최근, 도심지에서 지반침하 및 도로함몰 현상이 빈번하게 발생하고 그 규모가 증가하고 있다. 이에 따라 지반침하를 유발하는 공동 발생의 원인 규명 및 예측을 위한 연구가 다양하게 수행되어 왔으나, 지반 내의 공동 발생 및 확장에 대한 매커니즘의 명확한 규명은 어려운 것이 사실이다. 이는 공동의 정확한 조사가 어려울 뿐만 아니라, 공동 발생에 영향을 미치는 영향인자가 매우 다양하고, 영향인자들의 상관관계 평가가 어렵기 때문이다. 기존의 지반 내 공동 발생에 따른 지반침하에 관한 수치해석적 연구들은 공동의 크기, 포장층 및 상재하중과 같은 영향인자를 주로 고려하였다. 그러나 공동 규모 및 공동 형상의 변화와 같은 영향인자와 영향인자의 관계 분석 결과를 기반으로 하는 지반의 안정성 평가 연구는 다소 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 공동이 발생된 지반의 거동을 수치해석적으로 모사하기 위하여, 공동 발생 현장을 ...
최근, 도심지에서 지반침하 및 도로함몰 현상이 빈번하게 발생하고 그 규모가 증가하고 있다. 이에 따라 지반침하를 유발하는 공동 발생의 원인 규명 및 예측을 위한 연구가 다양하게 수행되어 왔으나, 지반 내의 공동 발생 및 확장에 대한 매커니즘의 명확한 규명은 어려운 것이 사실이다. 이는 공동의 정확한 조사가 어려울 뿐만 아니라, 공동 발생에 영향을 미치는 영향인자가 매우 다양하고, 영향인자들의 상관관계 평가가 어렵기 때문이다. 기존의 지반 내 공동 발생에 따른 지반침하에 관한 수치해석적 연구들은 공동의 크기, 포장층 및 상재하중과 같은 영향인자를 주로 고려하였다. 그러나 공동 규모 및 공동 형상의 변화와 같은 영향인자와 영향인자의 관계 분석 결과를 기반으로 하는 지반의 안정성 평가 연구는 다소 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 공동이 발생된 지반의 거동을 수치해석적으로 모사하기 위하여, 공동 발생 현장을 수치해석 모델로 구현하였으며, 현장 계측 결과를 활용하여 지표침하량 비교를 통한 수치해석 모델의 신뢰성을 검증했다. 또한 검증된 수치해석 모델을 이용하여 도로 하부지반에서 발생된 공동의 형상 및 규모, 포장층의 두께 및 탄성계수와 교통하중 크기를 고려한 공동 발생 지반의 거동을 평가했다. 그리고 수치해석 결과를 바탕으로 공동 발생 지반의 안정성을 분석했다. 수치해석 결과를 통해 공동 발생 지반의 연직변위 및 지표침하량, 응력비 및 안전율 분포에 대한 지반의 거동 분석을 수행했다. 그리고 영향인자를 고려한 공동 발생 지반의 지표침하량과 위험지반영역 산정 결과를 부산시 공동관리 등급 평가지표와 제안함으로써 위험지반영역 및 국부전단파괴에 관한 안정성 평가를 실시했다. 그 결과, 공동 규모 및 교통하중이 증가하고 포장층 두께 및 탄성계수가 감소할수록 공동 상부의 연직변위 및 지표침하량이 크게 나타났으며 허용안전율 미만의 위험지반 영역이 증가함으로써 지반의 안정성이 크게 감소되는 것을 확인했으며 공동 형상이 사각형인 경우가 모서리부 응력집중으로 인해 원형의 공동에 비하여 지반의 안정성이 크게 감소되는 것으로 나타났다. 또한 위험지반 발생영역을 국부전단파괴 영역으로 예측하고 분석한 결과 공동 형상이 사각형인 경우 각 영향인자에 따른 국부전단파괴 조건은 약 60%, 공동 형상이 원형인 경우 국부전단파괴 조건은 약 35%로 나타났다. 공동관리기준에 의해 기 발생된 공동의 등급을 분류한 결과 사각형 공동은 공동 규모가 3.14m2 이상일 경우 긴급등급(D)으로 즉시 통제가 필요한 것으로 나타났고, 기 발생된 공동에 위험지반영역을 공동의 확장으로 고려시 사각형 공동은 일반등급(B)을 위험등급(C)으로, 위험등급(C)을 긴급등급(D)으로, 원형 공동은 공동 규모가 3.14m2이상일 경우 위험등급(C)을 모두 긴급등급(D)으로 분류등급을 제안하였다.
