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실내모형실험과 개별요소법을 이용한 지반 공동 및 이완영역 모사에 관한 연구
A Study on Simulation of Cavity and Relaxation Zone Using Laboratory Model Test and Discrete Element Method 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.16 no.2, 2017년, pp.11 - 21  

김주봉 (School of Civil and Environmental Engineering, Chung-Ang Univ.) ,  유승경 (Dept. of Civil Engineering, Myongji College) ,  한중근 (School of Civil and Environmental Engineering, Urban Design and Study, Chung-Ang Univ.) ,  홍기권 (Institute of Technology Research and Development, Korea Engineering & Construction) ,  박종범 (Shinmyeong Construction Engineering)

초록
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지반함몰의 발생은 하수관 파손으로 인한 토사유실이 주원인으로써 그 대책을 수립하기 위해서는 공동과 이완영역의 발생, 주변 지반의 거동을 이해하여야 할 필요성이 있다. 본 논문에서는 지중 하수관의 파손으로 인한 지반함몰 메커니즘 분석을 위해 실내모형실험과 개별요소 수치해석을 실시하였다. 실내모형실험에서는 알루미늄 봉과 트랩도어를 이용하여 모형지반의 거동을 모사하였고, 개별요소 수치해석은 모형실험과 동일한 경계조건으로 수행하여 그 결과를 모형실험 결과와 비교분석하였다. 모형실험 및 개별요소 결과로부터 토사유실로 인한 공동과 이완영역의 형상 및 규모를 파악하였으며, 공동 주변 지반의 간극비 분포 특성 및 이완정도를 파악할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ground subsidence mainly occurs due to the soil wash-away caused by cracked sewer pipes. It is necessary to understand the behavior surrounding soils with the formation of cavity and relaxation zone to set up counterplan. In this paper, a series of laboratory model tests and numerical analyses (Disc...

주제어

#Cavity   #Discrete element method   #Ground subsidence   #Model test   #Numerical analysis   #Relaxation zone  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 하수관 상부 손상 시, 토사유출에 의한 지중 공동 및 이완영역의 발생 메커니즘을 분석하기 위하여 실내모형실험과 개별요소 수치해석을 실시하였다. 실내모형실험에서는 알루미늄 봉과 트랩도어를 이용하여 모형지반의 거동을 모사하였고, 개별요소 수치해석은 모형실험과 동일한 경계조건으로 수행하여 그 결과를 모형실험 결과와 비교･분석 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
개별요소법이란? 개별요소법은 외력에 의해 발생된 불평형력을 수렴시키는 방법을 사용하는 동적 해석기법이다. 모델을 구성하여, 외력에 의해 발생된 불평형력이 입자에서 입자 또는 입자에서 Geometry로 전파되어 개별 입자의 독립적인 움직임을 유발한다(Noh, 2012).
알루미늄 봉을 이용한 모형실험의 단점은? 알루미늄 봉을 이용한 모형실험은 실험 준비가 용이할 뿐 아니라, 실험 중 발생하는 강체의 거동과 공동 및 이완영역 생성 과정을 육안으로 쉽게 관찰할 수 있으며, 토조의 벽면 마찰을 제거할 수 있는 장점이 있다. 실제 토립자의 불규칙적인 형상과 표면 상태를 고려할 수 없다는 단점이 있지만 제한된 조건에서의 지반 공동과 이완영역을 확인하고 이를 수치해석 결과와 비교하는 연구에는 유용하게 활용할 수 있다.
알루미늄 봉을 이용한 모형실험의 장점은? 본 연구에서는 지반의 공동 및 이완영역 생성을 모사하기 위해 알루미늄 봉을 이용한 평면변형률 조건의 실내모형실험을 실시하였다. 알루미늄 봉을 이용한 모형실험은 실험 준비가 용이할 뿐 아니라, 실험 중 발생하는 강체의 거동과 공동 및 이완영역 생성 과정을 육안으로 쉽게 관찰할 수 있으며, 토조의 벽면 마찰을 제거할 수 있는 장점이 있다. 실제 토립자의 불규칙적인 형상과 표면 상태를 고려할 수 없다는 단점이 있지만 제한된 조건에서의 지반 공동과 이완영역을 확인하고 이를 수치해석 결과와 비교하는 연구에는 유용하게 활용할 수 있다.
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참고문헌 (15)

  1. Bae Y. S., Kim K. T., and Lee S. Y. (2017), "The Road Subsidence Status and Safety Improvement Plans", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.18, No.1 pp.545-552. 

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  2. Brady, B. H. G. and Brown, E. T. (1985), Rock mechanics for underground mining, George Allen and Unwin., pp.527. 

  3. Choi S. K., Back S. I., An J. B., and Kwon T. I. (2016), "Geotechnical investigation on causes and mitigation of ground subsidence during underground structure construction", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Assoication, Vol.18, No.2, pp.143-154. 

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  4. Cundall, P. A. and Strack, O. D. L. (1979), "A discrete numerical model for granular assemblies", Geotechnique 29, pp.47-65. 

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  9. Lee, S. H., Lee H. L., and Song, K. I. (2016), "The effect of formation of spherical underground cavity on ground surface settlement : Numerical analysis using 3D DEM", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol.18, No.2, pp.129-142. 

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  11. Park, I. J. and Park, S. H. (2014), "Cause analysis and counterplan for sinkhole", Magazine of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.14, No.5, pp.12-17. 

  12. Ryu, Y. K. (2014), "Plan for reaction of settlement of ground by waterworks and drainage pipeline", Water Journal, Vol.124, pp.68-72. 

  13. Song, K. I. and Yoon, J. S. (2015), Tunnel deformation mechanism, CIR, Seoul. 

  14. Suchowerska, A. M., Merifield, R. S., Carter, J. P., and Clausen, J. (2012), "Prediction of underground cavity roof collapse using the Hoek-Brown failure criterion", Computers and Geotechnics, Vol.44, pp.325-342. 

  15. Yamamoto K. and Kusuda K. (2001), "Failure mechanisms and bearing capacities of reinforced foundations", Geotextiles and Geomembranes, Vol.19, pp.127-162. 

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