주문진 모래로 뒤채움한 선반식 옹벽의 수평토압에 관한 수치해석 Numerical Analysis for Lateral Earth Pressure on Retaining Wall with Relieving Platform backfilled with Jumoonjin Sand원문보기
일반적으로 옹벽은 높이가 높아질수록 안정성이 작아진다. 하지만 선반식 옹벽은 선반 설치로 인하여 옹벽에 작용하는 수평토압의 크기가 감소하기 때문에 다른 옹벽과 비교하면 안정성 및 경제성에서 우수하다고 할 수 있다. 이 연구에서는 기존에 연구된 선반식 옹벽의 수치해석 연구에서와는 다르게 옹벽의 종류, 선반의 길이, 선반의 위치 등의 조건을 변화시켜 총 15가지의 해석 조건으로 수치해석을 실시하였다. 수치해석을 통해 얻은 결과를 비교하여 선반식 옹벽의 수평토압 감소효과를 확인하였고, 또한 모형시험의 결과와 이론해를 동시에 비교하여 수평토압의 감소효과를 확인하고자 하였다. 연구결과 선반식 옹벽은 캔틸레버식 옹벽에 비해 수평토압 감소효과가 뚜렷한 것으로 나타났고, 선반의 위치, 선반의 길이 등에 따라 수평토압의 크기가 영향을 받는 것으로 나타났다.
일반적으로 옹벽은 높이가 높아질수록 안정성이 작아진다. 하지만 선반식 옹벽은 선반 설치로 인하여 옹벽에 작용하는 수평토압의 크기가 감소하기 때문에 다른 옹벽과 비교하면 안정성 및 경제성에서 우수하다고 할 수 있다. 이 연구에서는 기존에 연구된 선반식 옹벽의 수치해석 연구에서와는 다르게 옹벽의 종류, 선반의 길이, 선반의 위치 등의 조건을 변화시켜 총 15가지의 해석 조건으로 수치해석을 실시하였다. 수치해석을 통해 얻은 결과를 비교하여 선반식 옹벽의 수평토압 감소효과를 확인하였고, 또한 모형시험의 결과와 이론해를 동시에 비교하여 수평토압의 감소효과를 확인하고자 하였다. 연구결과 선반식 옹벽은 캔틸레버식 옹벽에 비해 수평토압 감소효과가 뚜렷한 것으로 나타났고, 선반의 위치, 선반의 길이 등에 따라 수평토압의 크기가 영향을 받는 것으로 나타났다.
Generally, the retaining wall is becoming unstable as the height is higher. On the other hand, the retaining wall with the relieving platform is more stable and more economical than any other type of retaining wall, because the relieving platform the reduce the lateral earth pressure. In this study,...
Generally, the retaining wall is becoming unstable as the height is higher. On the other hand, the retaining wall with the relieving platform is more stable and more economical than any other type of retaining wall, because the relieving platform the reduce the lateral earth pressure. In this study, numerical analyses were carried out for 15 cases varying with the type of retaining wall, length and location of the relieving platform and the backfill type. From the numerical analyses, the reduction of the lateral earth pressure was checked and the results of numerical analyses were compared with that of model tests and theoretical equations. As the results of this study, the lateral earth pressure of the retaining wall with the relieving platform is considerably less than that of cantilever wall. And the of magnitude of the lateral earth pressure is affected by the length and location of relieving platform and the backfill type.
Generally, the retaining wall is becoming unstable as the height is higher. On the other hand, the retaining wall with the relieving platform is more stable and more economical than any other type of retaining wall, because the relieving platform the reduce the lateral earth pressure. In this study, numerical analyses were carried out for 15 cases varying with the type of retaining wall, length and location of the relieving platform and the backfill type. From the numerical analyses, the reduction of the lateral earth pressure was checked and the results of numerical analyses were compared with that of model tests and theoretical equations. As the results of this study, the lateral earth pressure of the retaining wall with the relieving platform is considerably less than that of cantilever wall. And the of magnitude of the lateral earth pressure is affected by the length and location of relieving platform and the backfill type.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이 연구에서는 옹벽의 종류(캔틸레버식 옹벽, 선반식 옹벽), 선반의 길이(긴 선반, 짧은 선반), 선반의 위치(0.73H, 0.6H, 0.43H) 등의 조건을 달리하고, 수치해석을 실시하여 앞서 연구된 모형시험[8]의 결과 및 이론해와 비교하여 선반식 옹벽에 발생하는 수평토압 감소효과를 확인하고자 하였다.
