쏘일네일링의 활동억지효과를 조사하기 위하여 일련의 모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 쏘일네일링이 설치된 토사 사면에 대한 모형실험장치를 고안하였다. 그리고, 모형실험시 각종 계측시스템을 이용하여 사면활동에 따른 쏘일네일링의 변형거동을 조사하였다. 모형실험결과 네일의 면적비 및 삽입각도가 변화됨에 따라 네일의 최대휨응력 크기 및 발생위치가 변화됨을 알 수 있다. 네일의 면적비가 0.7$\%$인 경우 최대휨응력이 가장 크게 발생되므로, 사면활동에 대한 억지효과가 가장 크게 발휘됨을 알 수 있다. 그리고, 네일을 과다하게 설치하는 것은 오히려 네일의 저항효과를 저하시키는 것으로 나타났다. 한편, 네일의 삽입각도가 -10$^{circ}$인 경우 최대휨응력이 가장 크게 발생되므로, 사면활동에 대한 저항효과가 가장 크게 발휘됨을 알 수 있다. 한편, 모형실험에서 네일의 최대휨응력이 발생되는 위치를 토대로 사면활동면을 추정할 수 있으며, 네일의 면적비 및 삽입각도에 따라 사면활동면이 변화됨을 알 수 있다.
쏘일네일링의 활동억지효과를 조사하기 위하여 일련의 모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 쏘일네일링이 설치된 토사 사면에 대한 모형실험장치를 고안하였다. 그리고, 모형실험시 각종 계측시스템을 이용하여 사면활동에 따른 쏘일네일링의 변형거동을 조사하였다. 모형실험결과 네일의 면적비 및 삽입각도가 변화됨에 따라 네일의 최대휨응력 크기 및 발생위치가 변화됨을 알 수 있다. 네일의 면적비가 0.7$\%$인 경우 최대휨응력이 가장 크게 발생되므로, 사면활동에 대한 억지효과가 가장 크게 발휘됨을 알 수 있다. 그리고, 네일을 과다하게 설치하는 것은 오히려 네일의 저항효과를 저하시키는 것으로 나타났다. 한편, 네일의 삽입각도가 -10$^{circ}$인 경우 최대휨응력이 가장 크게 발생되므로, 사면활동에 대한 저항효과가 가장 크게 발휘됨을 알 수 있다. 한편, 모형실험에서 네일의 최대휨응력이 발생되는 위치를 토대로 사면활동면을 추정할 수 있으며, 네일의 면적비 및 삽입각도에 따라 사면활동면이 변화됨을 알 수 있다.
In order to investigate the stabilizing effect of nails against sliding, a series of model tests were carried out. The apparatus of model test was designed to perform the model test of soil slope reinforced by nails. The instrumentation system was used to measure the deflection behavior of nails dur...
In order to investigate the stabilizing effect of nails against sliding, a series of model tests were carried out. The apparatus of model test was designed to perform the model test of soil slope reinforced by nails. The instrumentation system was used to measure the deflection behavior of nails during slope failure. As a result of model tests, the quantity and the occurred position of the maximum bending stress are changed according to the area ratio and the inclination angles of nails. The maximum stabilizing effect against sliding of nails is presented at 0.7$\%$ of the area ratio because the biggest maximum bending stress occurs at this time. But, the stabilizing effect of nails decreases with more than 0.7$\%$ of the area ratio. In the same condition of the area ratio, the stabilizing effect of nails is excellent at -10$^{circ}$ of the inclination angles of nails. The sliding surface can be predicted on the basis of the position of the maximum bending stress in each nails. The shape and depth of sliding surface are changed according to the area ratio and the inclination angles of nails.
In order to investigate the stabilizing effect of nails against sliding, a series of model tests were carried out. The apparatus of model test was designed to perform the model test of soil slope reinforced by nails. The instrumentation system was used to measure the deflection behavior of nails during slope failure. As a result of model tests, the quantity and the occurred position of the maximum bending stress are changed according to the area ratio and the inclination angles of nails. The maximum stabilizing effect against sliding of nails is presented at 0.7$\%$ of the area ratio because the biggest maximum bending stress occurs at this time. But, the stabilizing effect of nails decreases with more than 0.7$\%$ of the area ratio. In the same condition of the area ratio, the stabilizing effect of nails is excellent at -10$^{circ}$ of the inclination angles of nails. The sliding surface can be predicted on the basis of the position of the maximum bending stress in each nails. The shape and depth of sliding surface are changed according to the area ratio and the inclination angles of nails.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 쏘일네일링의 면적비 및 삽입 각도에 따른 활동억지효과를 조사하여 토사사면에 설치된 쏘일네일링에 대한 설계 및 시공기준을 마련하고자 한다. 쏘일네일링의 시공조건에 따른 활동 억지 효과를 조사하기 위하여 일련의 모형실험을 수행하였다.
