[논문]불포화 강도 유실에 의한 지반함몰 현상의 모형 실험 재현 및 일반 보간 재료점법을 활용한 수치적 모사

이민호; 우상인; 정충기

doi:10.7843/kgs.2017.33.12.93

불포화 강도 유실에 의한 지반함몰 현상의 모형 실험 재현 및 일반 보간 재료점법을 활용한 수치적 모사
Model Tests and GIMP (Generalized Interpolation Material Point Method) Simulations of Ground Cave-ins by Strength Reduction due to Saturation 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.33 no.12, 2017년, pp.93 - 105

이민호 (서울대학교 건설환경공학과) , 우상인 (서울대학교 공학연구원) , 정충기 (서울대학교 건설환경공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 하수관 손상에 의한 지반함몰 발생 과정에서 지반의 포화도 상승에 따른 흙의 불포화 강도 저하의 영향을 파악하기 위하여, 직접 전단 실험, 모형 실험, 그리고 수치해석을 수행하였다. 직접 전단 시험 결과, 흙의 마찰각은 포화도의 영향을 크게 받지 않으나, 점착력은 포화도의 영향을 크게 받음을 알 수 있다. 포화도 상승에 따른 강도저하의 영향만을 고려하기 위하여, 물의 침투효과를 배제한 모형 실험을 실시하여 지반 함몰 현상을 재현하였다. 지반 함몰은 대변위를 동반하며, 기존 유한요소법의 적용이 어렵다. 본 연구에서는 대변위 해석 기법인 일반 보간 재료점법을 사용하여 수행한 모형실험을 수치적으로 모사하였다. 비록 경계 조건 차이, 불완전 포화, 손상부 연결관의 폐색등에 의해 함몰 시간 등에는 차이가 있었지만, 유사한 토체의 변형 거동이 모형 실험과 수치해석에서 발견되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study presents direct shear tests, model tests, and numerical simulations to assess the effect of reduction of soil strength because of saturation during formation of ground cave-in caused by damaged sewer pipe lines. The direct shear test results show that the saturation affects the cohesion of soil significantly although it does not influence the friction angle of soil. To experimentally reproduce ground cave-in, the model tests were performed. As ground cave-ins were accompanied with extreme deformation, conventional finite element method has difficulty in simulating them. The present study relies on generalized interpolation material point method, which is one of meshless methods. Although there are differences between the model test and numerical simulation caused by boundary conditions, incomplete saturation, and exclusion of groundwater flow, similar ground deformation characteristics are observed both in the model test and numerical simulation.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하수관 손상으로 인한 지반 함몰 현상의 원인은 무엇인가?	이에 따라 하수관 내부로 토사가 유실되고, 지중 공동 및 지반 함몰이 발생하게 된다. 이러한 하수관 손상으로 인한 지반 함몰 현상은 포화도 상승에 따른 강도 저하, 지하수의 흐름에 의한 침투압의 작용 등과 같은 복합적인 원인으로 발생하나, 본 연구에서는 지반 함몰 발생 과정에서 포화도 상승에 따른 흙의 강도 저하가 지반 함몰에 미치는 영향에 중점을 두고 확인하 고자 직접 전단 실험 및 모형 실험을 수행하였다.
	지반함몰이 도심지 지반재해로 주목을 받은 이유는 무엇인가?	최근 도심지에서 지반함몰로 의한 인적, 물적 피해가 증가함에 따라 지반함몰은 도심지 지반재해로서 주목을 받고 있다. 서울시 보도자료에 따르면 2012년부터 2016 년까지 3,857건의 지반함몰이 발생하였으며 하수관 손상, 굴착공사, 상수관 손상 등이 주요 발생원인으로 꼽 히고 있다(Seoul Metropolitan Goverment, 2017).
	하수관 손상으로 인한 지반 함몰 현상은 어떤 과정을 통해 발생하는가?	노후화 등에 의해 파손이 발생한 관 내부가 강우 등으로 가득 차면 하수가 손상부를 통해 지반으로 유출되고, 이로 인해 지하수위가 상승하여 지반의 포화도가 증가하게 된다(Kuwano et al., 2010; Rogers, 1986). 초기 불포화 상태에 있던 지반은 흙의 불포화강도에 의해 토사 유실에 저항하게 되는데, 포화도 상승에 따른 모관흡수력의 상실로 흙의 강도가 저하됨에 따라 토사 유실에 대한 저항력이 감소하게 된다. 이에 따라 하수관 내부로 토사가 유실되고, 지중 공동 및 지반 함몰이 발생하게 된다. 이러한 하수관 손상으로 인한 지반 함몰 현상은 포화도 상승에 따른 강도 저하, 지하수의 흐름에 의한 침투압의 작용 등과 같은 복합적인 원인으로 발생하나, 본 연구에서는 지반 함몰 발생 과정에서 포화도 상승에 따른 흙의 강도 저하가 지반 함몰에 미치는 영향에 중점을 두고 확인하 고자 직접 전단 실험 및 모형 실험을 수행하였다.

