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문제 정의
- 본 연구에서는 1-g 모형실험과 원심모형실험의 과잉간극수압 소산결과를 비교하여 소산 시간상사비를 실험적으로 평가하였다.
가설 설정
- 향상시키기 위해 정상상태개념과 두 가지 시간상사비(진동 중: 동적시간상사비, 진동 종료 후: 소산 시간상사비)를 적용하고자 한다. 10m 두께의 액상화 발생 가능한 느슨한 사질토 포화 지반을 원형지반으로 가정한다. 1-g 모형실험은 기하학적 상사비=20을 적용하여 50cm 두께의 지반, 원심모형실험은 기하학적 상사비=40을 적용하여 25cm 두께의 지반을 제작한다.
제안 방법
- (2) 1-g 모형실험에 대해 소산 시간상사비 N[T]을 적용한 후 1-g 실험와 원심모형실험의 과잉간극수압 소산 결과를 비교하여 m값을 추정하였다. 계수 m 값은 모래의 입경이 커질수록 지반의 깊이가 깊어질수록 증가하였으며, 그 값의 범위는 1.
- 1-g 모형실험은 기하학적 상사비가 20으로 10m 두께의 원형 지반을 1/20으로 축소한 50cm 두께의 모형지반에 대해 수행하였다. 1-g 실험에 사용된 토조는 가로 82cm 세로 44cm, 그리고 높이 60cm로써 원심모형실험토조의 두 배 크기이므로 토조 크기 또한 1-g 실험과 원심모형실험의 기하학적 상사비의 비율과 일치한다.
- 느슨한 포화 사질토 수평지반에 대해 1-g 모형실험과 원심모형실험을 수행한 후 그 결과를 비교하여 다음의 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 1-g 모형실험에 이용되어왔던 상사법칙 (lai, 1989; lai와 Sugano, 1999)을 보완.향상시키기 위해 정상상태개념과 두 가지 시간상사비(진동 중: 동적시간상사비, 진동 종료 후: 소산 시간상사비)를 적용하고자 한다.
- 본 연구에서는 1-g 실험에 대해 2가지 시간 상사비를 적용하였다. 진동 중에는 표 2의 동적시간 상사비를, 진동이 끝난 후에는 Gibson(1997)이 제안한 형태의 소산시간 상사비를 적용하였다.
- 원심모형실험 결과를 원형의 거동으로 가정한후, 1-g 모형실험 결과와 원심모형실험 결과를 비교하여 상사법칙의 유효성을 검증한다.
- 입도 특성이 지반의 거동에 미치는 영향을 살펴본다. 원심모형실험의 결과를 원형지반의 거동으로 가정하고, 이를 1-g 모형실험의 결과와 비교하여 1-g 모형실험에 적용된 상사법칙의 유효성을 검증하고자 한다.
- 원심모형실험의 기하학적 상사비는 40으로 10m 두께의 원형지반을 1/40로 축소한 25cm 두께의 모형지반에 대해 40g의 원심가속도를 가하였다. 원심모형실험에 이용된 토조의 크기는 가로 41cm, 세로 22cm, 그리고 높이 34cm 이다.
- 입도분포 특성이 다른 세 가지 모래를 사용하여 모래의 입도 특성이 지반의 거동에 미치는 영향을 살펴본다. 원심모형실험의 결과를 원형지반의 거동으로 가정하고, 이를 1-g 모형실험의 결과와 비교하여 1-g 모형실험에 적용된 상사법칙의 유효성을 검증하고자 한다.
- (lai, 1989; lai와 Sugano, 1999)을 보완.향상시키기 위해 정상상태개념과 두 가지 시간상사비(진동 중: 동적시간상사비, 진동 종료 후: 소산 시간상사비)를 적용하고자 한다. 10m 두께의 액상화 발생 가능한 느슨한 사질토 포화 지반을 원형지반으로 가정한다.