쏘일네일링의 사면안정효과는 네일의 면적브】, 삽입각도, 설치열수, 천공경, 전면판의 강성, 지반의 내부마찰각 및 점착력 등에 의해 영향을 받는다 (Schlosser, 1993). 본 모형실험에서는 네일의 면적비 및 삽입 각도에 따른 영향을 조사하고자 한다. 네일의 면적 비에 대한 영향을 검토하기 위하여 기존의 현장 계측자료에 대하여 분석한 결과(홍원표 등, 2001)를 적용한다.
본 모형실험에서는 쏘일네일링으로 보강된 사면의 활동 억지 효과를 규명하고, 이와 관련된 영향요소들을 검토하고자 한다. 쏘일네일링의 사면안정효과는 네일의 면적브】, 삽입각도, 설치열수, 천공경, 전면판의 강성, 지반의 내부마찰각 및 점착력 등에 의해 영향을 받는다 (Schlosser, 1993).
본 연구는 건설교통부에서 지원하는 2001년 산학연공동 연구개발사업 (R&D 2001-B04 : 활동억지 시스템으로 보강된 사면의 설계법 및 안정해석 프로그램 개발연구)에 의하여 실시된 연구 결과임을 밝히며, 이에 감사의 뜻을 전하는 바이다.
본 연구에서는 모형실험을 통하여 사면에 설치된 쏘일네일링의 면적비 및 삽입각도에 따른 사면안정 효과를 검증하였으며, 이를 토대로 토층사면에 설치된 쏘일네일링에 대한 설계 및 시공기준을 마련하고자 하였다. 본 연구를 통하여 얻은 결과를 요약정리하면 다음과 같다.
본 연구에서는 앞서 설명한 네일의 면적비 개념을 도입하여 네일의 면적비에 따른 사면의 보강효과를 확인하고자 한다. 네일의 면적비에 따른 네일의 거동을 조사하기 위하여 네일의 면적비를 각각 0.
그리고, 각종 계측시스템을 이용하여 사면활동에 따른 쏘일네일링의 변형거동을 조사하였다. 이를 통하여 쏘일네일링의 면적비 및 삽입 각도에 대한 영향을 조사하고, 이에 따른 쏘일네일링의 활동 억지 효과를 고찰하고자 한다.
가설 설정
(1) 모형실험에서 측정된 네일의 최대휨응력은 실제 네일에서의 최대인장력(Tmax)으로 가정할 수 있으므로최대휨응력을 연결한 선은 최대인장력 선(Tmax-line)이 된다. 그러므로 모형실험에서의 최대휨응력 연결선은 사면활동면으로 간주할 수 있다.
- 모형네일의 수직도 및 탈부착식 면적 비 조절판과 접착력을 확보할 수 있도록 확실하게 설치하여야 한다
- 모형토조의 토조벽면에 테프론시트를 부착하여 모래와 토조벽면과의 마찰력을 최소화 한다.
사면지지판의 회전속도는 1.5%出11이 되게 모터의 속도를 유지한다.
2) 모형네일에 변형률계를 부착한다.
6) 상재하중을 재하한다.
8) 모형네일에 부착된 변형률계로부터 변형률을 측정한다.
본 실험에서 측정된 네일의 최대휨응력은 실제 네일에서의 최대인장력(Tmax)으로 가정할 수 있으므로, 최대휨응력을 연결한 선은 최대인장력선(Tmax-line)이 되고, 이를 모형실험에서의 사면활동면으로 간주할 수 있을 것이다(Schlosser, 1993).
