[논문]Geotextile이 포설된 연약지반 지지력 평가를 위한 수치해석 비교분석

채유미; 김재홍

doi:10.12652/ksce.2020.40.2.0217

Geotextile이 포설된 연약지반 지지력 평가를 위한 수치해석 비교분석
Numerical Analysis for Evaluation of Bearing Capacity on Soft Ground with Geotextile 원문보기

대한토목학회논문집 = Journal of the Korean Society of Civil Engineers, v.40 no.2, 2020년, pp.217 - 223

채유미 (동신대학교 토목환경공학과) , 김재홍 (동신대학교 토목환경공학과)

초록
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연약지반에서의 공사들이 증가되면서 안전사고에 대한 관심도가 많아지고 보강공사에 따른 장비진입의 안정성을 확보하고자 많은 연구들이 진행되고 있다. Yamanouchi와 Meyerhof 수식과 같이 기존 문헌에서 제안하고 있는 이론적인 방정식들은 허용지지력을 계산하여 단순한 연약 지반 안정성을 평가하고 있으므로, 추가적인 수치해석 검증을 통해 연약지반 위의 접지압에 대한 응력증가분과 변형에 관한 이론방정식 검증이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소해석 프로그램을 이용하여 토목섬유의 봉합인장강도의 증가에 따른 연약지반의 변형을 비교하였고, 접지압의 하중 크기에 따라 지중내 응력증가분의 상승을 현장에서 적용한 사례를 토대로 비교하였고, 이 적용사례를 토대로 접지압의 하중 변화에 따른 지중내 응력증가특성을 규명하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

As construction work on soft ground increases, many researchers have studied to secure the stability of trafficability with interest in construction safety accidents due to reinforcement work. Although the stability of soft ground is evaluated based on the allowable bearing capacity of theoretical equations proposed in the literature such as Yamanouchi and Meyerhof formulas, further numerical verification also requires comparison of the stress increase (Δσz) and deformation of the distributed contact pressure on the soft ground. In this study, the deformation of the soft ground is compared with the increasing the seam tensile strength of geotextile using the finite element analysis program, and the stress increase is investigated by variation of the distributed contact pressure by appling input data of case study.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Construction of Soft Ground Improvement
표 Table 1. Parameter for Estimation of Contact Pressure of Construction Equipment (MOF, 2012)
그림 Fig. 2. Schematic Design of Yamanouchi Method (Yamanouchi, 1985)
표 Table 3. Allowable Bearing Capacity Calculated by 3 Types of Equations (Busan Regional Maritime Affairs and Port Office, 2013)
표 Table 2. Punching Shear Factors with the Soil Friction Angle (Meyerhof, 1974)
그림 Fig. 3. Allowable Bearing Capacity of Modified Equation by Thickness of Sand Mat Layer
그림 Fig. 4. Geometry for Numerical Analysis of Stress Increase by Load (Plaxis, 2019)
그림 Fig. 5. Contour Result and Location of Maximum Stress Increase by Load 25.5 kPa
표 Table 4. Soil Properties and Geotextile Parameters Applied to Numerical Analysis
그림 Fig. 6. Contour Result of Maximum Stress Increase
그림 Fig. 7. Comparison of Stress Increase by Various sand Mat Thickness
그림 Fig. 8. Mesh by Maximum Displacement (Seam Tensile Strength=50 %)
그림 Fig. 9. Contour Result of Maximum Displacement (Seam Tensile Strength=50 %)
그림 Fig. 10. Mesh of Maximum Displacement (Seam Tensile Strength=80 %)
그림 Fig. 11. Contour Result of Maximum Displacement (Seam Tensile Strength=80 %)
그림 Fig. 12. Comparison of Vertical Displacement of Geotextile by Various Load and Seam Tensile Strength

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존 문헌들에서 제안하는 허용지지력 수식들을 수정하여 방정식을 제안하고 복토층의 두께에 따른 안정성을 파악하기 위해 지반내의 응력증가분의 변화를 수치해석으로 비교·분석한다(Plaxis, 2019). 또한 토목섬유의 봉합인장강도가 원단강도의 50 %에서 80 %까지 증가하면서 접지압에 의한 지반의 변형을 분석하기 위해서 유한요소해석을 수행하여 대략적인 값들을 예상하고자 한다.
연약지반 개량공법은 기초지반이 되는 흙의 공학적 특성을 적극적으로 개선하려는 것이라 할 수 있다. 토목섬유를 봉합하여 연약지반 위로 포설하고 복토층의 두께로 지지력을 확보해야하는 시공과정에서 안정성을 위한 검증 평가를 다음과 같이 수행하였다.

