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[국내논문] 정동적 콘관입실험 장비의 개발과 검증
Development and Verification of Static-Dynamic Cone Penetrometer 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.27 no.1, 2011년, pp.77 - 86  

배명호 (도담이앤씨) ,  유정동 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  김주한 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  사공명 (한국철도기술연구원 철도구조연구실) ,  이종섭 (고려대학교 건축.사회환경공학과)

초록
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건설 프로젝트의 대형화와 시공장소의 다양화에 따라 지반 조사 내용이 다양해지고 있다. 더욱이 날로 엄격해지는 시공조건으로 인해 보다 높은 수준의 지반정보가 요구되고 있다. 그러나 우리나라에서는 최근까지도 비교적 결과의 신뢰도가 낮은 표준관입실험 등의 원위치 실험법에 의존하고 있는 현실이다. 본 논문에서는 복합적인 지반의 거동 특성 평가를 위하여 연약지반은 물론 암반에서도 에너지 변화를 측정할 수 있는 새로운 콘관입 실험기를 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 롯드의 체결 방식에 따른 에너지 감쇠를 평가하기 위해 롯드를 인위적으로 불완전하게 체결하거나, 전체 길이는 일정하게 유지시키면서 체결된 롯드의 수를 변화시키며 실험을 수행하였다. 또한, 체결 조건이 다른 롯드에서 탄성파의 전달율과 반사율을 적용하여 에너지 손실을 평가 하였다. 그리고 정동적 콘관입 실험 장비를 제작하여 두부와 선단부에 변형률계와 가속도계를 부착함으로써 에너지 손실을 실내 실험을 통하여 평가하고자 하였다. 실험 결과 롯드의 체결 상태가 완벽하지 않으면 에너지 전달률이 급격히 감소하는 것을 실험과 시뮬레이션을 통하여 알 수 있었다. 또한 실내 실험결과 새로 개발된 정동적 콘 관입 실험기의 두부와 선단부의 전달에너지가 다름을 알 수 있었다. 본 연구에서는 두부는 물론 선단부에서의 에너지 평가가 필요함을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The advanced geotechnical information has been required to determine the accurate design parameters for complex construction. However, the Standard Penetration Test (SPT), which has low reliability, has been used to estimate the subsurface condition in the field. The objective of this paper is devel...

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문제 정의

  • 본 논문에서는 롯드의 결합 상태 및 결합 형태에 따른 에너지 감쇠를 실험과 시뮬레이션을 통하여 평가하였다. 에너지 감쇠연구 결과를 바탕으로 관입실험기의 선단부에서 에너지 측정이 가능한 정동적 콘관입실험기(Static-Dynamic Cone Penetration Test)를 개발하였다.
  • 탄성파의 반사와 투과의 원리는 록볼트의 건전도 평가에도 적용되었다(이종섭 등 2008). 롯드 연결에 따른 에너지 전달효과에도 동일한 원리를 적용할 수 있으므로 이에 대한 연구를 수행하였다.
  • 또한, SPT와 TCPT의 원리를 이용하여 일정 깊이까지 관입하는데 필요한 타격 횟수로 지반의 강성을 평가하여 중간토와 암반에서도 사용이 가능하도록 하였다. 이와 같은 이유로 선단부에 가속도계를 설치하여 해머 타격에 의한 에너지 효율을 정확하게 측정하여 롯드 길이 등과 같은 외부요소에 영향을 받지 않은 신뢰도 높은 측정값을 획득하고자 하였다. 이와 같이 새로 개발된 정동적 콘 관입실험 기는 선단부의 원추 관입 저항력(Cone tip resistance), 주면 마찰저항력(Friction sleeve), 관입 깊이에 따른 타격 횟수(Blow count) 그리고 에너지 효율(Energy efficiency)을 모두 평가 할 수 있어 주어진 지층에 대한 다양한 물성치를 높은 신뢰도로 측정 할 수 있도록 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
재료감쇠란? 평면파(plane wave)가 매질을 따라 전파될 때 매질 자체내에서 감쇠가 발생하며 이를 재료감쇠(material attenuation)이라고 한다. 이와 같은 에너지 손실은 매질이 완전히 탄성체가 아닌 경우에 발생한다.
정동적 콘 관입실험기는 어떤 지반에서 적용가능한가? 새로 개발된 정동적 콘 관입실험기는 점성토, 사질토, 중간토 및 암반 등의 다양한 지반에서 모두 적용 가능한 지반조사 장비이다. 점성토와 사질토에서는 전기저항식 변형률계를 이용하여, 콘 관입실험과 동일한 원리로 지반의 관입력을 평가 할 수 있도록 하였다.
재료감쇠의 에너지 손실은 어느 경우에 발생하는가? 평면파(plane wave)가 매질을 따라 전파될 때 매질 자체내에서 감쇠가 발생하며 이를 재료감쇠(material attenuation)이라고 한다. 이와 같은 에너지 손실은 매질이 완전히 탄성체가 아닌 경우에 발생한다. 재료감쇠는 입자 운동 크기(particle motion amplitude), u(x.
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참고문헌 (12)

  1. 남문석 (2006), "텍사스 콘 관입시험을 이용한 IGM에 근입된 현장타설말뚝의 설계", 한국지반공학회논문집, 제22권, 10호, pp.55-67. 

  2. 박용원 (1994), "표준관입시험의 표준화 연구", 공학기술연구소논문집, 제9집, pp.1-12. 

  3. 배명호, 유정동, 이종섭 (2009), "지반 강성 특성 파악을 위한 다목적 콘관입시험기의 개발과 적용", 대한토목학회 2009년도 정기학술대회논문집, pp.969-972. 

  4. 이우진, 유재명, 류동현 (2001), "표준관입시험 롯드 길이에 따른 에너지 전달효율", 한국지반환경공학회 2001년도 정기 학술발표회논문집, pp.193-198. 

  5. 이우진, 이창호 (2005), "표준관입 시험 해머의 에너지와 동적효율", 한국지반공학회논문집, 제21권, 9호, pp.5-12. 

  6. 이종섭, 배명호, 유정동, 이인모 (2008), "유도초음파의 에너지 감쇠 특성을 이용한 록볼트 건전도 평가에 대한 기초 연구", 대한토목학회 2008년도 정기학술대회 논문집, pp.4159-4162. 

  7. 한국지반공학회 (2006), 지반조사결과의 해석 및 이용, 구미서관. 

  8. Kovacs, W.D. and Salomone, L. A.(1982), "SPT hammer energy measurement", Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.108, pp.599-620. 

  9. Schmertmann, J.H. and Palacios, A. (1979), "Energy dynamics of SPT", Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.105, No.8, pp.909-926. 

  10. Skempton, A.W. (1986), "Standard penetration test procedures and the effects in sands of overburden pressure, relative density, particle size, ageing and overconsolidation", Geotechnical, Vol.36, No.3, pp.425-447. 

  11. Texas Department of Transportaion (1995), Manual of Testing Procedures, 100-E Series. 

  12. Texas Department of Transportation (2000), "Geotechnical Manual (On-Line Version)", Texas Department of Transportation, Bridge Division, Austin, Texas. 

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