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- 간주할 수 있다. 그러나, 일반적인 깊이의 수직 구에서 하부의 영향은 미소하므로 간편한 토압 산 정식 유도를 위하여 활동토체는 원기둥형으로 가정하였으며 미소요소의 힘의 평형관계를 고려하였다
- 본 절에서는 모형실험결과 확인된 파괴면 형상을 고려하여 원형수직구 벽체 형상비의 영향을 합리적으로 고려할 수 있는 토압산정식을 유도하였다 상재 하중과 벽면마찰의 영향을 고려하였으며, 지반은 건조한 상태로 가정하고 지하수의 영향은 고려하지 않았다
제안 방법
- 모형벽체가 설치되는 바닥 강판은 모형벽체 하단 롤러의 원활한 활동을 위해 그라인더로 매끄럽게 가공하였다 토조 내부의 전면판은 모래 포설이기에 의한 모형지반 조성시 토조내부 육안관찰의 편의를 위하여 두께 20 mm의 투명한 아크릴 판에 강재를 보강하여 변형을 억제하도록 제작하였다. 또한, 세 가지 크기의 모형벽체를 설치하기 위해 전면판은 전후 위치변경이 가능하도록 제작하였다. 모형실험을 위해토조에는 원통형 모형벽체, 직선운동장礼 등속변위 발생 장치가 설치되고 모래포설기에 의한 모형지반 조성 및 LVDT가 설치된다.
- 본 장에서는 모형실험에서 확인된 파괴면 형상에 근거하여, 극한평형해석법을 이용하여 지반내 파괴 면에서의 힘의 평형관계를 적절히 고려하고 각종 영향 인자들과 수평 및 연직방향 아칭효과를 합리적으로 고려한 새로운 토압산정식을 제안하였다. 또한, 제안된 토압 산 정식의 적정성을 평가하기 위하여 벽체형상비의 변화에 따른 매개변수연구를 수행하였으며, 제안된 토압 산 정식의 적용성을 검증하기 위하여 토압산정식에 의한 예측토압을 모형실험에 의한 실측값과 비교하였다
- 모래포설기는 폭 118 cm의 크기로 모래 커튼 방법을 이용한 모래포설에 의한 모형지반 조성이 가능하도록 강판으로 제작되었다 모래포설 높이는 토조 높이 1.0 m를 고려하여 1.0 m 이상의 수직이동거리를 확보함으로써 모형지반이 균일한 상대밀도로 조성되도록 하였다모래포설기의 작동은 전동모터와 센서를 설치하여 자동으로 방향전환에 의한 전후 이동과 모래의 낙하높이 조절이 가능하도록 제작하였다.
- 토조 내벽은 경계조건으로써 마찰의 영향을 최소화하기 위하여 두께 5 mm의 유리를 전면 아크릴판 및 측벽 강판에 부착하였다 토압측정시 중력의 영향을 정확히 고려하기 위하여 토조는 수평자를 이용하여 수평으로 설치하였다. 모형벽체가 설치되는 바닥 강판은 모형벽체 하단 롤러의 원활한 활동을 위해 그라인더로 매끄럽게 가공하였다 토조 내부의 전면판은 모래 포설이기에 의한 모형지반 조성시 토조내부 육안관찰의 편의를 위하여 두께 20 mm의 투명한 아크릴 판에 강재를 보강하여 변형을 억제하도록 제작하였다. 또한, 세 가지 크기의 모형벽체를 설치하기 위해 전면판은 전후 위치변경이 가능하도록 제작하였다.
- 있다. 본 연구에서는 기존에 제안된 다양한 원형수직구 벽체에 작용하는 토압산정식들을 벽체 반경에 대한 벽체 높이의 비로 정의되는 벽체형상비의 영향을 중심으로 고찰하였다 그리고 모형실험을 통하여 사질토 지반에서 원형수직구 벽체에 작용하는 토압 및 배면지반의 파괴 형태를 살펴보고, 이를 근거로하여 벽체 형상비의 변화에 따른 수평방향 아칭효과를 적절히 고려할 수 있는새로운 토압산정식을 제안하였다
- 본 연구에서는 접선방향응력에 대한 토압계수는 Wong 등의 수치해석 결과에 근거하여 원통형벽체 배면 지반에서의 연직방향응력과 접선방향응력이 같은 조건인 X = 1을 적용하였다.
