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가설 설정
- 따라서, 좌 . 우 벽면마찰반력 3과 Pre Coulomb의 흙 쐐기 이론을 응용하여 #와 #로 가정하였으며, R과 Fr의 작용방향은 경사진 벽체에 연직인 선과 벽면 마찰각 만큼 경사진 것으로 보았다. 그림 3을 참조하여 미소 평면요소에 작용하는 힘(∑V=0)들에 대하여 평형 방정식을 고려하면 식(10)~식(13)과 같이 된다.
제안 방법
- 최초로 Janssene 시멘트와 곡물을 저장하는데 사용되어온 Silo에 대하여 저장물질의 내부마찰각과 벽면마찰각 둥을 고려하고 여기에 평면아치개념을 도입하여 바닥면에 작용하는 연직 및 수평응력의 크기를 제안하였다. 또한, Marston과 Andersone 원 지반을 좁게 굴착한 후 각종 상하 수관, 박스 칼 버트, 가스관 등을 설치한 후 되 메울 경우 (도랑조건)에는 되 메움 하중보다 각종 구조물에 전달되는 하중은 작다고 하였으며, 원 지반 위에 각종구조물을 설치한 후 성토할 경우(제방조건)에는 성토 하중보다 구조물에 전달되는 하중이 크게 된다는 사실을 평면아치개념을 적용하여 제안하였다. Kellogg] 1993)는 경사면 기울기 변화에 따른 토압계수에 Handy(1985)의 토압계수를 확장 적용하였으며, 이 경우 주응력 면이 경사진 벽체와 이루는 각은 굴착 면 중앙에서와 같이 직각이 되지 않는다고 이론적으로 검증하였다.
- 본 연구는 위와 같은 사실에 착안하여 되 메움 된 굴착 양측 벽이 비대칭인 경우에 대하여 벽체간의 폭, 벽면 경사각을 세 가지, 상대밀도를 느슨한 경우와 조밀한 경우의 조건하에 벽 마찰각의 크기를 변화시켜 Kellogg(1993)의 이론, 이를 보완한 수정 식으로 토압을 산정하고 벽면마찰 반력을 고려한 토압 식을 제안하여 상호간 거동을 구명하였다. 이들 결과로부터 구한 지중 토압을 검증하기 위하여 동일한 조건으로 총 62종의 모형실험을 수행하였고 그 결과를 이론식에의하여 산정한 결과와 비교, 검토하였다.
- 본 연구에서는 좁은 되 메움 공간에 지반을 조밀하게 조성할 경우 강사장치를 사용하여 강사높이를 단계별로 일정하게유지시켰으며, 느슨한 지반을 조성하기 위 하여는 플라스틱 용기를 사용하여 모래를 낙하시키는 방법을 이용하였다.
- 실내 모형 토조를 이용하여 벽체의 좌측경사각(ψL)과 우측경사긱(ψR), 되 메움 시료의 상대밀도(Dr), 벽 마찰각(6}을 변화 시켜 총 62 종류의 모형실험을 수행함으로써 좁은 되 메움 공간의 양측벽체가 연직, 대칭 및 비대칭으로 경사진 경우를 묘사하였다.
- 좁은 되 메움 공간의 벽체가 비대칭경사진 경우, 벽체에 작용하는 토압을 구명하기 위하여 벽체의 경사각, 하부 폭 및 상대밀도를 변화시켜 모형토조실험을 수행하여 구한 실측 전체토압을 Kellogg이론토압, Kellogg이론에 근거한 수정 식 제안 토압 및 벽면마찰반력을 고려한 토압과 비교, 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 왔다. 최초로 Janssene 시멘트와 곡물을 저장하는데 사용되어온 Silo에 대하여 저장물질의 내부마찰각과 벽면마찰각 둥을 고려하고 여기에 평면아치개념을 도입하여 바닥면에 작용하는 연직 및 수평응력의 크기를 제안하였다. 또한, Marston과 Andersone 원 지반을 좁게 굴착한 후 각종 상하 수관, 박스 칼 버트, 가스관 등을 설치한 후 되 메울 경우 (도랑조건)에는 되 메움 하중보다 각종 구조물에 전달되는 하중은 작다고 하였으며, 원 지반 위에 각종구조물을 설치한 후 성토할 경우(제방조건)에는 성토 하중보다 구조물에 전달되는 하중이 크게 된다는 사실을 평면아치개념을 적용하여 제안하였다.
- 이를 아칭현상으로만 해석할 것인지 논란의 여지가 있지만 많은 토질공학자들에 의하여 아칭 효과를 설명하려는 시도가 이루어져 왔다. 특히 Janssen의 사일로(Silo)이론이 발표된 이래 Marstone 도랑 내의 구조물에 작용하는 연직하중산정에 평면아치개념을 도입하였으며, 이어서 Spangler는 구조물의 매설조건에 따라 세분하여 적용하였다. 벽면에서 흙의 아칭효과 또는 "bin effSt" 에 관하여 Rankine이론을 적용한 위의 연구들이 불합리하다고 수학적으로 증명한 것은 Krynine 이었다 Krynine는 벽체에 마찰력이 완전히 발휘될 경우, 벽체에는 토압이 작용하는 것으로 보고 토압계수는 Mohr의 응력 원을 이용하여 제안하였다.
대상 데이터
- 모형 토조에 사용된 모래는 강원도 삼척시 근덕면 소재 해사로서 염분에 의한 흡착수막을 제거하고자 담수로 세척 후공기 건조시켜 사용하였으며 사용된 모래의 입도 분석 결과는 통일 분류법 (Unified Soil Classification System}상 SP로 분류되었다. 실내모형 실험 시 되 메움 지반의 물성 치를 상대 밀도의 계산식에 적용한 결과 상대밀도가 조밀한 경우 Dr = 81.
