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문제 정의
- 토류벽이 파괴된다.이에 대처하기 위하여 일반적으료 설계시에 많이 적용되는 Coulomb(1776a)이 론을 기 본으로, 정 적 인 토압을 구하고 동하중에 의한 토압을 산정함으로서 동하중올 받는 구조물에 작용하는 토압을 고찰하고자 하였다. 동하줌이 작용히는 구조물에서 토압을 구하기 위하여 토조모형실험을 실행하있으며, 모형실험 장치로서 진동대 및 토조 장치를 설계 , 제작하여 병진거 리 에 따른 운동으로 진동을 가하여 토압을 산정하였다.
가설 설정
- (1) 벽체의 변위는 최소주동토압이 일어날만큼 중분하다.
- (2) 흙의 파괴면은 그림 1과 같이 면을 따라 평면으로 일어난다.
- (4) 뒷채움 흙은 강성 체로 취급한다.
제안 방법
- 3종류 시료 각각에 대하여 병진거리를40mm, 90mm 130mm 크기의 3종류로 변화시 키 고, 토조에 시료를 채우는 방법은 10cm마다 강사와 롤러 다짐, 진동다짐으로 구분하여 실험 케이스를 설정하였으며, 이를 요약하고 기호로 나타내면 다음 표 4와 같다
- 이에 대처하기 위하여 일반적으료 설계시에 많이 적용되는 Coulomb(1776a)이 론을 기 본으로, 정 적 인 토압을 구하고 동하중에 의한 토압을 산정함으로서 동하중올 받는 구조물에 작용하는 토압을 고찰하고자 하였다. 동하줌이 작용히는 구조물에서 토압을 구하기 위하여 토조모형실험을 실행하있으며, 모형실험 장치로서 진동대 및 토조 장치를 설계 , 제작하여 병진거 리 에 따른 운동으로 진동을 가하여 토압을 산정하였다. 실험방법으로는흙의 종류에 따라 강성 토류벽면에 뒷채움토를 여러가지 다짐방법의 조건에서 동하중을 작용하여 가속도와 수평토압, 수평주동토압계수 그리고 전토압 등을 구하였으며 , 뒷채움토에 따른 수평기속도와 동적 주동토압계수와의 관계, 수평가속도와 동적주동토압 증분과의 관계를 실험에 의한 결과와 기존의 동적 이론인 Mononohe- Okabe(I929a)식의 결과와 비교 분석하였으며, 분석결과를 토대로 수치해석하여 실험결과와 비교 · 고찰하였다.
- 본 연구는 동하중에 의한 토압의 중가를 분석 하기 위한 실험을 실시하고, 여기서 측정된 실험치를 기존이론 및 유한요소 해석 결과와 비교, 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본싶험 에 사용된 진동모델실험 장치 는동적인 하중이 작용할 때, 이에 작욤하는 토압을 연구할 목적으로 설계하여, 기계제작공장에서 사진 [과 깉-이 제작하였으며, 토조 싦험 장치 의 정 면도, 측민도는 그림 2와 같다. 실험장치는 크게 실험대, 토조, 옹벽 지 지 대 및 토압측정장치, 진동하중 발생징-치, 진동측정징-치, 강사기, 롤리 듬으로구성되며, 진동하중 발생장치는사진 1과 같이 토조중앙(하단에서 67cm) 의 높이에 직경 35cm의 원형철판 2장과 원형판을 회전시키는 핸들을 양쪽으로 부착하였고, 이 원형 철핀을 회선시키면 원형판의 흠에 연결된 봉의 베아링에 의하여 원주를 따라 회전하고, 토조와 연결된 봉이 원운동을 수평병진운동으로 바뀔 수 있도록 제작하였다 수평병진거리는 실험 case에 따라 변경이 가능하도록 하였으며, 병진거리
- 실험에서 측정된 토압을, 이론식에 의해 산출된 토압, 유한요소 해석 에 의해 산출된 토압과 비 교, 분석하였다. 실험에서 측정된 토압분포에 의해 전토압, 동적주동토압계수를 산출하였고, 이론에 의한토압은실험에 사용된 시료의 물성을 이용하여 이론식에 적용하여 산출하였으며, 유한요소 해석 에 의한 토압은 실험에 사용된 시료의 물리적 성질 및 강도정수를 이용하여 에메랄드 소프트사에서 제작한 유한요소 해석프로그램 Pentagon 2D, 3D로 분석하였다.