제안 방법

, 2019). 기존 연구결과를 토대로 응력증가분에 영향을 가장 크게 주는 복토층의 두께별 응력증가분 감소에 대한 수치해석을 수행하였다. Fig.
깊이(Depth)를 보여주는 ‘0’ 위치가 지표면을 의미하고 각 색깔별로 복토층 두께가 ‘-’ 방향으로 증가하며 그에 상응하게 응력증가분의 변화를 곡선으로 표시하였다.
본 연구에서는 기존 문헌들에서 제안하는 허용지지력 수식들을 수정하여 방정식을 제안하고 복토층의 두께에 따른 안정성을 파악하기 위해 지반내의 응력증가분의 변화를 수치해석으로 비교·분석한다(Plaxis, 2019).
수치해석으로 비교하기 위해 Fig. 4과 같이 연약지반 위 0.5~2.5m의 복토층은 쇄석과 모래로 포설하여 접지압에 대한 응력증가분( )을 계산하였다.
연약지반의 지지력을 계산하기 위해서 이론적인 방정식을 이용하고 있지만, 지지력에 중요한 요인으로 확인된 복토층의 종류와 내부마찰각, 그리고 두께에 따른 지중내의 응력증가분을 수치해석으로 비교·분석하였다(Plaxis, 2019).
위 지지력을 위한 수정방정식은 본 연구의 Test-bed 시험 장소(목포 대교 연약지반)에서 적용한 사례를 추가하여 비교하였다. Fig.
연약지반의 지지력을 계산하기 위해서 이론적인 방정식을 이용하고 있지만, 지지력에 중요한 요인으로 확인된 복토층의 종류와 내부마찰각, 그리고 두께에 따른 지중내의 응력증가분을 수치해석으로 비교·분석하였다(Plaxis, 2019). 이론방정식에서 적용하였던 접지압 25.5 kN/m²을 적용하여 연약지반 깊이별 응력증가분과 토목섬유 봉합인장강도 변화에 따른 변위를 유한요소해석으로 예측하였다. Table 4는 복토층의 재료를 2가지로 구분하여 토사(모래)와 쇄석으로 적용하고 연약지반과 토목섬유 재료에 대한 특성을 나타낸다.
5 kPa을 사용하였다. 토목섬유의 바로 밑 지점에서의 응력증가분은 최대값을 보여주고 있기 때문에 복토층 두께의 5가지(0.5 m, 1.0 m, 1.5 m, 2.0 m, 2.5 m) 경우를 해석하여 증가하는 경향을 비교하였다. Fig.
여기에서 E는 탄성계수, v는 프아송비, T_a는 토목섬유의 봉합인장강도를 나타낸다. 현장에서 봉합인장강도는 일반적으로 원단강도의 50 % 강도를 인정하고 있기 때문에 인장강도의 증가에 따른 응력증가분과 변형에 대해서 수치해석을 확인해 보았다.