대상 데이터
- 계측기는 1-g 모형실험과 원심모형실험에서 동일한 위치에 설치되었다. 1-g 모형실험과 원심모형실험에 사용된 입력 가속도는 원형크기로 볼 때 크기가 0.2g, 진동수가 1Hz, 그리고 지속시간이 10초인 사인파를 사용하였다.
- 원심모형실험의 기하학적 상사비는 40으로 10m 두께의 원형지반을 1/40로 축소한 25cm 두께의 모형지반에 대해 40g의 원심가속도를 가하였다. 원심모형실험에 이용된 토조의 크기는 가로 41cm, 세로 22cm, 그리고 높이 34cm 이다. 진동방향 토조벽면에는 1cm 두께의 코르크판을 부착하여 토조강성 때문에 발생하는 전달파의 반사를 감소시켰다.
- 원심모형실험은 University of Colorado at Boulder에 있는 400 g-ton의 원심모형실험기를 이용하여 수행하였다. 원심모형실험의 기하학적 상사비는 40으로 10m 두께의 원형지반을 1/40로 축소한 25cm 두께의 모형지반에 대해 40g의 원심가속도를 가하였다.
이론/모형
- 나타나 있다. 1-g 모형실험에서 사용된 상사법칙은 lai의 상사비 중 흙의 거동이 반복성 유동(cyclic mobility) 일 때 사용할 수 있는 제 2형태와 변형률 연화(strain softening)일 때 사용할 수 있는 제 3형태를 모두 적용하였다. 원심모형실험에서는 Ko(1988)가 제안한 상사법칙을 이용하였다.
- ④ 1-g 모형실험과 원심모형실험 결과를 각각의 상사법칙을 적용하여 원형크기의 결과들로 변환한다. 원심모형실험 결과를 원형의 거동으로 가정한후, 1-g 모형실험 결과와 원심모형실험 결과를 비교하여 상사법칙의 유효성을 검증한다.
- 제 1형태와 제 2형태의 상사비는 지반의 변형이 진동하중이 가해지는 동안에만 발생하는 반복 유동성거동(cyclic mobility) 인 경우에 적용할 수 있으며, 제 3 형태의 상사비는 진동이 멈춘 후에도 흙의 변형이 계속 발생하는 변형률 연화(strain softening)거동에 적용할 수 있다. 본 연구에서는 1-g 모형실험에서 제 2형태와 제 3형태의 상사법칙을 이용한다.
- 1-g 모형실험에서 사용된 상사법칙은 lai의 상사비 중 흙의 거동이 반복성 유동(cyclic mobility) 일 때 사용할 수 있는 제 2형태와 변형률 연화(strain softening)일 때 사용할 수 있는 제 3형태를 모두 적용하였다. 원심모형실험에서는 Ko(1988)가 제안한 상사법칙을 이용하였다.
- 진동 중에는 표 2의 동적시간 상사비를, 진동이 끝난 후에는 Gibson(1997)이 제안한 형태의 소산시간 상사비를 적용하였다. 소산시간에 대한 상사비의 형태는 N[T] 으로 정의하고, 1-g 모형실험과 원심모형실험의 과잉간극수압 결과를 비교하여 계수 m 값을 결정하였다.
성능/효과
- (1) 1-g 모형실험으로부터 재현된 과잉간극수압의 발생속도, 최대값, 그리고 소산 속도는 원심모형실험의결과와 잘 일치하였다. 그러므로, 정상상태개념과 두가지 시간상사비를 적용한 1-g 모형실험을 수행하면 액상화 지반의 과잉간극수압의 발생 양상을 모사하는 것이 가능하다고 판단된다.
- (3) 1-g 모형실험과 원심모형실험의 가속도 푸리에 스펙트럼을 비교한 결과, 낮은 주파수에서는 두 결과가 잘 일치하지만 주파수가 증가할수록 두 결과의 차이가 증가하였다. 그러나, 높은 주파수는 가속도 응답에 대한 기여도가 작기 때문에 1-g 모형실험을 통해 지반 깊이에 따른 가속도 응답을 모사할 수 있을 것으로 판단한다.