- 실내모형실험에 사용된 그림 4의 모형 토조는 1, 050 mm X 2,000 mm x 1, 100 mm(가로 x 세로 x 높이)에 두께 10 mm의 강판을 사용하였다. 또한, 모형 토조의 측벽마찰을 최소화하기 위하여 토조 내부측벽에 3 mm의 아크릴 판을 부착하였다.
데이터처리
- 이들 결과로부터 구한 지중 토압을 검증하기 위하여 동일한 조건으로 총 62종의 모형실험을 수행하였고 그 결과를 이론식에의하여 산정한 결과와 비교, 검토하였다.
성능/효과
- (1) 되 메움 벽체가 비대칭으로 경사진 경우에 있어서 되메움 깊이가 일정하고 하부 폭, 상대밀도 및 경사각을 변화시킨 경우 벽면에 작용하는 실측전체토압은 벽면마찰 반력을 고려한 토압, Kellogg이론토압 및 Kellogg 이론을 근거한 수정 식 제안토압의 순으로 실험결과와 근접하게 나타났는데, 이는 벽면마찰반력을 고려한 토압인 경우 Arching 효과가 발휘된 실측전체토압과 가장 근소한 차이를 보여주는 것으로 판단된다.
- (2) 비대칭 경사진 벽체인 경우에 있어서 벽 마찰이 크게 발휘될 경우 실측전체토압 및 각각의 이론전체토압은 벽 마찰이 작게 발휘될 경우의 실측전체토압 및 각각의 이론 전체토압보다 모두 작게 나타났다. 이런 결과는 벽 마찰이 크면 아칭효과가 크게 나타나는 것으로 판단된다.
- (3) 양측비대칭 경사진 벽체인 경우에 있어서 각각의 이론 전체토압은 지중 전체토압보다는 크고, 정지토압보다는 작게 나타나는데 이런 결과는 깊이가 증가할수록 벽면 폭의 영향으로 연직응력이 증가하였기 때문으로 판단된다.
- 5(b)은 그림 5(a)의 하부 폭과 벽면 경사각은 동일하고 상대밀도만 15.9%보다 조밀한 81.7%로 이때 내부마찰각은 28°에서 38.7°로 벽 마찰각 역시 18°에서 25°로 증가되었으나 좌 . 우 실측토압 및 각각의 좌 .
- 우측경사각의 합이 어느 한계(50°)이상에서 이런 양상을 볼 수 있었으며, 이런 원인은 되 메움 연직응력이 지중 연직 응력 보다 크기 때문으로 판단된다. 또한, 비대칭 벽체의 경사각과 상대밀도가 변할 경우 실측 및 각각의 이론 전체토압은 지중 전체 토압보다는 크고, 정지 전체토압보다는 작게 나타나는 현상을 보였다.
- 실내모형 실험 시 되 메움 지반의 물성 치를 상대 밀도의 계산식에 적용한 결과 상대밀도가 조밀한 경우 Dr = 81.7%, 느슨한 경우 Dr =15.9% 나타났으며 이는 Das, B, M(1998)이 제시한 표 1과 매우 잘 일치하였다
- 위의 결과를 종합하면 비대칭벽체에 대하여 좌. 우 벽체의 경사각이 10°차이가 날 경우 벽체의 경사각이 큰 벽체에서 발생되는 토압은 경사각이 작은 벽체에서 발생되는 토압보다 실측 전체토압은 각각의 이론전체토압보다 약 7~10% 작아지는 경향을 보였다.
- 위의 결과를 종합하면 비대칭벽체에 대하여 좌. 우 벽체의 경사각이 10°차이가 날 경우 벽체의 경사각이 큰 벽체에서 발생되는 토압은 경사각이 작은 벽체에서 발생되는 토압보다 실측 전체토압은 각각의 이론전체토압보다 약 7~10% 작아지는 경향을 보였다.
- 또한, 하부 폭의 크기와 상대밀도가 변할 경우 좌 . 우 실측 전체토압은 지중 전체토압보다 작게 나타났으며, 각각의 이론 전체토압은 지중 전체토압보다는 크게 나타나고 정지 전체토압보다는 작게 나타났다.
- 한편, 그림 9(a, b) 의좌. 우 실측전체토압 거동은 되 메움 깊이 0.4 m까지는 선형적인 분포를 보이다가 되 메움 깊이가 깊어질수록 반 시계방향으로 오목한 비 선형분포를 나타났다. 이런 결과는 좌 .
- 7°로 증가되었을 경우 좌 . 우 실측전체토압은 각각의 이론전체토압보다 13%, 6% 및 15%, 8% 작게 나타났다. 또한, 실측전체토압, Kellogg 이론에 근거한 수정 식 제안토압 및 벽면마찰반력을 고려한 제안 토압의 거동은 그림 8(a)과 유사한 경향을 나타내었다.
- 5%작게 나타났으며, 좌. 우 실측토압 및 각각의 이론전체토압 거동은 선형적인 분포로 나타났다. 이런 결과는 좌.
- 그림 9(b) 또한 모든 조건은 그림 8(b)과 같고 좌측경사각만 10°로 감소시켰을 때의 좌 . 우 측실측전체토압은 각각의 이론전체토압보다 30%, 19.3%와 25%, 18%작게 나타났다. 한편, 그림 9(a, b) 의좌.
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