제안 방법
al.[5]의 모형시험 지반조성 방법을 모사하여 15단계로 뒤채움 흙을 단계 성토하여 수치해석을 실시하였다.
al.[5]의 모형시험을 통해 얻은 결과를 동시에 비교하여 선반식 옹벽의 수평토압 분포를 분석하였다. 시험조건의 양이 많기 때문에 3가지의 되메움 조건을 모두 비교하기에 어려움이 있어 좁은 90°, 일반 90° 등 2가지의 조건만을 선택하여 비교하였으며, 모형시험과 관련된 자세한 내용은 Moon et.
수치해석에 사용된 지반모델은 Fig. 2의 단면을 이용하여 옹벽 종류와 되메움 조건에 따라 모델링하였다. 옹벽과 선반은 plate요소, 수평토압을 측정하는 로드셀은 anchor요소를 적용하였고, 옹벽과 굴착면에는 인터페이스를 적용하여 흙과 옹벽, 흙과 굴착면 사이에 발생하는 벽마찰 효과를 고려하도록 하였다.
2의 단면을 이용하여 옹벽 종류와 되메움 조건에 따라 모델링하였다. 옹벽과 선반은 plate요소, 수평토압을 측정하는 로드셀은 anchor요소를 적용하였고, 옹벽과 굴착면에는 인터페이스를 적용하여 흙과 옹벽, 흙과 굴착면 사이에 발생하는 벽마찰 효과를 고려하도록 하였다. 또한 Moon et.
이 연구에서는 2차원 유한요소 해석 프로그램인 PLAXIS(Finite Element Code for Soil and Rock Analyses) 2D를 사용하여 평면변형(plane strain)해석을 적용한 수치해석을 실시하였다. 이 프로그램은 지반공학 범용 유한요소해석 프로그램으로 사용가능한 지반 모델은 Linear-elastic, Mohr-Coulomb, Cam-clay, Creep, Hardening Soil, Jointed Rock Model 등이며 고차요소(15 절점 삼각형 요소)의 사용으로 심한 비선형 거동의 해석에도 용이한 장점이 있다.
73H(880mm)의 높이에 선반을 적용하였다. 한편, 선반 길이는 긴 선반, 짧은 선반 등 2가지 경우에 대하여 수치해석을 실시하였다. 긴 선반은 설치된 높이에서 활동면(Fig.
대상 데이터
1에서 점선)까지 선반 길이가 근접하거나 초과하는 경우이며, 짧은 선반은 그렇지 못한 경우이다. 긴 선반의 경우 0.47H의 높이에서는 270mm, 0.6H은 340mm, 0.73H은 420mm인 길이의 선반을 각각 사용하였으며, 짧은 선반은 0.6H의 높이에서 270mm인 길이의 선반을 사용하여 수치해석에 적용하였다.
선반 높이는 옹벽 하단을 기준으로 0.47H(560mm),0.6H(720mm), 0.73H(880mm)의 높이에 선반을 적용하였다. 한편, 선반 길이는 긴 선반, 짧은 선반 등 2가지 경우에 대하여 수치해석을 실시하였다.
성능/효과
1) 모형시험과 수치해석의 결과를 통해 기존 선반식 옹벽에 대한 다른 연구결과들[3, 4, 5, 6]과 유사하게 선반식 옹벽의 수평토압 감소효과가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인했다. 이러한 결과는 실제 옹벽 설계 및 시공 시 선반식 옹벽을 사용하게 될 경우 옹벽 단면의 감소로 인한 시공비용의 절감, 옹벽고의 높이 증가로 인한 적용 대상지의 다양성 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
2) 선반식 옹벽은 짧은 선반 보다는 긴 선반을 설치하는 것이 수평토압의 크기를 줄여주는데 더 효과가 있음을 확인했다. 따라서 선반식 옹벽의 설계 시에는 적용 대상지의 활동면을 고려하여 선반의 적정길이를 결정해야 할 것으로 판단된다.
3) 수치해석에 따르면 긴 선반을 적용할 경우 옹벽의 중간 높이에 선반이 설치될 때 토압의 합력이 가장 작은 것으로 나타나 기존의 이론을 뒷받침함을 알 수 있었다.