- 같다. 실험장치는 크게 실험대, 토조, 옹벽 지 지 대 및 토압측정장치, 진동하중 발생징-치, 진동측정징-치, 강사기, 롤리 듬으로구성되며, 진동하중 발생장치는사진 1과 같이 토조중앙(하단에서 67cm) 의 높이에 직경 35cm의 원형철판 2장과 원형판을 회전시키는 핸들을 양쪽으로 부착하였고, 이 원형 철핀을 회선시키면 원형판의 흠에 연결된 봉의 베아링에 의하여 원주를 따라 회전하고, 토조와 연결된 봉이 원운동을 수평병진운동으로 바뀔 수 있도록 제작하였다 수평병진거리는 실험 case에 따라 변경이 가능하도록 하였으며, 병진거리
- 높이조절을 할 수 있도록히.여 시료의 상대밀도를 쉽게 조절할 수 있도록하였다 이 장치를 이용하여 황강모래, 주문진 표준모래, 점성토의 각각에 대하여 균질하게 흙을 강사하여 토조에 채움을 한 후, 토압이 안정되면 정적인상태에서의 토압을 측정하고, 진동을 발생시켜서 토압과 가속도변화를 측정하였다.
- 진 량읍에서 채취 한 점성토를 사용하였다. 이 3종류 시료들의 물리적 특성을 알기 위하여 체분석시험, 비중시험, 함수비시험, 건조 및 습윤단위중량시험, 상대밀도시험 등을 실시하였고, 삼축압축시험에 의하여 전단강도정수를 구하였다. 실험에 사욤된 시료의물리적 특성은 표 1~표3과 같다.
- 초기 단계로서 강사, 롤러 다짐, 진동다짐 에 따른 지반의 물성치를 대입하여 초기음력상태롤 산출하였으며, 실험에서와 동일한 상태로40mm, 90mm, 130mm의 병친거리로 1호간 1회 병진운돔의 속도로 신동을 실시하여 0.2초간격으로 토압을 산출하였다.
- 해석모형의 모델링시 실제 실험과같은조건을주기 위하여 토조벽체는 강성벽체로 변위 발생이 없는 것으로 가정하여 변위를 구속하였으며, 실험시료는 전단면을 모델화하여 평면 변형률 조건하에서 탄소성 해석을 실시하였다 초기응력은 缶 = 泌식에 의해계산된, 즉 지표로부터 깊이에 해당되는 시료자체의 중력이 작용하며, 측면경계면에 작용하는 응력은 토질특성에 따른 측압계수로 초기옹력을 산정하였다. 해석에 이용된 각시료의 입력상수는 표1~표3에 나타난물리적특성과표 5의 값을사욤하였다.
