지진 및 해일과 같은 자연재해는 갑작스럽게 발생하므로 막대한 인명 피해 및 재산피해를 야기한다. 특히 지진은 이에 동반된 광범위한 피해로 인하여 특히 심각한 위협이 된다. 국내의 경우 비탈면 설계 및 시공 시 내진설계가 거의 적용되지 않고 있다. 하지만 점차적으로 내진에 대하여 중요성을 인지하고 이에 대한 연구가 이루어지고 있다. 비탈면의 안정화를 위한 공법 중 쏘일 네일 공법은 타 공법에 비해 시공성, 경제성이 우수한 공법으로 비탈면 안정을 위한 보강공사에도 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 공법에 대한 연구는 네일과 주변지반의 상호거동에 대한 연구가 진행되고 있으며, 정하중 및 동하중 등의 다양한 하중조건에서의 안정성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그럼에도 불구하고, 네일 두부의 구속조건에 따른 네일과 비탈면과의 상호거동에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 네일 두부 구속조건에 따른 보강 비탈면의 안정성에 미치는 영향을 확인하기 위해 수치해석을 수행하였다. 그 결과 지진하중에 대하여 네일 두부가 구속된 경우가 비구속된 경우에 비해 지진하중에 대하여 저항이 큰 것으로 나타났다.
지진 및 해일과 같은 자연재해는 갑작스럽게 발생하므로 막대한 인명 피해 및 재산피해를 야기한다. 특히 지진은 이에 동반된 광범위한 피해로 인하여 특히 심각한 위협이 된다. 국내의 경우 비탈면 설계 및 시공 시 내진설계가 거의 적용되지 않고 있다. 하지만 점차적으로 내진에 대하여 중요성을 인지하고 이에 대한 연구가 이루어지고 있다. 비탈면의 안정화를 위한 공법 중 쏘일 네일 공법은 타 공법에 비해 시공성, 경제성이 우수한 공법으로 비탈면 안정을 위한 보강공사에도 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 공법에 대한 연구는 네일과 주변지반의 상호거동에 대한 연구가 진행되고 있으며, 정하중 및 동하중 등의 다양한 하중조건에서의 안정성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그럼에도 불구하고, 네일 두부의 구속조건에 따른 네일과 비탈면과의 상호거동에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 네일 두부 구속조건에 따른 보강 비탈면의 안정성에 미치는 영향을 확인하기 위해 수치해석을 수행하였다. 그 결과 지진하중에 대하여 네일 두부가 구속된 경우가 비구속된 경우에 비해 지진하중에 대하여 저항이 큰 것으로 나타났다.
Natural disasters such as earthquakes and tsunamis occur suddenly, so that they cause massive loss of lives and property. Especially earthquakes represent a particularly severe threat because of the extensive damage accompanied by them. In Korea, an earthquake-resistant design has been rarely applie...
Natural disasters such as earthquakes and tsunamis occur suddenly, so that they cause massive loss of lives and property. Especially earthquakes represent a particularly severe threat because of the extensive damage accompanied by them. In Korea, an earthquake-resistant design has been rarely applied to a design or construction of slope. However, in resent years, the researches for earthquake-resistance have been performed because the importance on the earthquake-resistance is perceived and highlighted. Soil nail method, one of the slope stability methods, is excellent for its constructability and cost effectiveness, as compared with other stability methods. Also, this method has been widely used for reinforced construction for slope stability. The studies of soil nail method have been performed on the interaction behavior between nails and slopes as well as the varied load condition such as static load, dynamic load and so on. Nevertheless, there has been minimal research regarding the constraint condition of nail head. In this study, the numerical analysis was performed for identifying effect on slope stability for the constrain condition of the soil nail. The result shows that the resistance of constrained the nail head on reinforced slope is larger compared to the one of unconstrained nail head.