제안 방법
이를 위하여 쏘일네일링이 설치된 토사 사면에 대한 모형실험장 치를 고안하였으며 모형네일을 제작하고 모형 사면지반을 조성하였다. 그리고, 각종 계측시스템을 이용하여 사면활동에 따른 쏘일네일링의 변형거동을 조사하였다. 이를 통하여 쏘일네일링의 면적비 및 삽입 각도에 대한 영향을 조사하고, 이에 따른 쏘일네일링의 활동 억지 효과를 고찰하고자 한다.
모형실험 시 모형사면지반토조 내부의 지반변형을 관찰하기 위하여, 두께가 2cm인 투명아크릴 판을 사용하여 제작하였다. 그리고, 사면지반의 경사를 자유롭게 조절하기 위하여 사면경사조절장치 (slope inclination plate 및 slope inclination controller)를 설치하였으며, 모형사면의 경사는 최소 16.5°에서 최대 45°까지 조절이 가능하도록 제작하였다. 한편, 모형사면지반의 깊이는 30cm로 조성하여 실험을 수행하였다.
한다. 네일의 면적비에 따른 네일의 거동을 조사하기 위하여 네일의 면적비를 각각 0.3%, 0.5%, 0.7% 및 0.9%로 하여 실험을 실시하였다. 이때 네일의 삽입 각도는 0°이고, 네일은 3열로 설치하였다.
네일의 삽입각도에 따른 사면의 보강효과를 조사하기 위하여 지표면과의 수직면을 기준으로 십입각도가 -20°, -10°, 0°, 10°, 20°인 경우에 대한 실험을 실시하였다.
모형사면지 반토조는 모형쏘일네 일링과 모형 사면으로 이루어져 있으며, 모형쏘일네일링의 휨 응력을 측정하기 위하여 변형률계를 설치하였다. 그리고, 데이터 입력장치는 변형률계, 데이터기록장치(U-CAM) 및 컴퓨터로 이루어져 있다.
모형사면지반을 균질하게 조성하기 위하여 낙하 고에 따른 상대밀도 실험결과를 적용하였다. 본 모형실험에서 적용된.
모형쏘일네일링의 1 열 두부에서 변위를 측정하기 위하여 쏘일네일링 변위측정기를 고안하여 설치하였으며, 모형쏘일네일링의 휨응력을 측정하기 위하여 변형률 계를 설치하였다. 그림 5는 쏘일네일링의 삽입 각도와 쏘일네일링에 설치된 변형률계의 모습을 나타낸 것이다.
사면지지판은 최대 90°까지 회전이 가능하도록 고안되었으며, 동력장치는 각속도를 다양하게 변화시킬 수 있도록 고안되었다. 본 실험에서는 사면지지판은 1.5°/min의 각속도로 회전하며, 사면지반의 파괴를 유발하도록 하였다. 사면지지판의 회전속도는 사질토에 대한 직접전단시험(KSF 2343)시 전단 속도(0.
사면에 설치된 쏘일네일링의 사면안정효과를 검증하기 위하여 모형실험장치를 제작하였다. 그림 1은 모형실험 장치의 계통도를 도시한 것으로서 지반변형제어 장치, 모형사면지반토조 및 데이터입력장치의 세 부분으로 구성되어 있다.
쏘일네일링의 면적비에 대한 영향을 조사하기 위하여 다양한 면적비에서 실험이 가능하도록 탈부착식 면적 비 조절판(area ratio plate)을 고안하여 사면 경사조절판(slope inclination plate) 에 설치하였다. 탈부착식 면적 비 조절판은 네일이 설치될 위치에 미리 홈을 내어 면적 비를 조절할 수 있도록 하였다.
한다. 쏘일네일링의 시공조건에 따른 활동 억지 효과를 조사하기 위하여 일련의 모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 쏘일네일링이 설치된 토사 사면에 대한 모형실험장 치를 고안하였으며 모형네일을 제작하고 모형 사면지반을 조성하였다.
쏘일네일링의 시공조건에 따른 활동 억지 효과를 조사하기 위하여 일련의 모형실험을 수행하였다. 이를 위하여 쏘일네일링이 설치된 토사 사면에 대한 모형실험장 치를 고안하였으며 모형네일을 제작하고 모형 사면지반을 조성하였다. 그리고, 각종 계측시스템을 이용하여 사면활동에 따른 쏘일네일링의 변형거동을 조사하였다.