최근, 도심지에서 지반침하 및 도로함몰 현상이 빈번하게 발생하고 그 규모가 증가하고 있다. 이에 따라 지반침하를 유발하는 공동 발생의 원인 규명 및 예측을 위한 연구가 다양하게 수행되어 왔으나, 지반 내의 공동 발생 및 확장에 대한 매커니즘의 명확한 규명은 어려운 것이 사실이다. 이는 공동의 정확한 조사가 어려울 뿐만 아니라, 공동 발생에 영향을 미치는 영향인자가 매우 다양하고, 영향인자들의 상관관계 평가가 어렵기 때문이다. 기존의 지반 내 공동 발생에 따른 지반침하에 관한 수치해석적 연구들은 공동의 크기, 포장층 및 상재하중과 같은 영향인자를 주로 고려하였다. 그러나 공동 규모 및 공동 형상의 변화와 같은 영향인자와 영향인자의 관계 분석 결과를 기반으로 하는 지반의 안정성 평가 연구는 다소 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 공동이 발생된 지반의 거동을 수치해석적으로 모사하기 위하여, 공동 발생 현장을 수치해석 모델로 구현하였으며, 현장 계측 결과를 활용하여 지표침하량 비교를 통한 수치해석 모델의 신뢰성을 검증했다. 또한 검증된 수치해석 모델을 이용하여 도로 하부지반에서 발생된 공동의 형상 및 규모, 포장층의 두께 및 탄성계수와 교통하중 크기를 고려한 공동 발생 지반의 거동을 평가했다. 그리고 수치해석 결과를 바탕으로 공동 발생 지반의 안정성을 분석했다. 수치해석 결과를 통해 공동 발생 지반의 연직변위 및 지표침하량, 응력비 및 안전율 분포에 대한 지반의 거동 분석을 수행했다. 그리고 영향인자를 고려한 공동 발생 지반의 지표침하량과 위험지반영역 산정 결과를 부산시 공동관리 등급 평가지표와 제안함으로써 위험지반영역 및 국부전단파괴에 관한 안정성 평가를 실시했다. 그 결과, 공동 규모 및 교통하중이 증가하고 포장층 두께 및 탄성계수가 감소할수록 공동 상부의 연직변위 및 지표침하량이 크게 나타났으며 허용안전율 미만의 위험지반 영역이 증가함으로써 지반의 안정성이 크게 감소되는 것을 확인했으며 공동 형상이 사각형인 경우가 모서리부 응력집중으로 인해 원형의 공동에 비하여 지반의 안정성이 크게 감소되는 것으로 나타났다. 또한 위험지반 발생영역을 국부전단파괴 영역으로 예측하고 분석한 결과 공동 형상이 사각형인 경우 각 영향인자에 따른 국부전단파괴 조건은 약 60%, 공동 형상이 원형인 경우 국부전단파괴 조건은 약 35%로 나타났다. 공동관리기준에 의해 기 발생된 공동의 등급을 분류한 결과 사각형 공동은 공동 규모가 3.14m2 이상일 경우 긴급등급(D)으로 즉시 통제가 필요한 것으로 나타났고, 기 발생된 공동에 위험지반영역을 공동의 확장으로 고려시 사각형 공동은 일반등급(B)을 위험등급(C)으로, 위험등급(C)을 긴급등급(D)으로, 원형 공동은 공동 규모가 3.14m2이상일 경우 위험등급(C)을 모두 긴급등급(D)으로 분류등급을 제안하였다.
In recent years, there has been an increase in the frequency of occurrence of ground subsidence and road sinkholes in urban areas. Although various studies have been conducted to identify and predict the cause of cavitation, which causes ground subsidence, it is difficult to clearly determine the me...