참고문헌 (30)

Al-Kafaji, I. K. J. (2013), "Formulation of a Dynamic Material Point Method (MPM) for Geomechanical Problems", Universitat Stuttgart, Stuttgart, Germany.
ASTM D3080-04. (2011), "Standard Test Method for Direct Shear Test of Soils Under Consolidated Drained", Annual Book of ASTM Standards, 1-7.
Bardenhagen, S. G. (2002), "Energy Conservation Error in the Material Point Method for Solid Mechanics", Journal of Computational Physics, Vol.180, No.1, pp.383-403.

상세보기
Bardenhagen, S. G., Guilkey, J. E., Roessig, K. M., Brackbill, J. U., Witzel, W. M., Foster, J. C., Method, M. P., and Propagation, W. (2001), "An Improved Contact Algorithm for the Material Point Method and Application to Stress Propagation in Granular Material", Computer Modeling in Engineering and Sciences, Vol.2, No.4, pp.509-522.

상세보기
Bardenhagen, S. G. and Kober, E. M. (2004), "The Generalized Interpolation Material Point Method", Computer Modeling in Engineering & Sciences, Vol.5, No.6, pp.477-495.

상세보기
Brackbill, J. U., Kothe, D. B., and Ruppel, H. M. (1988), "Flip: A Low-dissipation, Particle-in-cell Method for Fluid Flow", Computer Physics Communications, Vol.48, No.1, pp.25-38.

상세보기
Harlow, F. H. (1957), "Hydrodynamic Problems Involving Large Fluid Distortions", Journal of the ACM, Vol.4, No.2, pp.137-142.

상세보기
Hu, Y. and Randolph, M. F. (1998), "H-adaptive FE Analysis of Elasto-plastic Non-homogeneous Soil with Large Deformation", Computers and Geotechnics, 23, pp.61-83.

상세보기
Kardani, M., Nazem, M., Abbo, A. J., Sheng, D., and Sloan, S. W. (2012), "Refined h-adaptive Finite Element Procedure for Large Deformation Geotechnical Problems", Computational Mechanics, 49, pp.21-33.

상세보기
Kardani, M., Nazem, M., Sheng, D., and Carter, J. P. (2013), "Large Deformation Analysis of Geomechanics Problems by a Combined rh-adaptive Finite Element Method", Computers and Geotechnics, 49, pp.90-99.

상세보기
Kim, M. and Kim, Y. (2010), "Shear Strength of Weathered Granite Soil Considering Change of Saturation", Journal of the Korean Geoenvironmental Society, Vol.11, No.9, pp.5-14.
Kuwano, R., Sato, M., and Sera, R. (2010), "Study on the Detection of Underground Cavity and Ground Loosening for the Prevention of Ground Cave-in Accident", Japanese Geotechnical Journal, Vol.5, No.2, pp.349-361.

상세보기
Lian, Y. P., Zhang, X., Zhang, F., and Cui, X. X. (2014), "Tied Interface Grid Material Point Method for Problems with Localized Extreme Deformation", International Journal of Impact Engineering, Elsevier Ltd, 70, pp.50-61.

