선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 4H지점에 선반을 설치한 선반식 옹벽과 캔틸레버식 옹벽에 작용하는 토압분포에 대한 모형시험 결과[7]를 수치 해석 프로그램과 이론해를 이용한 토압과 비교하여 선반식 옹벽에 발생하는 토압 경감효과를 확인하고자 하였다. 또한 되메움 조건을 달리한 모형에 대해서도 토압산정결과를 비교함으로써 되메움 조건(아칭효과)이 캔틸레버식 옹벽 및 선반식 옹벽의 토압분포에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
- 4H(H=옹벽의 높이)의 높이에 선반을 설치한다[8]. 이 연구에서는 일반적으로 선반이 설치되는 위치인 지표면으로부터 0.4H지점에 선반을 설치한 선반식 옹벽과 캔틸레버식 옹벽에 작용하는 토압분포에 대한 모형시험 결과[7]를 수치 해석 프로그램과 이론해를 이용한 토압과 비교하여 선반식 옹벽에 발생하는 토압 경감효과를 확인하고자 하였다. 또한 되메움 조건을 달리한 모형에 대해서도 토압산정결과를 비교함으로써 되메움 조건(아칭효과)이 캔틸레버식 옹벽 및 선반식 옹벽의 토압분포에 미치는 영향을 파악하고자 하였다.
제안 방법
- 또한, 굴착각도 50° 조건의 경우 굴착면 조성에 적용된 블록은 강성체로 고려하여 모델링 하였다. 또한 모형시험의 지반조성 방법을 모사하여 그림 7에 나타낸 바와 같이 8단계로 뒤채움 흙을 단계 성토하여 해석을 실시하였다.
- 또한 옹벽 배면의 굴착각도는 벽마찰에 의해서 아칭효과가 발생할 것으로 예상되는 90°(좁은 되메움)와 아칭효과가 고려되지 않는 50°(일반 되메움)로 달리하여, 되메움 조건에 의한 아칭현상이 캔틸레버식 옹벽과 선반식 옹벽에 작용하는 토압에 미치는 영향을 파악하였다.
- 또한, 굴착각도 50° 조건의 경우 굴착면 조성에 적용된 블록은 강성체로 고려하여 모델링 하였다.
- 모형옹벽에 작용하는 토압의 측정을 위하여 주문진 표준사를 강사장치를 이용하여 120cm의 강사 높이를 유지하면서 지층 높이 10cm 단위로 모형지반에 고르게 강사 하였다. 이와 같은 방법으로 조성된 모형지반(그림 5 참조)의 단위중량은 평균 15.
- 수치해석에 사용된 뒤채움 흙과 옹벽의 물성치는 모형 시험에 사용된 흙과 재료의 특성치를 적용하였다. 일반되메움 조건을 모사하는 50° 굴착각 조성에 사용된 블록의 물성치는 콘크리트의 일반적인 물성치를 참고하여 해석에 적용하였다.
- 이 연구에서는 모형시험 결과와 비교하기 위하여 Finite Element Method(FEM) 해석프로그램인 PLAXIS 2D를 이용하여 평면변형(plane strain)해석을 적용한 수치 해석을 실시하였다. 수치해석은 각 시험조건에 따라 4단면의 해석을 실시하였으며, 시공단계 해석을 이용한 수치해석을 통해 뒤채움 종료 후 지반 및 옹벽에 작용하는 토압분포를 파악하였다.
- 옹벽의 형식(캔틸레버식과 선반식 옹벽)과 되메움 조건(좁은 되메움(굴착각 90°)과 일반 되메움(굴착각 50°)을 달리하여 뒤채움한 후에 옹벽에 작용하는 수평토압 및 지반에 작용하는 연직응력을 측정하였고, 각 시험조건별 뒤채움 종료 후 수평토압 분포는 그림 8과 같다.