- 황강모래, 주문진 표준모래, 점성토에 대해 8층으로 나누어 10cm 높이로 강사 후, 직경 20cm, 길이30cm, 중랑 22kg인 무근콘크리트 원기둥형 롤러로 왕복 10회 다짐을 실시하고, 토압이 안정되면 정적상태의 토압을 측정 후진동을 발생시 켜서 토압과 가속도변화를 측정하였다, 롤러에 의한 층다짐시 롤러가 원형이므로 토조 코너 부분은 다른 곳에 비해 다짐 이 불충분하므로, 이를 해 결하기 위하여 강성 을 가진 plate판을 강사된 코너 부분에 놓고, 그 위 에서 롤러를 이용해 다짐을 실시 하였다
- 황강모래, 주문진 표준모래, 점성토에 대해 강사기로 10cm 높이에서 강사후, 토조를 20회 병진운동을 하여 진동 층다짐올 하고, 토압이 안정되면 정 적싱-태의 토압을 측정한 후진 동을 발생시 켜서 토압과 가속도변화를 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 시료는 경남 합천군 용주리에 위치한 황강의 일반모래와 주문진 표준모래, 그리고 경북 경산군 진 량읍에서 채취 한 점성토를 사용하였다. 이 3종류 시료들의 물리적 특성을 알기 위하여 체분석시험, 비중시험, 함수비시험, 건조 및 습윤단위중량시험, 상대밀도시험 등을 실시하였고, 삼축압축시험에 의하여 전단강도정수를 구하였다.
데이터처리
- 동하줌이 작용히는 구조물에서 토압을 구하기 위하여 토조모형실험을 실행하있으며, 모형실험 장치로서 진동대 및 토조 장치를 설계 , 제작하여 병진거 리 에 따른 운동으로 진동을 가하여 토압을 산정하였다. 실험방법으로는흙의 종류에 따라 강성 토류벽면에 뒷채움토를 여러가지 다짐방법의 조건에서 동하중을 작용하여 가속도와 수평토압, 수평주동토압계수 그리고 전토압 등을 구하였으며 , 뒷채움토에 따른 수평기속도와 동적 주동토압계수와의 관계, 수평가속도와 동적주동토압 증분과의 관계를 실험에 의한 결과와 기존의 동적 이론인 Mononohe- Okabe(I929a)식의 결과와 비교 분석하였으며, 분석결과를 토대로 수치해석하여 실험결과와 비교 · 고찰하였다.
- 분석하였다. 실험에서 측정된 토압분포에 의해 전토압, 동적주동토압계수를 산출하였고, 이론에 의한토압은실험에 사용된 시료의 물성을 이용하여 이론식에 적용하여 산출하였으며, 유한요소 해석 에 의한 토압은 실험에 사용된 시료의 물리적 성질 및 강도정수를 이용하여 에메랄드 소프트사에서 제작한 유한요소 해석프로그램 Pentagon 2D, 3D로 분석하였다.
성능/효과
- 1) 동하중에 의해 측정된 수평지진가속도계수는 병진거리가 길고, 입도분포가 좋은 황강모래에서 진동다짐한 경우에 최대로 나타났다.
- 2) 깊이 별토압분포는 병 진거 리가 클수록, 다짐이 잪 될수록 크게 나타났고, 뒷채움흙의 종류별로는 홤강모래, 표준사, 점성토 순으로 크게 나타났다. 그리고 실힘에 의 한 토압이 유한요소 해석 결과보다 5 ~ 26%정도 크게 나타났다.
- 3) 전토압은 입도분포가좋은 황강모래에서 가장크게 나타나고, 표준사, 점성토 순이며, 병진거리가 길수록 45%정도, 진동다짐 일수록 4%정도 크게 나타났디、내부마찰각의 변화에 따라서는 내부마찰각이 커지면서 전 토압의 크기가 증가하는 것을 알 수 있었으며, 수평지진 가속도 계수가에서 전토압의 증가가 두드러지게 나타남을 알 수 있었다. 수평 지진 가속도계수의 변화에 따라서는 황강모래와 표준사는 비슷한 경향을 나타내고 있지만, 점 성 토에서 는 다소 차이를 보이고 있다.
- 4) 농적주동토압게수는 점성토, 표준사, 황강모래 순으로 m게 나타났으며, 병진거리가길수록40%정도, 강사일수록 크게 나타났다. 니부마찰각의 변화에 따른 동적주동토압게수는 내부마찰각이 커지면서 감소하는 것을 알 수 있으며, 수평지진가속도계수가。0.
