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기초지반의 침하가 계단식 보강토 옹벽의 거동에 미치는 영향
Behavior of Geosynthetic Reinforced Modular Block Walls with Settlement of Foundation 원문보기

한국토목섬유학회 논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.4 no.4, 2005년, pp.13 - 21  

유충식 (성균관대학교 토목공학과) ,  정혜영 (성균관대학교 토목공학과) ,  송아란 (성균관대학교 토목공학과)

초록
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본 논문에서는 계단식 보강토 옹벽의 거동에 미치는 기초지반 침하의 영향에 관한 연구내용을 다루었다. 이를 위해 국내에서 기 시공된 현장 계단식 보강토 옹벽의 설계단면을 일반화하여 기본적인 설계단면을 설정하고, 검증된 유한요소모델을 이용하여 기초지반의 조건 및 상단의 이격거리에 대한 매개변수연구를 실시하였다. 그 결과 기초지반의 강성저하로 인해 기초지반의 침하와 아울러 보강토체의 강체이동이 발생하며, 이는 외적안정성을 감소시켜 벽체의 수평변위 및 유발인장력이 증가되는 원인으로 작용할 뿐만 아니라 하단옹벽의 내적안정성 저하의 원인으로도 작용하는 것으로 나타났다. 또한 상단의 이격거리가 증가함에 따라 하단의 벽체 변위와 유발인장력은 감소하는 양상을 나타냈으나 이격거리가 크지 않은 경우 상단옹벽 처리기준의 차이에도 불구하고 그 감소폭이 적어 상단옹벽의 영향평가 기준에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 나타났다. 본 고에서는 이러한 연구 결과를 토대로 현 FHWA 설계기준설계기준의 타당성을 검토하였으며, 해석적 결과에 근거하여 불량한 기초 지반 조건하에 시공되는 옹벽에 대한 설계 주안점을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the results of an investigation on the effects of settlement of foundation on the behavior of geosynthetic-reinforced modular block walls in a tiered arrangement using the finite-element method of numerical analysis. A parametric study was performed by varing the foundation condi...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 많은 시공현장에서 불량한 기초지반(yielding)에 보강토 옹벽이 시공되는 경우가 빈번히 발생하고 있으며 이러한 경우에 있어서 설계 시 가정한 상황과 시공조건이 상이하므로 설계 시 적용된 보강토 옹벽의 모형은 실제 거동 메커니즘을 반영하는데 많은 문제점을 야기할 수 있다. 따라서 견고한 지반뿐만 아니라 불량한 기초지반에 시공되는 계단식 보강토 옹벽의 역학적 거동에 대한 명확한 규명과 더불어 이를 현장 옹벽의 설계 및 시공에 반영하는 노력이 필요하다고 하겠다.
  • 이러한 관점에서 본 논문에서는 수치 해석적 접근을 통해 기초지반의 침하에 따른 계단식 보강토 옹벽의 거동 및 파괴메커니즘을 고찰하였으며, 이와 아울러 계단식 보강토 옹벽의 중요 설계인자인 상·하단 옹벽의 이격거리에 따른 매개변수 연구를 수행하였다. 또한 이러한 분석을 통해 불량한 기초지반 조건 하의 계단식 보강토 옹벽에 대한 보다 합리적인 설계 지침을 제시하는데 주안점을 두었다.
  • 본 연구에서는 기초지반의 강성 및 상단 이격거리에 대한 매개변수 연구를 통해 벽체의 수평변위 및 유발인장력을 토대로 기초지반의 침하에 따른 계단식 보강토 옹벽의 전반적인 거동 특성을 분석하였다. 또한 이러한 연구결과를 토대로 현 FHWA 설계기준의 타당성을 검토함과 아울러 불량한 기초 지반 조건 하에 시공되는 옹벽에 대한 설계 주안점을 제시하였다. 본 연구에서 얻어진 결과 및 설계 시 주의 사항을 요약하면 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 기초지반의 강성 및 상단 이격거리에 대한 매개변수 연구를 통해 벽체의 수평변위 및 유발인장력을 토대로 기초지반의 침하에 따른 계단식 보강토 옹벽의 전반적인 거동 특성을 분석하였다. 또한 이러한 연구결과를 토대로 현 FHWA 설계기준의 타당성을 검토함과 아울러 불량한 기초 지반 조건 하에 시공되는 옹벽에 대한 설계 주안점을 제시하였다.
  • 본 연구에서는 수치해석적 접근을 통한 계단식 보강토 옹벽의 거동평가를 위해 국내에서 기 시공된 현장 계단식 보강토 옹벽의 설계단면을 일반화하여 기본단면을 설정하였다(그림 1). 보이는 바와 같이 대상옹벽은 총 10.
  • 본 연구에서는 전술한 바와 같이 기본 단면을 토대로 기초지반의 침하와 상단 옹벽의 이격거리에 따른 계단식 보강토 옹벽의 역학적 거동을 고찰하고자 다양한 조건에 대한 매개변수연구를 수행하였다. 고려한 조건에 대한 세부적인 사항은 표 4에 제시되어 있는데 보이는 바와 같이 기초지반의 침하의 영향을 고찰하기 위한 목적으로 Case 1에 대해 기초의 조건을 연성(Yielding)과 강성(Non-Yielding)으로 변화시켜 검토를 실시하였으며, 연성기초의 경우 이격거리의 영향 파악을 위해 각각 이격거리가 다른 세 가지 기본조건을 비교하였다.
  • 본 절에서는 D=0.25H인 Case 1 조건 하의 연성과 강성기초지반인 경우에 대해서 벽체의 거동 및 파괴 양상을 비교, 분석하여 기초지반의 조건이 보강토 옹벽의 거동에 미치는 영향을 고찰하였다.
  • 본 절에서는 전술한 바와 같이 기초지반이 연성인 경우 상·하단 옹벽의 이격거리에 따라 변위양상과 보강재에 발생하는 최대 유발인장력이 변화하는 양상을 살펴보았다(그림 11~13). 이때 비교대상인 Case 1(D=0.
  • 이러한 관점에서 본 논문에서는 수치 해석적 접근을 통해 기초지반의 침하에 따른 계단식 보강토 옹벽의 거동 및 파괴메커니즘을 고찰하였으며, 이와 아울러 계단식 보강토 옹벽의 중요 설계인자인 상·하단 옹벽의 이격거리에 따른 매개변수 연구를 수행하였다. 또한 이러한 분석을 통해 불량한 기초지반 조건 하의 계단식 보강토 옹벽에 대한 보다 합리적인 설계 지침을 제시하는데 주안점을 두었다.