- 이 연구에서는 기존 캔틸레버식 옹벽에 작용하는 토압과 선반식 옹벽에 작용하는 토압을 모형시험을 통하여 비교하였다. 또한 옹벽 배면의 굴착각도는 벽마찰에 의해서 아칭효과가 발생할 것으로 예상되는 90°(좁은 되메움)와 아칭효과가 고려되지 않는 50°(일반 되메움)로 달리하여, 되메움 조건에 의한 아칭현상이 캔틸레버식 옹벽과 선반식 옹벽에 작용하는 토압에 미치는 영향을 파악하였다.
- 이 연구에서는 되메움 조건을 달리하여 캔틸레버식 옹벽과 선반식 옹벽에 대한 모형시험을 실시하였다. 그 결과를 수치해석 및 이론해를 이용한 토압산정결과와 비교하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이 연구에서는 모형시험 결과와 비교하기 위하여 Finite Element Method(FEM) 해석프로그램인 PLAXIS 2D를 이용하여 평면변형(plane strain)해석을 적용한 수치 해석을 실시하였다. 수치해석은 각 시험조건에 따라 4단면의 해석을 실시하였으며, 시공단계 해석을 이용한 수치해석을 통해 뒤채움 종료 후 지반 및 옹벽에 작용하는 토압분포를 파악하였다.
- 이 토조는 길이 방향으로 분리가 가능하여 굴착각도 90°를 적용한 모형에서는 1000mm의 토조 길이를 적용한 후 강재 철판으로 굴착면을 모사하였다.
- 일반되메움 조건을 모사하는 50° 굴착각 조성에 사용된 블록의 물성치는 콘크리트의 일반적인 물성치를 참고하여 해석에 적용하였다.
대상 데이터
- 모형시험에는 폭 800mm를 갖는 그림 4와 같은 크기로 제작된 철제토조를 이용하였다. 이 토조는 길이 방향으로 분리가 가능하여 굴착각도 90°를 적용한 모형에서는 1000mm의 토조 길이를 적용한 후 강재 철판으로 굴착면을 모사하였다.
- 수치해석에 사용된 해석단면은 옹벽형태 및 되메움 조건에 따라 모형시험에 사용된 실제 모형크기를 이용하여 그림 6과 같이 결정하였다.
- 이 토조는 길이 방향으로 분리가 가능하여 굴착각도 90°를 적용한 모형에서는 1000mm의 토조 길이를 적용한 후 강재 철판으로 굴착면을 모사하였다. 시험에 사용된 모형옹벽(높이 :805mm, 폭 : 790mm)은 철에 비해 무게가 가벼우면서도 충분한 강도를 갖는 알루미늄합금(Duralumin)을 이용하여 제작하였다. 그림 4에서와 같이 모형시험에는 옹벽에 작용하는 수평토압을 측정하기 위한 7개의 토압계와 지반의 연직토압을 측정할 수 있는 3개의 토압계를 사용하였다.
이론/모형
- 이 연구에서는 반복적인 시험에 대하여 균질한 모형지반을 조성하기 위하여 주문진 표준사를 사용하였다. 표 1은 이 연구에 사용된 주문진 표준사의 물성값 및 역학적 특성치를 정리하여 나타낸 것이고 그림 3은 이 흙의 입도 분포 곡선을 나타낸 것이다.
- 이 연구에서는 캔틸레버식 옹벽에 작용하는 토압의 산정을 위해서 일반적으로 옹벽의 토압산정에 사용되고 있는 Rankine의 이론식 및 Jaky의 공식을 이용한 정지토압계수를 사용하였으며, 각각의 계산 식은 다음과 같다.
- 이론해를 이용한 수평토압은 앞서 2.1절에서 설명한 Liu & Lin[5]의 방법 중에 긴 선반의 조건에 대한 산정식을 적용하였으며, 정지토압과의 비교를 위해서 정지토압계수를 적용하여 정지토압 상태에서의 토압분포도 산정하였다.
- 토압의 산정에 필요한 벽마찰각 δ는 MeCarthy[11]가 제안한 벽마찰각의 대표값을 고려하여 25°를 적용하였다.