이 연구에서는 2차원 유한요소 해석 프로그램인 PLAXIS(Finite Element Code for Soil and Rock Analyses) 2D를 사용하여 평면변형(plane strain)해석을 적용한 수치해석을 실시하였다. 이 프로그램은 지반공학 범용 유한요소해석 프로그램으로 사용가능한 지반 모델은 Linear-elastic, Mohr-Coulomb, Cam-clay, Creep, Hardening Soil, Jointed Rock Model 등이며 고차요소(15 절점 삼각형 요소)의 사용으로 심한 비선형 거동의 해석에도 용이한 장점이 있다.
후속연구
4) 이 연구에서의 해석결과는 선반의 위치를 3가지 조건에 대해서만 고려하여 분석한 결과로 연구결과의 신뢰성을 높이기 위해서는 추후 선반의 위치 조건을 추가하여 최적의 선반 위치를 결정하는 것이 필요하다고 판단된다.
1) 모형시험과 수치해석의 결과를 통해 기존 선반식 옹벽에 대한 다른 연구결과들[3, 4, 5, 6]과 유사하게 선반식 옹벽의 수평토압 감소효과가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인했다. 이러한 결과는 실제 옹벽 설계 및 시공 시 선반식 옹벽을 사용하게 될 경우 옹벽 단면의 감소로 인한 시공비용의 절감, 옹벽고의 높이 증가로 인한 적용 대상지의 다양성 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
옹벽이란?
옹벽은 흙이 무너져 내리는 것을 방지하기 위해서 사용하는 구조물이다. 옹벽의 종류로는 중력식 옹벽, 캔틸 레버식 옹벽, 부벽식 옹벽 등이 있으며, 일반적으로 3m이하는 중력식 옹벽, 3∼7m는 캔틸레버식 옹벽, 그 이상의 높이는 부벽식 옹벽을 사용한다[1].
선반식 옹벽이 다른 옹벽에 비해 안정성 및 경제성이 우수한 이유는?
일반적으로 옹벽은 높이가 높아질수록 안정성이 작아진다. 하지만 선반식 옹벽은 선반 설치로 인하여 옹벽에 작용하는 수평토압의 크기가 감소하기 때문에 다른 옹벽과 비교하면 안정성 및 경제성에서 우수하다고 할 수 있다. 이 연구에서는 기존에 연구된 선반식 옹벽의 수치해석 연구에서와는 다르게 옹벽의 종류, 선반의 길이, 선반의 위치 등의 조건을 변화시켜 총 15가지의 해석 조건으로 수치해석을 실시하였다.
콘크리트 옹벽의 단점을 보완하는 방법은?
콘크리트 옹벽은 강성이 크며 검증된 구조체이지만 높이가 높아질수록 경제성 및 안정성 등에 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 옹벽 상단 부근에 하나 또는 그 이상의 선반을 설치하여 옹벽 높이가 높아도 옹벽에 작용하는 전체 수평토압의 크기를 줄여주고, 그로인한 옹벽 구조물의 전체적인 안정성을 향상시켜주는 선반식 옹벽이 있다[2].
참고문헌 (7)
S. H. Chol, Design of Reinforced Concrete Structures [Internet], Kookmin University, 2010, Available From:https://home.kookmin.ac.kr/-shchoi/rc/RetainingWall.pdf.(accessed 2012)
F. G. Bell, Ground Engineer's Reference Book, Butterworths, London, 1987.
Liu Fuchen and Lin Shile, "Earth Pressure Calculation for Retaining Structure with Relieving Platform", Port Engineering Technology, Aug. 2008, Total 182, No.4, 2008.
B. I. Kim, W. K. Yoo, M. R. Yang and Y. S. Park, "Model Test Study on the Earth Pressure of the Retaining Wall with the Relieving Platform", Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol.32, No.1C, pp. 27-35, 2012.
I. J. Moon, B. I. Kim, W. K. Yoo and Y. S. Park, "Model Tests for Measurement of Lateral Earth Pressure on Retaining Wall with the Relieving Platform Using Jumoonjin Sand", Journal of Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.14, No.11, pp. 5923-5929, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.11.5923
W. K. Yoo, B. I. Kim, I. J. Moon and Y. S. Park, "Comparison of the Lateral Earth Pressure on the Retaining Wall with the Relieving Platform by Model test and Numerical Analysis", Journal of Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.13, No.5, pp. 2382-2389, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2012.13.5.2382
K. H. Paik and R. Salgado, "Estimation of Active Earth Pressure against Rigid Retaining Walls Considering Arching Effects", Geotechnique, 53(7), pp. 643-653, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1680/geot.2003.53.7.643
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.