In recent years, there has been an increase in the frequency of occurrence of ground subsidence and road sinkholes in urban areas. Although various studies have been conducted to identify and predict the cause of cavitation, which causes ground subsidence, it is difficult to clearly determine the mechanism for cavity generation and expansion in the ground. This is because accurate investigation of cavities is challenging; furthermore, the factors that trigger the occurrence of cavities are highly diverse, and the correlation among those factors is difficult to evaluate. Existing numerical studies on ground subsidence due to cavitation of the ground have mainly considered factors such as cavity size, pavement layer, and surcharge. However, there have been relatively few ground stability evaluation studies based on analyses of the relationships between influencing factors, such as changes in cavity size, cavity shape, and other influencing factors. Therefore, this study implemented a numerical analysis model for sites at which cavitation had occurred to numerically simulate the behavior of the ground when a cavitation occurs. The reliability of the numerical analysis model was verified by comparing the amount of ground subsidence using field measurement results. In addition, the behavior of the ground cavity was evaluated by using the verified numerical analysis model. The evaluation factors for the cavity generated in the ground below the road include the shape and size, thickness and modulus of elasticity of the pavement layer, and the traffic load. Then, the stability of the cavity ground was analyzed based on the numerical analysis results. On the basis of the numerical analysis results, the ground behavior was analyzed to determine the distribution of the vertical displacement, surface settlement, stress ratio, and safety factor distribution. In addition, we proposed the result of the ground subsidence and the risky ground area calculation of the cavity-generated ground considering the influencing factors along with Busan city's cavitation management grade evaluation index. Then, we conducted a safety test of the hazardous ground areas and local shear failures. The results indicate that as the cavity size and traffic load increased and the pavement layer thickness and modulus of elasticity decreased, the vertical displacement and surface settlement of the upper portion of the cavity increased. When the cavity shape was rectangular, the stability of the ground was significantly reduced compared to the case when it was circular owing to the stress concentration at the corner. In addition, from the prediction and analysis results obtained when considering the hazardous ground occurrence area as a local shear failure area, for a rectangular cavity shape, the local shear failure condition according to each influencing factor was about 60%, and for a circular cavity shape, the local shear failure condition was about 35%. The result of the classification of the cavities that have already occurred according to the cavitation management standards showed that if the cavity size is 3.14m2 or more, the square cavities require an immediate traffic restriction as an very danger grade (D). Further, if we consider the dangerous ground area as an expansion of the existing cavity, for the square cavity, we proposed danger grade (C) for the normal grade (B), and the very danger grade (D) for the danger grade (C). For the circular cavity, if the size exceeds 3.14m2, the very danger grade (D) is proposed for all grades.
In recent years, there has been an increase in the frequency of occurrence of ground subsidence and road sinkholes in urban areas. Although various studies have been conducted to identify and predict the cause of cavitation, which causes ground subsidence, it is difficult to clearly determine the mechanism for cavity generation and expansion in the ground. This is because accurate investigation of cavities is challenging; furthermore, the factors that trigger the occurrence of cavities are highly diverse, and the correlation among those factors is difficult to evaluate. Existing numerical studies on ground subsidence due to cavitation of the ground have mainly considered factors such as cavity size, pavement layer, and surcharge. However, there have been relatively few ground stability evaluation studies based on analyses of the relationships between influencing factors, such as changes in cavity size, cavity shape, and other influencing factors. Therefore, this study implemented a numerical analysis model for sites at which cavitation had occurred to numerically simulate the behavior of the ground when a cavitation occurs. The reliability of the numerical analysis model was verified by comparing the amount of ground subsidence using field measurement results. In addition, the behavior of the ground cavity was evaluated by using the verified numerical analysis model. The evaluation factors for the cavity generated in the ground below the road include the shape and size, thickness and modulus of elasticity of the pavement layer, and the traffic load. Then, the stability of the cavity ground was analyzed based on the numerical analysis results. On the basis of the numerical analysis results, the ground behavior was analyzed to determine the distribution of the vertical displacement, surface settlement, stress ratio, and safety factor distribution. In addition, we proposed the result of the ground subsidence and the risky ground area calculation of the cavity-generated ground considering the influencing factors along with Busan city's cavitation management grade evaluation index. Then, we conducted a safety test of the hazardous ground areas and local shear failures. The results indicate that as the cavity size and traffic load increased and the pavement layer thickness and modulus of elasticity decreased, the vertical displacement and surface settlement of the upper portion of the cavity increased. When the cavity shape was rectangular, the stability of the ground was significantly reduced compared to the case when it was circular owing to the stress concentration at the corner. In addition, from the prediction and analysis results obtained when considering the hazardous ground occurrence area as a local shear failure area, for a rectangular cavity shape, the local shear failure condition according to each influencing factor was about 60%, and for a circular cavity shape, the local shear failure condition was about 35%. The result of the classification of the cavities that have already occurred according to the cavitation management standards showed that if the cavity size is 3.14m2 or more, the square cavities require an immediate traffic restriction as an very danger grade (D). Further, if we consider the dangerous ground area as an expansion of the existing cavity, for the square cavity, we proposed danger grade (C) for the normal grade (B), and the very danger grade (D) for the danger grade (C). For the circular cavity, if the size exceeds 3.14m2, the very danger grade (D) is proposed for all grades.
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