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펄스 방전 기술에 의한 지반 확공 현상 수치해석 모사
Numerical Simulation of Ground Expansion Induced by Pulse Discharge Technology 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.26 no.3, 2010년, pp.25 - 34  

박현구 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  이승래 (한국과학기술원 건설 및 환경공학과) ,  김선주 (대우 건설 기술연구소) ,  조규연 ((주)세원리타)

초록
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본 연구에서는 펄스 방전 기술의 적용에 따른 지반 확공 현상에 대한 수치해석적인 연구를 수행하였다. 실내 펄스 방전 시험을 통하여 충격파 발생을 측정하였으며 수중 폭발 모델을 바탕으로한 유제-구조물 유한요소해석을 통해 실내 시험에서 계측된 충격파를 모사하였다. 이를 바탕으로, SPT N값으로부터 경험적으로 얻어지는 지반 물성이 적용된 점성토 지반에 대한 확공 해석을 수행하였으며 현장 시험과 유사한 예측 결과를 얻을 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the present paper, a numerical study was carried out to simulate ground expansion induced by an application of pulse discharge technology. Based on laboratory pulse discharge tests, the characteristics of shockwave were investigated, and then the laboratory tests were numerical1y simulated using ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 5MPa) 및 시간에 따른 충격파 압력의 변화를 합리적으로 예측하는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 실내 방전 실험을 합리적으로 예측한 충격파 모델(기포하중모델의 시뮬레이션 시간 Tduration, 모르타르의 단위중량, 체적압축계수 Kf, 임피던스를 고려한 유체-구조물 경계 거동)을 이용하여 실제 지반 확공현상을 예측하고자 하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 유한요소 수치해석을 통해 펄스 방전에 의해 지반이 확공되는 현상을 모사하고 펄스 방전의 적용에 따른 지반 거동에 대해 살펴보고자 하였다 문헌연구를 통하여 펄스 방전 현상에 대한 이론적 배경 및 현장 적용 사례를 분석하였고 이를 토대로 하여 수중 폭발 모델을 이용한 수치해석을 통해 실내 펄스 방전 시험에서 유발되는 충격파를 모델링하였다. 마지막으로, 유체-구조물 연성해석을 바탕으로 점성토 지반에 대한 확공 해석을 수행하여 현장 시험과의 비교를 통해 해석방안의 적절성을 논의해 보았고, 지반의 체적변형 특성 변화에 따른 영향을 살펴보았다.
  • 본 연구에서는 유한요소해석을 통하여 펄스 방전에 의한 말뚝 또는 앵커 시추공의 확공 현상을 모사하고자 충격파 발생 및 그로 인한 지반 확공 거동에 대한 유한요소법을 이용한 수치해석연구를 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 점성토 지반에서의 확공 현상을 살펴보고자 하였다. 매우 짧은 시간 동안 확공 거동이 이루어지는 것을 고려하여 확공 현상을 비배수 거동으로 가정하여 자중의 효과를 고려하지 않은 전응력 해석을 적용하였다.

가설 설정

  • 해석 시 모르타르와 챔버의 임피던스(=재료의 밀도X재료의 음파속도)는 각각 1.96乂1。6 및 2.04xl06kg-m/(sec-m3) 으로 유사한 범위를 갖고 있기에 경계면에서 충격파가 전달되는 것으로 고려한 방사(radiation) 경계조건을 부여하였으며 공동 현상을 고려하기 위하여 임계 압력 값으로 일반적인 물과 같다고 가정하여 -80kPa을 적용하였다.
  • 3msec를 적용하였다. 입력 물성으로 시멘트 페이스트의 밀도는 20kN/m3, 체적압축계수 骂는 물과 동일한 1.92GPa로 가정하였으며 실험에 사용된 챔버를 구성하는 나일론의 밀도는 13kN/m3, 탄성계수는 2GPa, 포아송비 0.35를 적용하였다. 해석 시 모르타르와 챔버의 임피던스(=재료의 밀도X재료의 음파속도)는 각각 1.
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참고문헌 (18)

  1. 김낙경, 김성규, 주용선, 서효균, 김선주 (2009), "펄스방전 그라우트 앵커의 확공특성 및 극한 인발력에 관한 연구", 한국지반공학회 논문집, Vol.25, No.5, pp.5-10. 

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  18. Zhang, A. M., Yao, X. L., and Li, J. (2008), "The interaction of an underwater explosion bubble and an elastic-plastic structure", Applied Ocean Research, Elsevier Online (http://www.sciencedirect.com) 

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