 차이를 보이지만 굴착폭이 커질수록 정지토압에 근접함을 알 수 있었다.
Buried box structures are used for highway, railway and public utilities such as water supply, sewerage and electric works. Such use will be increased for land efficiency, traffic and environmental problems in the future. In the design method for box structure, for the vertical pressure on the top o...
Buried box structures are used for highway, railway and public utilities such as water supply, sewerage and electric works. Such use will be increased for land efficiency, traffic and environmental problems in the future. In the design method for box structure, for the vertical pressure on the top of the structure and for the lateral pressure on the wall, the Marston's and Jaky's(1944) equations are used in practice, respectively. However, the existed design methods does not consider the excavation geometry and the backfill process. Here, a model experiment was performed for the earth pressures acting on a buried box structure, which was considered both the backfill geometry and process. And the experimental data was compared with those by the existed methods. The results of comparison are as follows； (1) The vertical pressure by the model experiment was different with the self weight(γH), but depending on the geometry and relative density of backfill. The lateral pressure was linearly increased with increasing the backfill space. In the wide space of the backfill, the pressure was roughly increased linearly with depth in the upper part, but it was decreased with depth in the lower part. The reaction pressure under the base of the box showed the value less than γ(H+Ho) at the center and the larger at the outer position. (2) The measured vertical pressure was less than that of Marston's equation at the distance between the center and 0.6d/(B/2). And, at the outer of 0.6d/(B/2) the measured one was increased so rapidly as the calculated one. However, the calculated value by Bierbaumer was less than γH, and was different with the measured. The calculated lateral pressure by the Silo theory agreed well with the measured one in the narrow backfill width. But in the wide width the calculated value was slightly larger than the measured at the upper part and showed a similar trend at the lower part. When the excavated surface was inclined, the calculated pressure was so much different with the measured and the value at rest.
Buried box structures are used for highway, railway and public utilities such as water supply, sewerage and electric works. Such use will be increased for land efficiency, traffic and environmental problems in the future. In the design method for box structure, for the vertical pressure on the top of the structure and for the lateral pressure on the wall, the Marston's and Jaky's(1944) equations are used in practice, respectively. However, the existed design methods does not consider the excavation geometry and the backfill process. Here, a model experiment was performed for the earth pressures acting on a buried box structure, which was considered both the backfill geometry and process. And the experimental data was compared with those by the existed methods. The results of comparison are as follows； (1) The vertical pressure by the model experiment was different with the self weight(γH), but depending on the geometry and relative density of backfill. The lateral pressure was linearly increased with increasing the backfill space. In the wide space of the backfill, the pressure was roughly increased linearly with depth in the upper part, but it was decreased with depth in the lower part. The reaction pressure under the base of the box showed the value less than γ(H+Ho) at the center and the larger at the outer position. (2) The measured vertical pressure was less than that of Marston's equation at the distance between the center and 0.6d/(B/2). And, at the outer of 0.6d/(B/2) the measured one was increased so rapidly as the calculated one. However, the calculated value by Bierbaumer was less than γH, and was different with the measured. The calculated lateral pressure by the Silo theory agreed well with the measured one in the narrow backfill width. But in the wide width the calculated value was slightly larger than the measured at the upper part and showed a similar trend at the lower part. When the excavated surface was inclined, the calculated pressure was so much different with the measured and the value at rest.
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