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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 원고에서는 최근 “GeotechHque의 Technical Note”에 채택된 김원철 박사의 개선된 주동토압공식의 기술적 요소에 대해 소개하고자 한다. 이 제안식(이하 김원철 주동토압 제안식)은 힘평형원리(the force equilibrium principle)에 근거하여 배면 지표 경사 내측 옹벽면 경사 벽마찰각 선하중 등분포하중 점착력 및 벽면부착력 지진 등의 영향을 종합적으로 고려할 수 있으므로 옹벽과관련된 거의 모든 영향요소를 고려할 수 있어 정확도 높고 경제적인 설계가 가능한 방법이다 김원철 주동토압 제안식의 정확성을 증명하기 위해, 그래프를 이용한도식적 방법 및 Coulomb, Rankine, Bell, Chen 및 Mononobe-Okabe 주동토압과 비교하였으며, 결과적으로 거의 일치하는 것으로 나타났다.

가설 설정

• ② 파괴평면의 형태는선형이다.
• ③ 모든 외력은 쐐기 안에 작용하며 등분포하중도 파괴면에 의해 절단될 만큼 충분히 길다. ④ 전체 파괴면에 걸쳐 내부마찰각과 점착력은 일정하다.
• 전체 파괴면에 걸쳐 내부마찰각과 점착력은 일정하다.
• 가정한 파괴 흙쐐기 ABC의 중량W, 선하중 등분포하중 Qu는 모두 중력방향으로 작용한다. 옹벽 배면 지표 경사각은8 이며, 등분포하중의 길이는 가정 쐐기파괴면 a의 변화에 따라 연동하여 변화한다.
• 52 kN/m3, 내부마찰각 “ 10°. 점착력 c = 10.5 kN/就 등분포하중 Qu = 50kN/m£ 벽면부착력 a = 0이라 가정하자. Chen공식과본제안식에 의한주동토압은정확히 일치하고, 파괴각 a=58°에서 Pa= 149.

제안 방법

• 가장폭넓게 사용되는 방법이다. M-O방법eCoulomb의 고전적인 토압이론(1776)으로부터 유도되었으나, 추가적으로 수평 및 연직 관성력의 영향을 고려하였다. 그러나, M-0 방법이 Coulomb 공식에 기초하기 때문에 Coulomb 방법의 모든 한계를 그대로 유지하고 있는데 점착력 벽면부착력 선하중 등을 고려할 수 없으므로 이 요소들을 고려하기 위해서는 Cmann의도해법(1875)을사용해야한다
• 더욱 발전시켰다. MP 공식과도해적 방법에 의한 다방면의 비교를 통해 본제안식의 타당성을 증명하였으며, 매개변수에 대한 연구를수행하여 점착력, 벽면부착력, 외력의 영향을평가하였다. 본제안식에 추가된항들은잠재적으로 동적 주동토압에 대해 중요한영향을 미치며, 설계시 반드시 고려되어야한다는것이 증명되었다.
• 왜냐하면, 각식들은자체의 고유한형태를 지니고 있고, 기존식에서 고려할 수 없는 인자들이 많기 때문이다. 각각을 비교하기 위해, 모든 주동토압공식에 적용가능한특수조건을 동일하게 적용하였다. 점착력, 벽면부착력, 외력을 0으로 하여 Coulomb 주동토압공식에 적용하였기 때문에 김원철 주동토압제안식을식 (11)로축소시킬수있다
• 그러므로, 점착력이 있는 토사로 뒷채움하였을 경우의 주동토압을 본 제안식으로 산출하여 도해법과 비교하였다. 옹벽체 높이 H = 9.
• 6가지 CASE에 대한 검증을 통해 본 제안식의 타당성을 평가하였으며 표 5에 요약하였다. 모든 경우에 대해 H, 는각각8m, 17.7kN/m3, 20°, 30° 로적용하였다. 김원철주동토압제안식에 의해 계산된동적 주동토압을CASE1에서 MY)
• 본 제안식의 정확성을 확인하기 위해, Autc妃AD 프로그램을 사용하여 도해적 접근법을 시도하였으며, 3개의 시행 쐐기 법을 그림 &게 나타내었다. 도해법에 의한 결과는 파괴각a = 4T 에서 최대주동토압 267.
• 연직 옹벽에 대한동적 주동토압을 계산하여, 점착력, 벽면부착력, 외력의 영향을 정랑화하는 매개변수에 대한 연구를 수행하였다 옹벽 높이, 단위중량, 내부마찰각의 값은 1)절에서 사용한예제와 동일하며, kv와蠕는 각각-0.1과0.2을 적용한다 첫 번째, 동적 주동토압에 대한점착력의 영향을검토하기 위해, 점착력을。~20kPa변화시켰으며 벽면 부착력은 0으로 한다 그림 9에 보인 바와같이, 점착력은 동적 주동토압에 영향을 미치는중요한 요소이다 MY) 공식은 점착성 흙에 대한 토압을 매우 과대평가하게 한다. 두 번째, 점착력을 20 kPa로 놓고, 벽면부착력은。~20 kPa로 변화시킨다.
• Whitman (1979), Venkatramaiah (1993) 방법들이다. 이 11 가지 비교결과를 표 3에 요약하였으며, 이들중배면측 지표가 기울어진 조건하에서 선하중을 받는 경우 외력이 0인 경우 등분포하중을 받는 경우 등에 대해 각각CASE 2, 7, 9 에 나타내었으며, CASE 10에서는 점착성 흙 조건에 대해 Cmanm 도해법과 비교하였다. Chen 주동토압공식(1975)과는 3)절에서 비교하기로한다.
• NAVFAC Q986)에서도 점착력의 30司00%를 벽면부착력으로 적용토록 하였다. 점착성 흙 조건하에서, Chen 토압공식과 김원철 주동토압제안식을 비교하기 위해, <5 = 0°, 벽면부착력 a = 5kN/m2 조건을 제외한기 제시된 모든조건과동일한 조건을 적용하였다. 최대주동토압은각각파괴각 a= 59。에서 161, 582 k.