1%의 범위에 분포되어 있는 것으로 나타났다. 이를 토대로 본 모형실험에서는 네일의 면적비가 0.3%, 0.5%, 0.7% 및 0.9%인 경우에 대하여 모형실험을 수행한다. 이때 네일의 삽입각도는 0°이고, 보강열수는 3열로 한다.
inclination plate) 에 설치하였다. 탈부착식 면적 비 조절판은 네일이 설치될 위치에 미리 홈을 내어 면적 비를 조절할 수 있도록 하였다. 여기서, 네일의 면적비란 다음과 같이 정의하였다(그림 4 참조).
9mm/min)를 고려하여 결정하였다(이상덕, 1996). 한편, 사면지반의 파괴를 유발하기 위하여 모형 사면지반의 상단에 하중재하판을 설치하여 상재 하중을 가하도록 하였다. 한편, 토조면과 사면경사조절판 및 사면지지판 사이의 접촉부는 실리콘을 이용하여 사면지반의 유출을 방지하였다.
한편, 사면지반의 파괴를 유발하기 위하여 모형 사면지반의 상단에 하중재하판을 설치하여 상재 하중을 가하도록 하였다. 한편, 토조면과 사면경사조절판 및 사면지지판 사이의 접촉부는 실리콘을 이용하여 사면지반의 유출을 방지하였다.
대상 데이터
변형률계는 크기가 5mm이며, 저항이 12〃 인 Steel용이며, 일본 KYOWA사 제품이다. 그리고, 데이터기록장치는 일본 KYOWA사의 U-CAM으로서 30채널의 데이터를 동시에 입력할 수 있다.
그림에서 보는 바와 같이 모형사면실험장치는 길이 215cm, 높이 140cm, 폭 54cm이며, 모형사면지반토조와 지반변형제어 장치 (earth retaining plate 및 earth retaining control equipment)로 구성되어 있다. 모형사면지반토조는 길이 170cm, 높이 130cm, 폭 50cm의 크기를 갖는다.
모형사면지반토조는 길이 170cm, 높이 130cm, 폭 50cm의 크기를 갖는다. 모형실험 시 모형사면지반토조 내부의 지반변형을 관찰하기 위하여, 두께가 2cm인 투명아크릴 판을 사용하여 제작하였다. 그리고, 사면지반의 경사를 자유롭게 조절하기 위하여 사면경사조절장치 (slope inclination plate 및 slope inclination controller)를 설치하였으며, 모형사면의 경사는 최소 16.
모형쏘일네일링의 제원은 표 1에 나타나 있으며, 직경이 10mm이고 두께가 1mm인 알루미늄관을 사용하였다. 표에서 보는 바와 같이 알루미늄관의 탄성계수는 財乂汙初^涕이며, 단면적은 0.
본 모형실험에서는 모형사면지반의 재료로 주문진 표준사를 사용하였다. 본 모형실험에 사용된 주문진 표준사의 공학적인 특성은 홍원표와 송영석(2005)의 결과를 이용하였다.
지반변형제어장치는 사면지지판과 롤러 및 동력장치 (모터)로 구성되어 있다. 사면지지판은 동력장치에 의한 회전속도를 롤러를 통하여 전달받게 되며, 이를 통하여 사면지지판이 회전하게 된다.
이론/모형
본 모형실험에서는 네일의 면적비 및 삽입 각도에 따른 영향을 조사하고자 한다. 네일의 면적 비에 대한 영향을 검토하기 위하여 기존의 현장 계측자료에 대하여 분석한 결과(홍원표 등, 2001)를 적용한다. 현장계측자료에 의하면 네일의 단위면적당 밀도는 0.
사용하였다. 본 모형실험에 사용된 주문진 표준사의 공학적인 특성은 홍원표와 송영석(2005)의 결과를 이용하였다.
성능/효과
(2) 네 일의 면적비 가 변화됨 에 따라 네 일 설치 위 치 에서의 사면활동양상이 변화되며, 네일의 면적비가 0.7% 인 경우 최대휨응력이 가장 크게 발생되므로, 이때 사면 활동에 대한 억지효과가 가장 크게 발휘됨을 알 수 있다
(3) 네일의 삽입각도가 변화됨에 따라 네일 설치 위치에서의 사면활동깊이가 변화되며, 네일의 삽입 각도가 지표면과 수직면을 기준으로 -10°인 경우 최대휨응력이 가장 크게 발생되므로, 이때 사면활동에 대한 억지 효과가 가장 크게 발휘됨을 알 수 있다.