- (4) 1-g 모형실험의 지표면 침하량은 모든 경우에서 원심모형실험보다 크게 발생하였다. 그 이유는 1-g 모형지반의 구속압이 낮아서 흙의 강성이 더 작았고, 정상상태개념의 적용으로 지반밀도가 원심모형 실험의 지반보다 낮았기 때문이다.
- 경우(그림 8(a)) 상사비 형태에 관계없이 1-g 모형실험과 원심모형실험의 결과가 잘 일치하였으며, 지표면에 가까워질수록 진폭이 감소하였다. 3Hz(그림 8(b)) 및 5Hz(그림 8(c)) 주파수의 경우 상사비 형태에 의해 실험결과가 영향을 받았다.
- 그림 7(a)와 (b)는 1-g 모형실험과 원심모형실험에 이용된 입력가속도의 푸리에 스펙트럼을 보여준다. 1-g 모형실험과 원심모형실험에 사용된 입력가속도는 푸리에스펙트럼의 크기와 주파수 성분이 서로 잘 일치하며, 1Hz, 3Hz, 그리고 5Hz의 주파수 성분이 지배적이라는 것을 알 수 있다.
- 1-g 모형실험의 지표면 최종 침하량은 원심모형실험의 결과에 비해 제 3형태의 경우 약 65%~82%, 제 2형태의 경우 약 240%~520% 크게 발생하였다. 시험을 수행한 모든 경우에서 1-g 모형실험의 지표면 침하량이원심모형실험보다 크게 발생하였다.
- 1-g 모형실험의 지표면 최종 침하량은 원심모형실험의 결과에 비해 제 3형태의 경우 약 65%~82%, 제 2형태의 경우 약 240%~520% 크게 발생하였다. 시험을 수행한 모든 경우에서 1-g 모형실험의 지표면 침하량이원심모형실험보다 크게 발생하였다.
- 그러나, 주파수가 증가할수록 응답에 대한 주파수의 기 여도는 낮아진다. 응답에 대한 기여도가 높은 1Hz 와 3Hz의 결과가 비슷하므로 1-g 모형실험으로부터 원형지반의 가속도 응답을 비교적 정확하게 예측할 수 있다고 판단되며, 응답에 대한 기여도가 낮은 5Hz 주파수의 차이는 무시할 수 있다. 다른 모래의 경우도 I-sand의 가속도 결과와 유사한 경향을 보였다.
- 이 결과는 본 연구에서 적용한 정상상태개념과 두 가지 시간 상사비, 즉 동적 시간상사비와 소산 시간상사비를 적용할 경우 1-g 진동대 모형실험을 통해 액상화 지반의 과잉간극수압을 재현할 수 있다는 것을 보여준다.
- 3Hz(그림 8(b)) 및 5Hz(그림 8(c)) 주파수의 경우 상사비 형태에 의해 실험결과가 영향을 받았다. 제 3형태의 상사비를 적용한 결과는 원심모형실험의 결과와 같이 진폭이 8m 깊이에서 약간 증가하며 지표면으로 갈수록 빠르게 감소하였다. 그러나, 제 2형태의 상사비를 적용한 경우 지표면으로 갈수록 진폭이 계속적으로 감소하였다.
- 상대밀도의 경우 단위중량의 변화에 매우 민감하기 때문에 목표값을 맞추는 것이 어려웠다. 표 4에서 알 수 있듯이 J-sand 의 모형지반은 목표보다 더 조밀하게 조성 되 었으며, I-sand와 U-sand는 더 느슨하게 조성되었다.
후속연구
- 이러한 결과는 과잉간극수압의 소산이 지반의 구속압과 모래의 유효입경, 즉 투수계수에 영향을 받는다는 것을 의미한다. 현재까지 1-g 모형실험만으로 계수 이을 결정하는 합리적인 방법이 존재하지 않으며 이에 대한 연구가 추가적으로 필요하다고 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.