- 있다. 본 장에서는 모형실험에서 확인된 파괴면 형상에 근거하여, 극한평형해석법을 이용하여 지반내 파괴 면에서의 힘의 평형관계를 적절히 고려하고 각종 영향 인자들과 수평 및 연직방향 아칭효과를 합리적으로 고려한 새로운 토압산정식을 제안하였다. 또한, 제안된 토압 산 정식의 적정성을 평가하기 위하여 벽체형상비의 변화에 따른 매개변수연구를 수행하였으며, 제안된 토압 산 정식의 적용성을 검증하기 위하여 토압산정식에 의한 예측토압을 모형실험에 의한 실측값과 비교하였다
- 사용된 모래는 입경 1.0 mm 이하인 모래의 중량 백분율이 85%이상으로써 비교적 가는 모래이며, 세립분이 거의 없는 깨끗하고 비교적 둥근 입자와 모난 입자가 적당히 섞인 모래로서 통일분류법에 의한 분류결과 SP로 분류되었다 모형 지반은 모래커튼 방법을 이용한 모래 포설법으로 조성하였으며 낙하고는 1.0 m로 일정하게 유지하였다 깊이별로 모래포설 전에 알루미늄 캔(© = 75.0 mm, h = 50.0 mm)을 층당 2개씩 총 5층에 매설한 후 단위 중량을 측정하여 상대밀도의 균일 정도를 확인하였다
- 사질토지반의 원형수직구의 벽체형상비 등이 벽체에 작용하는 주동토압 배면지반 파괴면 형상에 미치는 영향을 규명하기 위하여 모형실험을 수행하였다 모형실험에서 확인된 파괴면의 형상에 근거하여 극한 평형 법을 이용한 새로운 토압산정식을 제안하였으며, 제안된 토압 산 정식에 대한 벽체형상비의 영향을 분석하여 그 적정성을 검토하였다 또한, 제안된 토압산정식의 예측값과 모형실험결과와의 비교.분석을 통하여 제안된 토압 산 정식의 적정성을 평가하였다
- 5 cm인 5개의 판으로 분리하여 제작하였으며, 원통형벽체의 축대칭 반경 방향 변위를 균등하게 발생시키고 토압측정시 전면 판에 접하는 양단에서의 간섭의 영향을 제거하기 위하여 사진 1 및 그림 13과 같이 수평면에 대하여 60°각도의 3개의 판으로 분할 제작하였다 그리고, 가운데 아크릴판에는 토압측정을 위한 하중계를 설치하였으며 분할된 좌.우 판은 강봉에 고정하여 마찰의 영향을 최소화 되도록 하고 베어링을 이용하여 이동이 용이하도록 제작하였다.
- 522의 크기로 실험조건에 맞도록 분할 제작하였다. 원통형벽체에 작용하는 주동토압을 깊이별로 측정하기 위하여 깊이방향으로 높이 14.5 cm인 5개의 판으로 분리하여 제작하였으며, 원통형벽체의 축대칭 반경 방향 변위를 균등하게 발생시키고 토압측정시 전면 판에 접하는 양단에서의 간섭의 영향을 제거하기 위하여 사진 1 및 그림 13과 같이 수평면에 대하여 60°각도의 3개의 판으로 분할 제작하였다 그리고, 가운데 아크릴판에는 토압측정을 위한 하중계를 설치하였으며 분할된 좌.우 판은 강봉에 고정하여 마찰의 영향을 최소화 되도록 하고 베어링을 이용하여 이동이 용이하도록 제작하였다.
- 일반적으로 토사지반에 시공되는 원형수직구는 직경 10 m내외, 깊이 20~40 m이므로 이를 벽체형상비로 환산하면 H/R=4.0~8.0이다 따라서, 원통형벽체의 형상 비는 아크릴파이프의 공장제작 직경과 토조의 크기를 고려하여 H/R=4.0~8.0 범위에서 선정하였다 원통형 벽체는 강성이 크고 가공이 용이한 탄성계수 3.16 MPa, 포아송비 0.35, 단위중량 12 kN/m3, 인장강도 73, 500 kPa, 압축강도 126, 000 kPa, 두께 10.0 mm의 아크릴 파이프를 사용하여 높이 H=75.0 cm에 대하여 반경 R=17.5, 15.0, 11.5 cm인 실험에 적용할 형상비 H/R=4.286, 5.000, 6.522의 크기로 실험조건에 맞도록 분할 제작하였다. 원통형벽체에 작용하는 주동토압을 깊이별로 측정하기 위하여 깊이방향으로 높이 14.
- 지금까지 Terzaghi(1943), Berezantzev(1952), Steinfeld (1958), Prater(1977), MHler-Kirchenbauer(1980), Wong & Kaiser(1988), 천병식과 신영완(2003), 천병식 (2004), 신영완(2004)의 많은 연구자들이 원형수직구와 같은 원통형 벽체에 작용하는 토압산정식을 제안하였다 그러나, 기존에 제안된 토압산정식은 벽체형상비 변화에 따른 수평방향 아칭효과를 적절히 반영하고 있지 못하고 있다 본 절에서는 기존에 제안된 토압산정식에 대하여 벽체 형상 비를 중심으로 고찰하였다.