데이터처리

• 6가지 CASE에 대한 검증을 통해 본 제안식의 타당성을 평가하였으며 표 5에 요약하였다. 모든 경우에 대해 H, 는각각8m, 17.

이론/모형

• M-O방법eCoulomb의 고전적인 토압이론(1776)으로부터 유도되었으나, 추가적으로 수평 및 연직 관성력의 영향을 고려하였다. 그러나, M-0 방법이 Coulomb 공식에 기초하기 때문에 Coulomb 방법의 모든 한계를 그대로 유지하고 있는데 점착력 벽면부착력 선하중 등을 고려할 수 없으므로 이 요소들을 고려하기 위해서는 Cmann의도해법(1875)을사용해야한다
• 반복 루틴에 의한 컴퓨터 프로그램으로부터 해답을 구할 수 있으며, 이 반복 루틴은 특별히 어렵지는 않다(Bowles, 1997). 이 공식을 유도하기 위해 Chene 중첩이론을 채택했으며, 점착력, 배면 지표 경사, 등 분포하중, 벽마찰각을 고려할수는 있으나, 선하중이나 벽면부착력을 고려하지 못한다.

성능/효과

• 결론적으로, 옹벽체의 기하학적 형태와흙의 특성을 무시하거나가볍게 여겨서는 안된다. 본제안식은배면 지표면 경사; 내측 벽면 경사, 벽마찰각, 흙의 점착력, 벽면부착력, 선하중 및 등분포하중 등 외력, 지진력 등을 종합적으로 고려할 수 있으며, Coulomb, Rankme, Bell, Chen 및 Mazindrani 제안식의 한계를 극복할 수 있으므로 주동토압을 추정할 수 있는 최적의 방법이다.
• 이 제안식(이하 김원철 주동토압 제안식)은 힘평형원리(the force equilibrium principle)에 근거하여 배면 지표 경사 내측 옹벽면 경사 벽마찰각 선하중 등분포하중 점착력 및 벽면부착력 지진 등의 영향을 종합적으로 고려할 수 있으므로 옹벽과관련된 거의 모든 영향요소를 고려할 수 있어 정확도 높고 경제적인 설계가 가능한 방법이다 김원철 주동토압 제안식의 정확성을 증명하기 위해, 그래프를 이용한도식적 방법 및 Coulomb, Rankine, Bell, Chen 및 Mononobe-Okabe 주동토압과 비교하였으며, 결과적으로 거의 일치하는 것으로 나타났다. 단 기존 5개의 제안식들은 적용상 한계로 인해 특정 조건에 대해서만 비교가 가능했으며, 기존 제안식에서 고려할 수 없는 매개변수들은 값을 변화시키면서 기존 결과와의 차이를 확인하였다. 또한, 김원철 주동토압 제안식은 Fang 등의 실험적 연구결과와도 부합되었다.
• 공식과 비교하였다. 본 제안식에 의한 결과값과 M-0 공식 결과값은 266.0 kN/m로 일치하였으며, Zambi-Kashani (1979)에 의해 계산된 파괴면 경사각a도 53.6°로 일치하였다. 이 예로부터 본 제안식에 의해 계산된 임계 파괴면 경사각 및 동적 주동토압은 정확하며, MTD 공식과의 일치성을 확인할 수 있다
• 또한, 김원철 주동토압 제안식은 Fang 등의 실험적 연구결과와도 부합되었다. 본 주동토압 일반식으로 기존 주동토압공식의 한계를 충분히 극복할 수 있으며, 이론적으로나 실질적으로 매우 우수하고 유용한 제 안식이라는 결론을 얻었다.