성능/효과
- 1) 선반식 옹벽에서는 캔틸레버식 옹벽에 비해서 수평 토압이 감소하는 것으로 나타났고, 선반을 설치하여 발생하는 토압의 감소효과는 뚜렷한 것으로 판단된다.
- 2) 옹벽의 변위가 거의 발생하지 않은 모형시험의 조건으로 인해서 캔틸레버식 옹벽과 선반식 옹벽 모두에서 토압분포는 주동토압보다는 정지토압에 가까운 결과를 나타내었다.
- 3) 선반식 옹벽에서는 도해법으로 산정한 토압에 비해서 Liu & Lin 방법으로 산정한 토압이 실제 측정결과와 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 4) 좁은 되메움 조건에서는 지반에 발생한 아칭현상으로 인해서 옹벽 하부로 내려갈수록 토압감소효과가 발생하는 것으로 나타났다.
- 5) 모형시험결과와 이론해에 비해서 수치해석의 결과가 다소 크게 산정되는 결과가 나타났으며 그 이유는 모형시험과 해석조건의 차이 때문인 것으로 판단된다.
- 이러한 결과를 볼 때 SC90의 모형시험 조건에서는 벽마찰에 의해서 지반에 아칭현상이 발생한 것으로 판단된다. 또한 각 모형시험 조건에 대한 수치해석결과는 모형시험결과와 이론해를 이용한 계산 값에 비해서 전반적으로 큰 값을 갖는 것으로 나타났고, 좁은 되메움 조건에서 모형시험과 이론해에서 고려된 아칭현상이 수치해석에서는 발생하지 않은 것으로 판단된다.
- 표 3은 수치해석에 사용된 물성치를 정리하여 나타낸 것이다. 또한, 다양한 값으로 표 3의 물성치를 변화시켜 수치해석을 실시한 결과 흙의 내부마찰각과 옹벽의 탄성계수가 다른 물성치에 비해서 수치해석 결과에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 선반식 옹벽에 대한 해석결과에서는 흙의 탄성계수 변화에도 수평 토압이 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 수치해석으로 산정된 수평토압은 선반 하부에서 다른 결과들에 비해서 과다한 값을 나타내었고, 수치해석결과가 다른 결과에 비해서 크게 나타났던 캔틸레버 옹벽의 조건에 비해서 더 큰 차이를 보였다. 이러한 결과는 모형 시험과 해석조건의 차이에서 나타난 결과로 판단되는데 모형시험의 경우에는 10cm 높이로 맞추어 강사를 한 반면에 수치해석에서는 10cm 높이로 단계성토를 하면서 성토 후 지반에 침하가 발생했기 때문이다.
- 한편, 굴착각도 90°를 적용하여 좁은 되메움 조건을 적용한 SC90의 모형시험결과는 Paik & Salgado[10]가 제안한 식으로 산정된 주동토압에 비해 전반적으로 큰 값을 나타내었지만 옹벽하부에서 토압이 감소하는 경향은 거의 유사한 형태로 나타났다. 이러한 결과를 볼 때 SC90의 모형시험 조건에서는 벽마찰에 의해서 지반에 아칭현상이 발생한 것으로 판단된다. 또한 각 모형시험 조건에 대한 수치해석결과는 모형시험결과와 이론해를 이용한 계산 값에 비해서 전반적으로 큰 값을 갖는 것으로 나타났고, 좁은 되메움 조건에서 모형시험과 이론해에서 고려된 아칭현상이 수치해석에서는 발생하지 않은 것으로 판단된다.
- 이와 같이 모형시험결과와 수치해석, 이론해에 의한 토압산정결과를 종합해 볼 때 되메움 조건에 따라서 그 경향이 조금 차이를 보이기는 하지만 선반식 옹벽은 캔틸레버식 옹벽에 비해서 수평토압이 감소하는 것을 알 수 있고, 선반을 설치하여 발생하는 토압의 감소효과는 뚜렷한 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.