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흙노반재료의 회복탄성계수(MR) 결정을 위한 반복삼축압축시험법 제시 및 변형계수 상관성 분석
A Possible Test Method Proposed for Resilient Modulus (MR) and Analysis of Correlation between Resilient Modulus and Shear Modulus of Track Subgrade Soil 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.20 no.1 = no.98, 2017년, pp.85 - 98  

박재범 (Department of Civil, Environmental and Railroad Engineering Paichai University) ,  최찬용 (Korea Railroad Research Institute) ,  임상진 (Department of Civil, Environmental and Railroad Engineering Paichai University) ,  임유진 (Department of Civil, Environmental and Railroad Engineering Paichai University)

초록
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일반적으로 철도궤도 상부노반 흙재료는 연속적인 열차의 동적하중을 받게 되어 증가-감소 단계의 응력을 경험하게 된다. 이와 같이 일정한 주기에 따라 반복적으로 재하되는 축차응력(${\sigma}_d$)과 반복재하회수가 증가하게 되어 발생하는 회복변형률(${\varepsilon}_r$)의 비를 이용, 회복탄성계수($M_R$)을 산정할 수 있다. 현재까지 철도궤도하부구조에 적용할 수 있는 통일된 회복탄성계수 측정 시험법이 제시된 바 없어, 본 연구에서는 철도궤도 하부구조에 적용 가능하며, 구속압, 응력조건 및 반복재하회수 등을 종합적으로 고려할 수 있는 반복삼축압축시험에 의한 잠정 회복탄성계수 측정시험법을 제시하였다. 또한 반복삼축압축시험에 의한 잠정 시험법을 통해 산정된 회복탄성계수($M_R$)와 중형공진주시험을 통해 측정한 전단탄성계수(G)와의 상관성분석을 실시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In general, under the repetitive dynamic load generated by rail cars running on the track, subgrade soil experiences changes of stress conditions such as deviatoric stress (${\sigma}_d$) and bulk stress (${\theta}$). Due to the repetitive change of deviatoric stress (${\si...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 내부변위계는 시편의 변형을 정확하게 측정 가능하다는 장점이 있으나, 설치가 까다롭고 시편에 손상을 유발할 수 있는 단점이 있다. 본 시험에서는 시험시편의 정확한 순간변위 및 축변형률을 측정하기 위하여 외부 및 내부변위계를 모두 사용하는 방안을 고려하였다.
  • 본 연구에서는 철도궤도 하부구조중 흙노반층의 변형특성을 파악하기 위한 시험방법으로서, 구속압, 응력조건 및 반복재하회수 등을 종합적으로 고려하여 회복탄성계수를 측정할 수 있는 잠정 반복삼축압축시험 시험법을 제시하였다. 이와 같은 잠정 반복삼축압축시험 시험법을 통해 결정된 회복탄성계수(MR)와 중형공진주시험을 통해 측정한 전단탄성계수(G)와의 상관성분석을 실시하였으며 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 다만 주로 도로분야에서 국가별 또는 기관별로 각각의 연구목적 또는 시행의도에 따라 독자적인 시험법을 수립하여 시험을 수행하고 있다[12]. 철도궤도 흙노반의 회복탄성계수 결정을 위한 반복삼축압축시험법 개발을 위해서 본 연구에서는 철도궤도 하부구조가 경험하는 구속압, 응력조건 및 반복재하회수 등을 종합적으로 고려한 잠정 시험법을 제시하였다. 또한 반복삼축압축 시험의 잠정 시험법을 통해 산정된 회복탄성계수(MR)와 중형공진주시험을 통해 측정된 전단탄성계수(G)와의 상관성 분석을 실시, 유효성을 검토하였다.
  • 실제 흙노반의 침하 등 안정성에 미치는 가장 큰 영향요소는 강성(stiffness), 즉, 변형계수이므로[11] 역학적 특성 중 재료의 다짐 후 변형계수 분포범위와 변화정도를 보다 명확히 파악할 필요가 있다. 현재 대부분의 분류시스템에서 사용되는 기초물성 값과 실제의 역학적 특성인 변형계수와의 사이에 어떠한 상관성이 수립가능성을 검토하였다. 이를 위하여 궤도노반으로 사용되는 흙재료의 기초물성에 입각한 변형계수 예측모델 수립을 최종 목적으로 다수의 국내 신설 철도 궤도노반 흙재료에 대하여 실내 기본물성시험을 실시하였고, 이를 현장에서 직접 구한 변형계수(반복평판재하시험 변형계수 Ev2 및 동평판재하시험 변형계수 Evd)와의 회귀분석을 통해 상관식을 도출하였다.