2열의 네일에 대한휨응력을 도시한 것이다. 그림 13(a) 및 (b)는 네일의면적비가 각각 0.5% 및 0.7%인 경우를 나타낸 것으로 삽입 각도가 -10°인 경우 최대휨응력이 가장 크게 발생되었으며, 삽입각도가 0°인 경우에는 최대휨응력이 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 그리고, 삽입 각도가 -20°인 경우 최대휨응력은 오히려 감소하는 것으로 나타났다.
그리고, 네일에 작용하는 최대휨응력은 사면의 지표 부에서 깊이가 깊어질수록 크게 발생되는 것으로 나타났다. 그러나, 네일의 면적비가 0.
akg/cm2으로 나타났다. 그리고, 네일의 면적비가 0.7% 및 0.9%의 경우 최대휨응력은 사면 경사조절판의 바로 위에 있는 NS-1 위치에서 발생되는 것으로 나타났으며, 최대휨응력의 크기는 각각 744.6kg/cm2 및 648.5kg/cm2으로 나타났다.
7%인 경우에 네일의휨응력이 가장 크게 발생되는 것으로 나타났다. 그리고, 네일의 최대휨응력 발생위치도 면적비가 커짐에 따라 NS-2에서 NS-1 의 위치로 변화되는 것으로 나타났다.
네일의 휨응력은 네일의 삽입각도가 사면 활동에 저항하는 방향 즉, 음(-)의 방향일 경우 상대적으로 크게발생되며, 특히, 삽입각도가 -10°인 경우에 네일의 휨응력이 가장 크게 발생되는 것으로 나타났다.
위치가 변화됨을 알 수 있다. 네일의 휨응력은 면적비가 0.3% 및 0.5%인 경우 보다 0.7% 및 0.9%인 경우에 더 크게 발생되고, 특히, 면적비가 0.7%인 경우에 네일의휨응력이 가장 크게 발생되는 것으로 나타났다. 그리고, 네일의 최대휨응력 발생위치도 면적비가 커짐에 따라 NS-2에서 NS-1 의 위치로 변화되는 것으로 나타났다.
7%로 보강된 사면에서는 네일이 설치된 위치에서 곡선형태의 사면활동 발생됨을 추정할 수 있을 것이다. 따라서, 네일의 면적비가 변화됨에 따라네일 설치위치에서의 사면활동양상이 변화됨을 확인할 수 있다.
즉, 네일의 면적비가 너무 작으면 네일의, 저항력이 중첩되어 감소되고, 네일의 면적비가 너무 크면네일 상호간의 간섭효과가 감소되기 때문이다. 본 모형실험에서 네일의 저항력 및 상호간 간섭효과가 가장 잘 발휘되는 조건은 네일의 면적비가 0.7인 경우임을 알 수 있다. 따라서, 면적비가 0.
즉, 네일의 면적비가 증가됨에 따라 네일에 작용하는 휨응력은 증가되고, 최대휨응력의 발생위치도 지표면으로부터 깊어지는 것을 알 수 있다.
그리고, 삽입 각도가 -20°인 경우 최대휨응력은 오히려 감소하는 것으로 나타났다. 최대휨응력이 발생한다는 것은 사면 활동에 저항하는 힘이 크다는 것을 의미하므로, 쏘일네일링으로 사면을 보강할 경우 사면활동에 저항하는 방향(음의 방향)으로 경사를 주어 네일을 설치하는 것이 효과적이며, 쏘일네일링의 삽입각도는 지표면과 수직면을 기준으로 -10°내외로 설치하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
후속연구
-10。(지표면과 수직면을 기준)는 실제 토층 사면에 설치된 쏘일네일링의 설계 및 시공시 적용 가능할 것으로 판단된다. 그리고, 이에 대한 검증을 위하여 현장자료를 수집하고 분석작업을 수행할 예정이다.
7% 및 삽입 각도 -10。(지표면과 수직면을 기준)는 실제 토층 사면에 설치된 쏘일네일링의 설계 및 시공시 적용 가능할 것으로 판단된다. 그리고, 이에 대한 검증을 위하여 현장자료를 수집하고 분석작업을 수행할 예정이다.
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