- 5) 진동시 전토압의 작용점은실험의 경우 이론과 유사한 0.33H 범뮈내에 존재했으며, 유한요소 해석치의 경우 0.36H 범위내에 있었다. 그리고, 다짐방법에 따른 차이는 미소했지만, 병진거리가 길어지면서 다소 상승하는 경향을 나타냈다.
- 6) 수평지진가속도계수에 따튼 토압증분은 상대밀도가 가장 높은 황강모래에서 가장 그고, 점성토가 가장 작게 나타났다. 증분추세경향은 황강모래나 표준사는 실험치, 이론치, 유한요소 해석치가 유사한 추세를 나타내고 있으나, 점성토의 경우추세곡선이 수평지진 가속도 계수가 증가하면서 싶험치와 유한요소 해석치가 분산되는 경힝을 보여주고 있다.
- 점성토 순으로 크게 나타났다. 그리고 실힘에 의 한 토압이 유한요소 해석 결과보다 5 ~ 26%정도 크게 나타났다.
- 36H 범위내에 있었다. 그리고, 다짐방법에 따른 차이는 미소했지만, 병진거리가 길어지면서 다소 상승하는 경향을 나타냈다. 내부마찰킥-의 변회-에 따튼 작용위치는 큰 차이 없이 실험종류별로 유사하며, 수평지진가속도계수의 증가에 따라 작용점의 위치가 미세하게 높아짐을 알 수 있었다
- 그리고, 다짐방법에 따른 차이는 미소했지만, 병진거리가 길어지면서 다소 상승하는 경향을 나타냈다. 내부마찰킥-의 변회-에 따튼 작용위치는 큰 차이 없이 실험종류별로 유사하며, 수평지진가속도계수의 증가에 따라 작용점의 위치가 미세하게 높아짐을 알 수 있었다
- 수평지진가속도변화에 따라 그림 15~그림 17에 나타었다. 돔적주동토압계수는 그림 15에서와 같이 점성토, 표준사, 황강모래 순으로 크게 나타났으며, 병진거리가 길수록, 강사일수록 크게 나타났다. 그림 16에서 내부 마찰각의 변화에 따른 동적주동토압계수는 내부 마찰각이 커지면서 그기가 감소하는 깃을 알 수 있다.
- 수평지진기속도계수는 실험에 사용된 5개(그림 2의 MSI~MS5)의 진동측정기 중에서 파괴시 주동영역(삼각쐐기) 내에 설치된MS1, MS2, MS33개의 측정기에서 측정된 가속도의 최대치를 평균한 값을 사용하였디、측정된 수평지진가속도계수는 그림 3에서 나타난 바와 같이 녕진거리가 길수록 큰 값이 측정되었으며, 그림 4는 황강모래에서 진동다짐을 한 경우 병진거리를 길 게 했을 때의 삼축진동측정 기 에서 측정된 수평가속도의 시간이 력 곡선을 나타낸 것이다.
- 실험에서 측정된 3종류 뒷채움에 대한 토압분포는 각각 그림 5 ~그림 7과 같으며, 그림 에서와 같이 토압의 크기는 홤강모래, 표준모래, 점성토의 순으로, 병진거리 별로는 병 진거리 가 멀수록, 다짐 방식 별로는 신동다짐, 롤러다짐, 강사의 순으로토압이 크게 나타났다. 또한 0.
- 936이다. 이상과 같이 추세곡선으로 추정시 점성토보다는 황강모래가 증분량이 커지고 있음을 알 수 있다.
- 전토압의 크기는 그림 12와 같이 황강모래, 표준사, 점성토 순으로 크게 나타났으며, 병 진거리 가 길수록, 진동다짐일수록 크게 나타났다. 또한 내부마찰각의 변화에 따른 전토압은 내부마찰각이 커 지 면서 전토압의 크기가 증가하는것을 그림 13에서 알 수 있으며, 수평지진가속도제수의 更화에 따른 전토압크기는ri림【4에서 수평지진가속도계수가 커지면서 전토압의 크기가 증기하는 것을 알 수 있다.
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