가설 설정

  • 선형회귀분석을 통해 상관식을 도출하기 위해서는 독립변수와 종속변수 사이에 선형적 관계식 설정을 유도해야 한다. 따라서 loglog 대수법을 응용하여 자연로그(ln) - 자연로그(ln) 대수 관계식이 설정되는 것을 가정하였다. 다음 Table 9~Table 10 및 Fig.
  • 또한 전단탄성계수를 이용, 식 (11)에 대입하여 탄성계수를 구하였다. 이때 포아송비는 0.212로 가정하였다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SPSS를 사용하여 선형 회귀분석을 실시하여 무엇을 도출하였나? 본 연구에서는 통계분석 프로그램인 SPSS를 사용하여 선형 회귀분석을 실시, 예측모델에 필요한 회귀 모델 계수를 결정하였다. 이를 이용하여 반복삼축압축시험을 통해 획득한 회복탄성계수(MR) 데이터와 전단탄성계수(G)의 상관식을 도출하였다. 선형회귀분석을 통해 상관식을 도출하기 위해서는 독립변수와 종속변수 사이에 선형적 관계식 설정을 유도해야 한다.
회복 탄성계수란? 1)[4]. 초기 재하 후 반복하중의 재하회수가 특정 회수 이상이 되면 회복변형이 지배적이 되고 이때 응력-변형률 곡선의 기울기를 회복 탄성계수(resilient modulus; MR)라고 정의한다(Fig. 2).
반복삼축압축시험기는 무엇으로 구성되어 있는가? 반복삼축압축시험기는 서보(servo) 공압장치, 삼축셀을 포함한 하중프레임, 구속응력 재하장치, 신호처리 및 시스템 제어장치로 구성되어 있다. 또한 응력 및 변형률 조절방식 모두 가능하며 제어 시스템에 의하여 자동 제어된다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (19)

  1. Korea Rail Network Authority (2013) Design Specification for Railroad, Korea Rail Network Authority. 

  2. D.S. Kim (2012) Evaluation of modulus and load-settlement characteristics of subgrade soil used in track foundation, Master's Thesis, PaiChai University. 

  3. J.K. Hwang (2011) Development of permanent deformation prediction model for reinforced-roadbed crushed stone based on resilient modulus and shear stress ratio, Master's Thesis, PaiChai University. 

  4. F. Lekarp, U. Isacsson, A. Dawson (2000) State of the Art II: Permanent Strain Response of Unbound Aggregates, Journal of Transpotation Engineering Proceedings of ASCE, 126(1), pp. 76-83. 

  5. American Association of State Highway and Transportation Officials (1986) Guide for mechanistic-empirical design, American Association of State Highway and Transportation Officials, National Cooperative Highway Research Program. 

  6. J.M. Mossazadeh, W. Witczak (1981) Prediction of subgrade Moduli for soil That Exhibits Nonlinear Behavior, Transportation Research Record 810, TRB, National Reasearch Council, pp. 9-17. 

  7. S.F. Brown, A.F. Hyde (1975) Significance of Cyclic Confining Stress in Repeated Load Triaxial Testing of Granular Material, Transportation Research Record, No. 537. 

  8. American Association of State Highway and Transportation Officials (2002) Guide for mechanistic-empirical design, American Association of State Highway and Transportation Officials, National Cooperative Highway Research Program. 

  9. Zhang, Chaohan (2004) The effect of high groundwater level on pavement subgrade performance, Ph.D Thesis, Florida State University. 

  10. W.V. Ping (2007) Enhancement of Resilient Modulus Data for the Design of Pavement Structures in Florida, Florida Department of Transportation. 

  11. J.B. Park, C.Y. Choi, Y.J. Lim (2016) Construction of correlation between basic soil properties and deformation modulus of trackbed soils based on laboratory and field mechanical tests, Journal of the Korean Society for Railway, 19(2), pp. 204-212. 

  12. K.H. Kwak (2010) Characterizing and modeling of permanent deformation for subbase materials used in Korea by using large triaxial repeated load tests, Master's Thesis, PaiChai University. 

  13. H. Ceylan, K. Gopalakrishnan, S.H. Kim (2009) Characterization of Unbound Materials(Soils/Aggregates) for Mechanistic - Emporocal Pavement Design Guide, report for Center for Transportation Research and Education Iowa State University. pp. 16-17 

  14. W. Witczak, C. Park (2004) Laboratory Determination of Resilient Modulus for Flexible Pavement Design, report for Center for National Cooperative Highway Research Program Research Results Digest Arizona State University. pp. 14-16 

  15. R. Pezo, D.S. Kim, K.H. II Stokoe (1991) Developing a Reliable Resilient Modulus Testing System, Transportation Research Record, No. 1307. 

  16. M.B. Darendeli, K.H. II Stokoe (1997) Dynamic properties of soils subjected to the 1994 Northridge earthquake, Geotechnical Engineering Report GR97-5, Civil Engineering Dept., University of Texas, Austin, TX, USA. 

  17. J. Meng, G.J. Rix (2003) Reduction of equipment-generated damping in resonant column measurements, Journal of Geotechnique Essential Engineering Knowledge, 53(5), pp. 503-512 

  18. D.S. Kim (1995) Deformational characteristics of dry sand using resonant column / torsional shear testing equipment, Journal of Korea Geotechnical Society, 11(1), pp. 101-112. 

  19. Y.J. Kim, J.B. Park (2015) Analysis of Shear Modulus(G)-Shear Strain( ${\gamma}$ )-Degree of Saturation(S) Characteristics of Compacted Subgrade Soil used as Railway Trackbed, Journal of the Korean Society for Railway, 18(2), pp. 127-138. 

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