- 토조 내벽은 경계조건으로써 마찰의 영향을 최소화하기 위하여 두께 5 mm의 유리를 전면 아크릴판 및 측벽 강판에 부착하였다 토압측정시 중력의 영향을 정확히 고려하기 위하여 토조는 수평자를 이용하여 수평으로 설치하였다. 모형벽체가 설치되는 바닥 강판은 모형벽체 하단 롤러의 원활한 활동을 위해 그라인더로 매끄럽게 가공하였다 토조 내부의 전면판은 모래 포설이기에 의한 모형지반 조성시 토조내부 육안관찰의 편의를 위하여 두께 20 mm의 투명한 아크릴 판에 강재를 보강하여 변형을 억제하도록 제작하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 모형지반 조성을 위해 사용된 모래는 한강 하류에서 채취하여 공기 중에서 햇빛에 건조시킨 모래를 사용하였으며 사용된 모래의 입도분포 및 물리적 특성은 그림 14 및 표 1과 같다
- 본 연구에서 실험에 사용된 토조는 그림 12와 같이 실험에 사용되는 모형벽체의 반경과 예상 파괴면까지의거리를 고려하여 길이 70 cm, 폭 100 cm, 높이 75 cm의 크기로 제작하였다 그리고, 실험 중 발생할 수 있는 토조의 변형을 방지하기 위하여 두께 10 mm의 강판을 두 겹으로 설치하여 외형을 제작하였고 측면을 철편으로 보강하였다. 토조 내벽은 경계조건으로써 마찰의 영향을 최소화하기 위하여 두께 5 mm의 유리를 전면 아크릴판 및 측벽 강판에 부착하였다 토압측정시 중력의 영향을 정확히 고려하기 위하여 토조는 수평자를 이용하여 수평으로 설치하였다.
데이터처리
- 모형실험결과와의 비교.분석을 통하여 제안된 토압 산 정식의 적정성을 평가하였다
이론/모형
- 0이 되며 Rankine(1857) 이나 Coulomb(1776)의 주동토압계수와 같은 값을 나타내어 전단강도가 없는 물과 같은 유체의 역학적 특성과 일치함을 나타내고 있다. 따라서, 본 연구에서는 원 형수 직구 벽체에 작용하는 주동토압 산정을 위한 반경방향응력에 대한 토압계수 Kw는 Paik & Salgado가 제안한 주동토압계수인 식 (7)을 이용하였다
성능/효과
- 1. 벽체에 변위를 발생시키면서 깊이에 따른 토압분포의 변화를 분석한 결과 벽면마찰이 없는 경우 벽체 중간부에서 최대토압을 갖는 토압분포를 나타냈다.
- 2. 벽체형상비가 작을수록 즉 벽체반경이 클수록 원형 수직 구의 벽체에 작용하는 주동토압은 증가하는 경향을 나타냈다 이는 벽체형상비가 작을수록 평면변형조건에 근접하여 수평면에서의 접선 방향 응력에 의한 아칭효과로 인한 토압감소 효과가 작아지기 때문으로 판단된다.
- 4. 모형실험에 의해 확인된 파괴면형상에 대하여 극한 평형 법에 근거하여 수평 및 연직방향 아칭효과를 고려할 수 있는 새로운 토압산정식을 식 (11) 및 식 (14)와 같이 제안하였다 제안식은 벽체 형상 비의 영향을 적절히 고려하고 있는 것으로 판단된다
- 벽체형상비가 감소할수록, 즉 벽체높이가 일정한 경우 벽체 반경이 증가할수록 평면변형조건에 접근하게 되고 토압이 점차 증가하여 Coulomb의 평면변형조건의 주동토압과 정확히 일치하는 경향을 보여주고 있다. 따라서, 본 연구에서 제안된 새로운 토압 산정 식은 벽체형상비에 따른 수평면에서의 접선방향응력에 의한 아칭효과를 적절히 고려하고 있는 것으로 판단된다.
- 3 . 벽체형상비가 감소할수록 즉 벽체반경이 증가할수록 벽체로부터 파괴면까지의 거리는 증가하는 경향을 보였으며 지표면에서는 대략 벽체반경과 근사한 거리임을 알 수 있었다.
- 벽체형상비가 감소할수록, 즉 벽체반경이 증가할수록 벽체로부터 지표면 파괴면까지의 거리는 증가하는 경향을 보이고 있으며 대략 벽체반경과 근사한 거리임을 알 수 있다. 파괴면 형상은 곡선형태를 보여 활동토체의 체적은 45°+©/2 경사의 깔대기형 파괴면을 갖는 경우보다 작은 것으로 나타났다.
- 한편, 제안된 토압공식은 수직구 바닥부에서의 토압이 일정한 값이 수렴되는 것으로 예측하여 모형실험 결과와 일치하지 않는 결과를 나타냈다. 이는 그림 15에서와 같이 수직구 바닥부에서의 파괴면 형상을 실제와 다르게 원기둥형으로 가정한데에 기인하는 것으로 판단된다.
후속연구
- 또한 보정계수를 고려하지 않았을 경우의 예측토압이다소 크게 산정되므로 설계를 위해서는 보정계수를 고려하지 않는 것이 안전측이며, 평면변형조건의 Coulomb 주동토압보다는 작은 값이므로 경제적인 설계가 될 수 있을 것으로 판단된다.
- 본 연구는 원형수직구가 건조한 사질토지반에 시공된 조건에 대하여 수행하였다 따라서, 지하수의 영향을 받는 조건에 대한 아칭효과의 변화 등에 대한 연구가 필요하다 또한, 본 연구에서 제안된 토압산정식에 대하여 현장 계측값과의 비교를 통한 현장적용의 신뢰도를 높이기 위한 추가적인 연구가 필요하다
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