• 본예제로부터, 동적 주동토압을산정하는데에 점착려 벽면부착력, 외력을 고려하는 것이 매우중요하다는 것을 알 수 있었다. 배면이 점착성 흙으로 뒷채움된 옹벽에 대해 지진 안정성을 평가할 경우본제안식을 활용하는 것이 유용하다.
• 본제 안식의 정확도를 확인하기 위해 도해적 접근법에 의한 결과값을 총 5가지 다른 경우(CASE 2~6)에 대해 비교했다 표 5에서 본제 안식의 동적 주동토압과도해적 방법의 결과는 거의 일치하여 정확성을확인할 수 있다
• MP 공식과도해적 방법에 의한 다방면의 비교를 통해 본제안식의 타당성을 증명하였으며, 매개변수에 대한 연구를수행하여 점착력, 벽면부착력, 외력의 영향을평가하였다. 본제안식에 추가된항들은잠재적으로 동적 주동토압에 대해 중요한영향을 미치며, 설계시 반드시 고려되어야한다는것이 증명되었다. 배면이 점착성 흙으로뒷채움된 옹벽에 대해 지진 안정성을 평가할 경우 본제안식을 활용하는 것이 매우 유용하다.
• 결론적으로, 옹벽체의 기하학적 형태와흙의 특성을 무시하거나가볍게 여겨서는 안된다. 본제안식은배면 지표면 경사; 내측 벽면 경사, 벽마찰각, 흙의 점착력, 벽면부착력, 선하중 및 등분포하중 등 외력, 지진력 등을 종합적으로 고려할 수 있으며, Coulomb, Rankme, Bell, Chen 및 Mazindrani 제안식의 한계를 극복할 수 있으므로 주동토압을 추정할 수 있는 최적의 방법이다.
• 위 논의된 모든 문제의 해답을 구하기 위해, 힘평형원리에 근거하여 최대주동토압을 추정할 수 있는 주동토압공식을 제안하였다 그 결과는 도해적 접근법, 특정조건하에서의 Coulomb, Rankine, Bell, Chen 주동토압공식 등과매우잘 일치하는 것으로 나타났으며, 본 김원철 주동토압제안식은상기 언급된 한계들을 충분히 극복할 수 있다.
• 6°로 일치하였다. 이 예로부터 본 제안식에 의해 계산된 임계 파괴면 경사각 및 동적 주동토압은 정확하며, MTD 공식과의 일치성을 확인할 수 있다
• 소개하고자 한다. 이 제안식(이하 김원철 주동토압 제안식)은 힘평형원리(the force equilibrium principle)에 근거하여 배면 지표 경사 내측 옹벽면 경사 벽마찰각 선하중 등분포하중 점착력 및 벽면부착력 지진 등의 영향을 종합적으로 고려할 수 있으므로 옹벽과관련된 거의 모든 영향요소를 고려할 수 있어 정확도 높고 경제적인 설계가 가능한 방법이다 김원철 주동토압 제안식의 정확성을 증명하기 위해, 그래프를 이용한도식적 방법 및 Coulomb, Rankine, Bell, Chen 및 Mononobe-Okabe 주동토압과 비교하였으며, 결과적으로 거의 일치하는 것으로 나타났다. 단 기존 5개의 제안식들은 적용상 한계로 인해 특정 조건에 대해서만 비교가 가능했으며, 기존 제안식에서 고려할 수 없는 매개변수들은 값을 변화시키면서 기존 결과와의 차이를 확인하였다.

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