가설 설정

  • Hyperbolic model의 경우 강성 파라미터(초기 재하 강성계수(K), 제․재하 강성계수(Kur), 체적 탄성 성분(Kb)), 강성계수의 지수 성분(n), 체적 탄성 계수의 지수성분(m), 파괴비(Rf))와 Mohr-Coulomb 전단강도정수인 c, φ를 이용하여 산정되는 초기 접선 탄성계수(Et), 제, 재하 탄성계수 (Eur)), 체적탄성계수(B)에 의해 변형률 증분에 따른 응력 증분이 결정된다. 반면 전면 블록과 보강재 및 강성 기초지반은 선형 탄성재료로 가정하였으며, 블록과 뒤채움 흙 사이의 인터페이스는 상대적으로 매우 적은 전단탄성계수를 적용하여 이질 매체 사이의 상대적인 변형이 발생하도록 모델링하였다. 이러한 지반과 인터페이스의 구성방정식은 ABAQUS의 “User Subroutine” 기능 중 재료의 구성 법칙에 대한 사용자 정의가 가능한 UMAT을 사용하여 구현하였다.
  • 현장 옹벽 뒤채움 흙의 전단강도 설계 정수의 구체적 수치에 대한 수집이 불가능하여 설계회사에서 일반적으로 통용되는 수치를 적용하였다. 현 설계기준에서 제시한 95% 이상의 다짐도의 뒤채움 흙을 사용해야 한다는 규준에 근거하여 본 대상옹벽의 뒤채움 흙 및 배면토는 비교적 양질의 흙으로 가정하였으며, 단위중량은 20kN/m3, 내부마찰각은 32˚로 설정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
보강토 옹벽 공법은 언제 국내에 도입되었는가? 1990년대 초에 국내에 도입된 보강토 옹벽 공법은 최근에 들어와서 토목섬유를 보강재로 이용한 블록식 보강토 옹벽(Geosynthetic Reinforced Modular Block Wall) 형태로 발전하여 기존의 콘크리트 옹벽의 대체공법으로 자리 매김하고 있다. 특히, 블록식 보강토 옹벽은 경제성, 안정성, 수려한 미관 및 시공의 간편성뿐만 아니라 조립식 전면 블록의 특성상 열악한 현장 여건 하에서도 복잡한 형태의 옹벽을 조성할 수 있다는 장점으로 인해 계단식 형태로 시공 되는 사례가 증가하고 있다.
블록식 보강토 옹벽의 장점은? 1990년대 초에 국내에 도입된 보강토 옹벽 공법은 최근에 들어와서 토목섬유를 보강재로 이용한 블록식 보강토 옹벽(Geosynthetic Reinforced Modular Block Wall) 형태로 발전하여 기존의 콘크리트 옹벽의 대체공법으로 자리 매김하고 있다. 특히, 블록식 보강토 옹벽은 경제성, 안정성, 수려한 미관 및 시공의 간편성뿐만 아니라 조립식 전면 블록의 특성상 열악한 현장 여건 하에서도 복잡한 형태의 옹벽을 조성할 수 있다는 장점으로 인해 계단식 형태로 시공 되는 사례가 증가하고 있다.
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