Natural disasters such as earthquakes and tsunamis occur suddenly, so that they cause massive loss of lives and property. Especially earthquakes represent a particularly severe threat because of the extensive damage accompanied by them. In Korea, an earthquake-resistant design has been rarely applied to a design or construction of slope. However, in resent years, the researches for earthquake-resistance have been performed because the importance on the earthquake-resistance is perceived and highlighted. Soil nail method, one of the slope stability methods, is excellent for its constructability and cost effectiveness, as compared with other stability methods. Also, this method has been widely used for reinforced construction for slope stability. The studies of soil nail method have been performed on the interaction behavior between nails and slopes as well as the varied load condition such as static load, dynamic load and so on. Nevertheless, there has been minimal research regarding the constraint condition of nail head. In this study, the numerical analysis was performed for identifying effect on slope stability for the constrain condition of the soil nail. The result shows that the resistance of constrained the nail head on reinforced slope is larger compared to the one of unconstrained nail head.
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문제 정의
본 연구에서는 쏘일 네일로 보강된 비탈면에 지진하중이 작용하는 경우 비탈면 안정에 미치는 영향을 확인하고자 쏘일 네일의 두부 구족조건에 따른 네일 간격별 수치해석을 수행하여 보강비탈면의 가속도와 수직 및 수평변위를 비교･분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
하지만 네일 두부의 구속조건에 따른 네일과 네일로 보강된 비탈면의 상호거동에 대한 연구는 미비한 실정이며, 최근 Oh(2013)가 네일 두부 구속조건에 따른 비탈면의 거동특성을 확인하기 위한 실내 축소모형 실험을 수행하였다. 이에 본 연구에서는 Oh(2013)가 수행한 축소모형조건을 원형조건으로 네일 및 비탈면을 모델링하여 쏘일 네일로 보강된 비탈면의 네일 두부의 구속조건에 따른 보강 비탈면의 안정성에 미치는 영향을 확인하기 위해 수치해석을 수행하였다.
제안 방법
그리고 비탈면 지반은 높이 5 m, 비탈면 경사 60°, 비탈면 경사 상･하부로부터 각 5 m의 폭을 적용하였으며, 하부지반은 6 m 깊이로 Solid 요소를 이용하여 모델링을 하였다.
그리고 지진하중에 따른 비탈면의 영향을 확인하기 위해 Fig. 5와 같이 국내에서의 지진하중을 고려한 내진 설계 시 사용하는 실제 지진기록인 장주기파(Hachinohe)와 단주기파(Offunato)를 해석에 적용하였다.
그리고 해석에 사용된 토질 및 네일에 대한 매개변수는 Table 1과 같으며, 비탈면에 설치된 쏘일 네일의 두부 구속 조건에 따른 영향을 확인하기 위해 네일 설치간격을 변화시켜(S=1.4×1.4 m, 1.75×1.75 m, 2.1×2.1 m) 수치해석을 수행하였으며, 수치해석 결과를 토대로 비탈면의 가속도 및 수평변위, 수직변위에 대하여 비교･분석하였다.
해석에 적용된 경계조건은 비탈면 지반 하단은 침하가 발생하지 않도록 전 자유도에 대하여 고정조건을 설정하였으며, 측면은 침하가 발생하는 방향으로 자유조건, 그 외는 고정조건으로 설정하였다. 그리고 해석에 사용된 토질 및 네일에 대한 매개변수는 Table 1과 같으며, 비탈면에 설치된 쏘일 네일의 두부 구속 조건에 따른 영향을 확인하기 위해 네일 설치간격을 변화시켜(S=1.
대상 데이터
쏘일 네일은 직경 2 cm, 길이 4 m, 네일 두부는 두께 2 cm, 면적 30 cm×30 cm로 solid 요소를 이용하여 모델링을 수행하였다.
성능/효과
(1) 네일 두부 구속인 경우, 비구속인 경우에 비해 네일 설치간격이 증가하면 가속도가 감소하는 것으로 나타났다. 이는 네일 두부를 구속시키면 네일과 비탈면이 일체화되어 지진하중에 대하여 응력을 감소시키고 전단저항력을 증가시키는 것으로 판단된다.
(2) 지진하중에 대하여 네일 두부가 구속된 경우, 비구속된 경우에 비해 네일 설치간격이 증가하면 보강비탈면 상부 최대변위는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 네일 두부의 구속으로 비탈면과 일체화되어 변위를 억제하는 것으로 판단된다.