성능/효과

2%씩 감소하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 봉합인장강도의 최대 허용치는 116 kPa 정도의 접지압에서 대부분의 복토층 두께에서 큰 변형이 발생하여 토목섬유의 파괴를 예측할 수 있는 수치해석결과를 보여줬다. 봉합인장강도의 50~80 % 변화에 따라 수직변위의 증감을 확인할 수 있었다.
수치해석에서 연약지반의 지지력에 가장 영향력 있는 요인은복토층의 두께이며, 그 결과 토사나 쇄석으로 복토되는 층의 두께에 따라 지반내의 응력증가분이 감소하고 있음을 확인할 수 있었다.복토층 50cm의 두께가 증가함에 따라 응력증가분의 크기는 5.2%씩 감소하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한 봉합인장강도의 최대 허용치는 116 kPa 정도의 접지압에서 대부분의 복토층 두께에서 큰 변형이 발생하여 토목섬유의 파괴를 예측할 수 있는 수치해석결과를 보여줬다.
, 2019). 복토층의 두께가 50 cm씩 증가하면서 허용지지력은 평균적으로 30.5 kN/m2 증가하였으며, 22 %씩 증가하였다.
또한 봉합인장강도의 최대 허용치는 116 kPa 정도의 접지압에서 대부분의 복토층 두께에서 큰 변형이 발생하여 토목섬유의 파괴를 예측할 수 있는 수치해석결과를 보여줬다. 봉합인장강도의 50~80 % 변화에 따라 수직변위의 증감을 확인할 수 있었다.
수치해석에서 연약지반의 지지력에 가장 영향력 있는 요인은복토층의 두께이며, 그 결과 토사나 쇄석으로 복토되는 층의 두께에 따라 지반내의 응력증가분이 감소하고 있음을 확인할 수 있었다.복토층 50cm의 두께가 증가함에 따라 응력증가분의 크기는 5.
8 kN/m2 정도 높게 평가되고 있다. 연약지반의지지력을 평가하기 위해서 제안된 방정식으로 경제성과 적절한안정성을 확보할거라 예측할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연약지반 개량공법은 무엇인가?	연약지반 개량공법은 기초지반이 되는 흙의 공학적 특성을 적극적으로 개선하려는 것이라 할 수 있다. 토목섬유를 봉합하여 연약지반 위로 포설하고 복토층의 두께로 지지력을 확보해야하는 시공과정에서 안정성을 위한 검증 평가를 다음과 같이 수행하였다.
	수치해석에서 연약지반의 지지력에 가장 영향력 있는 요인은?	수치해석에서 연약지반의 지지력에 가장 영향력 있는 요인은복토층의 두께이며, 그 결과 토사나 쇄석으로 복토되는 층의 두께에 따라 지반내의 응력증가분이 감소하고 있음을 확인할 수 있었다.복토층 50cm의 두께가 증가함에 따라 응력증가분의 크기는 5.
	연약지반 개량공법은 어떠한 시공과정을 거치는가?	연약지반 개량공법은 기초지반이 되는 흙의 공학적 특성을 적극적으로 개선하려는 것이라 할 수 있다. 토목섬유를 봉합하여 연약지반 위로 포설하고 복토층의 두께로 지지력을 확보해야하는 시공과정에서 안정성을 위한 검증 평가를 다음과 같이 수행하였다.

참고문헌 (9)

Busan Regional Maritime Affairs and Port Office (2013). Busan newport report (West container port hinterland construction) (in Korean).
Chae, Y. M., Kim, J. H., Kim, M. J. and Kim, T. W. (2019). "Bearing capacity of soft soil by increasing seam tensile strength of geotextile." Fall Geotechnical Engineering Conference, 2019, pp. 163-164.
Jeon, H. Y., Yuu, J. J. and Chang, Y. C. (2008), "Seaming behaviors interpretation of geotextile tube." Fall Geotechnical Engineering Conference, 2008, pp. 1593-1603.
Kim, S. H., Chae, Y. M. and Kim, J. H. (2019). "Modification of bearing capacity formula considering seam tensile strength of geotextile in soft ground." Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol. 35, No. 12, pp. 59-67 (in Korean).
Meyerhof, G. G. (1974). "Ultimate bearing capacity of footings on sand layer overlying clay." Canadian Geotechnical Journal, Vol. 11, No. 2, pp. 224-229.
Ministry of Ocean and Fisheries (MOF) (2012). Habor and fishing port design standard (in Korean).
Plaxis (2019). Plaxis 2D user's manual, Bentley Systems, Inc.
Yamanouchi, T. (1985). "Recent development in the used synthetic geofabrics and geogrids." Symposium on Recent Developments in Ground improvement Techniques, Bangkok, pp. 205-224.
Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement (KAIA) (2018). Development of sealing technology and efficient installation method for increasing joint strength of geotextile in soft ground, R&D Report, 18RDRP-B076564-05, South Korea (in Korean).

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].

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