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문제 정의
- 이러한 토목섬유로 보강된 도로 제방사면에 대하여 외국에서는 미연방도로국 (FHWA), Schmertmann, Leschinsky와 Boedeker(1989), Jewell(1996)등에 의해서 설계와 시공지침 등이 나와있으나 국내에서의 설계기준과 시공실적은 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구의 목적은 가정단면에 대하여 한계평형해석을 통해 보강재의 포설길이와 간격을 변화시켜가며 안전율의 변화를 알아보는데 있다. 또한 수치해석을 통해 한계 평형해석에서 고려할 수 없는 사면의 변위와 응력 및 보강재에 발현되는 인장력을 산출하여 보강길이의 변화에 따른 사면의 거동을 파악하고 효과적인 보강재의 배치를 평가하는데 있다.
- 따라서, 본 연구의 목적은 가정단면에 대하여 한계평형해석을 통해 보강재의 포설길이와 간격을 변화시켜가며 안전율의 변화를 알아보는데 있다. 또한 수치해석을 통해 한계 평형해석에서 고려할 수 없는 사면의 변위와 응력 및 보강재에 발현되는 인장력을 산출하여 보강길이의 변화에 따른 사면의 거동을 파악하고 효과적인 보강재의 배치를 평가하는데 있다.
- 보강재의 포설 간격은 보강재의 길이와 함께 설계시 결정해야 할 사항으로 보강재의 길이와 마찬가지로 FHWA 직접설계법이나 각 도표설계법에서 결정된다. 본 연구에서는 보강재의 포설간격에 따른 안전율의 변화를 알아보기 위해 보강길이가 증가해도 안전율의 추가적인 증가가 없는 보강길이를 RSS를 이용하여 산정한 후, 해석을 하였다. 보강재의 포설간격은 최소 0.
- 7배를 적용하며, 보강사면의 경우에는 각 학자들에 의해 제시된 이론과 도표에 의해서 설계길이를 결정한다. 본 연구에서는 소정의 안전율을 확보하기 위한 보강재의 길이에 따른 영향을 평가하기 위하여 보강재의 길이 이외의 조건을 고정시키고 보강재의 길이변화에 따른 안전율의 변화를 살펴보았다. 그리고 보강재의 포설간격은 0.
- 본 연구에서는 토목섬유로 보강된 도로제방사면의 거동특성 규명을 위해 가상단면에 대해 한계평형해석에 기초한 매개변수 연구를 수행하여 비보강시와 보강시의 안전율을 비교하였으며, 보강재의 길이 증가와 보강간격의 변화에 따른 안전율의 증감을 알아보았다. 그리고 수치해석을 통하여 동일한 단면을 갖는 보강사면에 대해, 예상 파괴영역, 수평변위, 수평응력, 보강재에 작용하는 최대인장력의 크기 및 분포를 비교, 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
- 해석단면은 사면의 좌측과 우측으로 각각 사면높이의 2배와 3배까지 설정하였으며 기초지반의 깊이는 사면높이의 2배까지 확대하여 설정하였다. 그리고 상재하중은 일반적인 도로포장체의 무게를 고려하여 10 kN/m2의 등분포 하중이 작용하는 것으로 가정하였다.
- 의 등분포 하중이 작용하는 것으로 가정하였다. 또한 기초는 매우 단단한 강성을 지닌 지반으로 가정하였다. 신장계수는 일반적으로 유연성을 가진 보강재의 경우는 1, 강성보강재일 경우는 0의 값을 사용하며 보강재의 상태에 따라 0～1사이에서 적절한 값을 선택해야 한다.
- 안전율 산정은 Bishop의 간편법에 기초하고 가상파괴형상은 원호파괴로 가정하여 해석을 수행하며 사면에 작용하는 하중을 고려할수 있다. 또한 기초지반은 매우 단단한 지반으로 가정하여 파괴형상은 선단파괴 또는 사면내 파괴형상으로 나타나도록 하였으며 저부파괴는 고려하지 않았다. 안전율 산정은 임의의 가상파괴면들에 대하여 반복계산을 통한 안전율을 산정한 후 이중 최소의 안전율을 최종 안전율로 결정한다.
- 한국도로공사 도로제방 성토사면기준구배에서는 양질의 사질토일 경우 사면고 5m이하에서는 30°～33°, 5m～15m에서는 26°～30°로 제안하고 있으며 사면고 최대 약 15m까지 구배기준이 정해져있다. 본 연구에서는 사면의 경사도 β를 기준구배에 속하는 경사 30°와 기준구배 보다 급경사인 35°,40°,45°의 경사를 갖는 사면높이 10m 의 도로 제방사면의 단면을 가정하였다. 가정한 단면을 그림 3에 나타내었다.
- 본 연구에서 사용한 RSS프로그램은 비보강사면과 보강 길이와 간격을 변화시키며 보강사면의 안전율을 산정할수있는 프로그램이다. 안전율 산정은 Bishop의 간편법에 기초하고 가상파괴형상은 원호파괴로 가정하여 해석을 수행하며 사면에 작용하는 하중을 고려할수 있다. 또한 기초지반은 매우 단단한 지반으로 가정하여 파괴형상은 선단파괴 또는 사면내 파괴형상으로 나타나도록 하였으며 저부파괴는 고려하지 않았다.
- 해석에 사용된 사면과 기초지반의 기본물성치는 표 1과 같으며 상재하중은 일반적인 도로포장체의 무게를 고려하여 10 kN/m2의 등분포 하중이 작용하는 것으로 가정하였다. 또한 기초는 매우 단단한 강성을 지닌 지반으로 가정하였다.
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