(3) 네일로 보강된 비탈면 전면 상부에서 네일 부두가 구속된 경우, 비구속된 경우에 비해 네일 설치간격이 증가하면 전면 상부 및 하부의 최대수평변위는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 네일 두부 구속이 지진하중에 대하여 비탈면의 전단저항력을 증가시키는 것으로 판단된다.
(a)에서 최대가속도는 네일 설치간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 13.8% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m인 경우는 15.47%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 10.91% 감소하는 것으로 나타났다.
(a)에서 최대수직변위는 네일 설치간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 2.40% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m인 경우는 1.54%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 0.55% 감소하는 것으로 나타났다.
(a)에서 최대수직변위는 네일 설치간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 28.35% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m인 경우는 51.80%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 25.05% 감소하는 것으로 나타났다.
(a)에서 최대수평변위는 네일 설치간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 4.09% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m인 경우는 0.96%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 11.59% 감소하는 것으로 나타났다.
(b)에서 최대가속도는 네일 설치 간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 12.50% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m 인 경우는 16.67%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 10.00% 감소하는 것으로 나타났다.
(b)에서 최대수직 변위는 네일 설치 간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 33.33% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m인 경우는 18.52%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 27.09% 감소하는 것으로 나타났다.
(b)에서 최대수직 변위는 네일 설치 간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 9.84% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m인 경우는 11.59%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 13.92% 감소하는 것으로 나타났다.
(b)에서 최대수직변위는 네일 설치 간격이 1.40 m×1.40 m인 조건에서 네일 두부 구속인 경우가 비구속인 경우에 비해 4.35% 감소하는 것으로 나타났으며, 1.75 m×1.75 m인 경우는 2.78%, 2.10 m×2.10 m인 경우는 3.27% 감소하는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유사정적해석법은 무엇인가?
유사정적해석법은 지진에 의한 관성력을 등가정적하중으로 치환하여 지진하중에 대한 비탈면의 안정성을 평가하는 해석법으로 정적 초기응력상태와 추가로 작용하는 동하중에 대하여 상응하는 유사정적하중으로 대체하여 기존 정적 비탈면해석법을 이용하는 해석법이다.
쏘일 네일 공법에 대한 연구 중 다양한 하중조건에서의 안정성에 대한 연구는 무엇이 있는가?
(1978)이 네일을 사용한 토류시스템을 제안하면서 수직으로 설치된 네일과 토사비탈면의 거동(Gassler, 1988), 유한요소해석을 통해 네일의 각도에 따른 벽체와의 거동(Chun et al., 2004), 모형실험을 통한 네일에 따른 비탈면의 활동억지효과(Hong & Song, 2005)와 같이 네일과 주변지반의 상호거동에 대한 연구가 주를 이루며 활발히 진행되고 있고, 또한 진동대를 이용한 모형실험을 통해 네일에 따른 비탈면 보강 효과(Hong et al., 2005) 및 방수로 비탈면의 거동 특성(Lee, 2006), 유사 정적하중으로 지진동에 대한 비탈면의 안정성 평가(Ahn, 2008), 비탈면의 내진공법으로서 억지말뚝의 적용성 평가(Han et al., 2011)와 같이 다양한 하중조건에서의 안정성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 네일 두부의 구속조건에 따른 네일과 네일로 보강된 비탈면의 상호거동에 대한 연구는 미비한 실정이며, 최근 Oh(2013)가 네일 두부 구속조건에 따른 비탈면의 거동특성을 확인하기 위한 실내 축소모형 실험을 수행하였다.
쏘일 네일 공법의 장점은?
비탈면의 안정화를 위한 공법 중에서 쏘일 네일 공법은 타 공법에 비해 시공성, 경제성이 우수한 공법으로 비탈면 설계 및 시공에 활발히 적용되고 있는 공법이다. 쏘일 네일 공법은 1993년 이후 국내에 도입되어 구조물 터파기 공사의 가실설과 영구벽체의 지지 안정화를 위해 이용되고 있으며, 비탈면의 안정을 위한 보강 공사에도 광범위하게 이용되고 있다.
참고문헌 (10)
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