상세보기
Ma, J., Wang, D., and Randolph, M. F. (2014), "A New Contact Algorithm in the Material Point Method for Geotechnical Simulations", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 38(March), pp.1197-1210.

상세보기
Mast, C. M., Arduino, P., Miller, G. R., and Mackenzie-Helnwein, P. (2014), "Avalanche and Landslide Simulation Using the Material Point Method: Flow Dynamics and Force Interaction with Structures", Computational Geosciences, 18, pp.817-830.

상세보기
Nairn, J. A. and Guilkey, J. E. (2015), "Axisymmetric form of the Generalized Interpolation Material Point Method", International Journal for Numerical Methods in Engineering, 101, pp.127-147.

상세보기
Nazem, M., Sheng, D., and Carter, J. P. (2006), "Stress Integration and Mesh Refinement for Large Deformation in Geomechanics", International Journal for Numerical Methods in Engineering, 65, pp.1002-1027.

상세보기
Phuong, N. T. V., van Tol, A. F., Elkadi, A. S. K., and Rohe, A. (2014), "Modelling of Pile Installation Using the Material Point Method (MPM)", Numerical methods in Geotechnical engineering, pp.271-276.
Phuong, N. T. V., van Tol, A. F., Elkadi, A. S. K., and Rohe, A. (2016), "Numerical Investigation of Pile Installation Effects in Sand Using Material Point Method", Computers and Geotechnics, Elsevier Ltd, 73, pp.58-71.

상세보기
Rogers, C. (1986), Sewer deterioration studies the background to thestructural assessment procedure in the sewerage rehabilitationmanual. WRC Report ER199E.
Sadeghirad, A., Brannon, R. M., and Guilkey, J. E. (2013), "Secondorder Convected Particle Domain Interpolation (CPDI2) with Enrichment for Weak Discontinuities at Material Interfaces", International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol.95, No.11, pp.923-952.
Seoul Metropolitan Goverment. (2017), "Seoul Metropolitan Goverment Invests 130.6 Billion won to Repair Sewage Pipe Lines to Prevent Ground Cave-ins", Seoul Metropolitan Goverment Press Releases, Seoul.
Sloan, S. W. and Booker, J. R. (1986), "Removal of Singularities in Tresca and Mohr-Coulomb Yield Functions", Communications in Applied Numerical Methods, 2, pp.173-179.

상세보기
Solowski, W. T. and Sloan, S. W. (2015), "Evaluation of Material Point Method for Use in Geotechnics", International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 39, pp.685-701.

상세보기
Sulsky, D., Chen, Z., and Schreyer, H. L. (1994), "A Particle Method for History-dependent Materials," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 118, pp.179-196.

상세보기
Tan, H. and Nairn, J. A. (2002), "Hierarchical, Adaptive, Material Point Method for Dynamic Energy Release Rate Calculations", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 191 (19-20), pp.2095-2109.
Tehrani, F. S., Nguyen, P., Brinkgreve, R. B. J., and van Tol, A. F. (2016), "Comparison of Press-Replace Method and Material Point Method for analysis of jacked piles", Computers and Geotechnics, Elsevier Ltd, 78, pp.38-53.

상세보기
Vavourakis, V., Loukidis, D., Charmpis, D. C., and Papanastasiou, P. (2013), "A Robust Finite Element Approach for Large Deformation Elastoplastic Plane-strain Problems", Finite Elements in Analysis and Design, Elsevier, 77, pp.1-15.

상세보기
Wallstedt, P. C. and Guilkey, J. E. (2008), "An Evaluation of Explicit Time Integration Schemes For Use with the Generalized Interpolation Material Point Method", Journal of Computational Physics, Vol.227, No.22, pp.9628-9642.

상세보기
Woo, S. I. and Salgado, R. (2017), "Simulation of Penetration of a Foundation Element in Tresca Soil Using the Generalized Interpolation Material Point Method (GIMP)", Computers and Geotechnics.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증