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Pleistocene 해저지반의 3차원 장기거동 해석을 위해 개발한 수치해석 기법의 입증
Demonstration of Developed Numerical Procedure to Describe 3-dimensional Long-term Behavior of the Pleistocene Marine Foundations 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.36 no.7, 2020년, pp.5 - 14  

윤성규 (교토대학교 도시사회공학전공)

초록
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간사이 공항은 1994년 9월에 개항하였다. 제 1기섬 완공 후 26년이 지났지만 여전히 장기침하가 진행되고 있다. 이 침하는 Pleistocene층에서 발생하고 있다. 계속적으로 변하는 수평방향으로의 지층두께 및 세립분의 함유량이 달라 Pleistocene 모래층의 투수성을 결정하는 것이 쉽지 않기 때문이다. 또한 인접한 제 2기섬의 건설에 따른 지반의 상호거동을 예측에 대한 어려움도 존재한다. 이 문제를 해결하기 위해서, 인접한 두 매립 섬의 건설에 따른 교차하는 Pleistocene 지반의 상호거동을 포함한 장기변형을 평가하기 위해 탄점소성을 고려한 2차원 유한요소해석이 수행되었다. 일반적으로 2차원해석은 한 개의 단면이 전체 단면을 대표할 수 있을 때 사용이 가능하다. 하지만 간사이공항은 매립에 의한 인공섬으로서 2차원 해석으로는 섬의 코너(corner) 부분의 응력 변형문제에 적용할 수 없으며, 물리탐사를 통한 실제 하부지반의 구조도 불균질하며 그 두께 또한 일정하지 않아 2차원해석만으로는 한계가 있다. 즉, 3차원 해석이 강력히 요구된다. 이러한 요구에 의해 본 저자는 탄점소성 해석이 가능한 기존의 2차원 프로그램을 3차원으로 확장하였으며, 1차원 압밀해석해을 통해서 개발한 3차원 프로그램의 검증(verification)을 완료하였다. 본 논문은 검증을 마친, 개발한 3차원 프로그램의 유효성을 입증하기 위해서, 2차원 프로그램을 이용한 기존의 연구와 동일한 해석조건으로 해석을 수행하여, 해석결과를 2차원 결과와 실제 계측값과 비교함으로서 개발한 3차원 수치해석프로그램의 유효성을 입증(demonstration)하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Kansai International Airport (KIX) was opened in September 1994. Although 26 years have passed since the completion of the first island, long-term settlement is still in progress. This settlement occurs in the Pleistocene layer. For it is not easy to determine the permeability of the Pleistocene san...

주제어

표/그림 (13)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 2차원해석으로는 한계가 있는 3차원 해석이 반드시 필요한, 3차원 해석만이 할 수 있는 해석을 앞으로 수행하기 위해 개발한 것으로, 논문에서는 이미 개발된 2차원 프로그램의 해석결과와 새롭게 개발한 3차원 프로그램의 해석결과를 비교하여 프로그램의 유효성을 입증하였다.
  • 본 논문은 서론에서 언급한 3차원 해석이 필요한, 3차원 해석만이 가능한 케이스에 대해, 앞으로의 연구를 위해서 새롭게 개발한 3차원 프로그램을 입증하는 것이다. 이를 위해 2차원 해석으로 수행한 기존의 해석(Jeon, 2012)과 같은 해석조건으로 해석을 수행하였다.
  • 본 논문은 오사카 만 내에 위치한 간사이 공항의 건설에 따라 그 하부지반인 교차하는 Pleistocene 해저지반의 장기거동을 예측하기 위해 직접 코딩을 통해 개발한 3차원 탄점소성 유한요소석 프로그램을 입증하기 위해서 수행하였다. 기본적으로 기존 연구의 2차원 코드를 기반으로 3차원으로 확장하였으며, 입증을 위해서는 기존의 2차원해석에서 수행한 해저지반을 수평연속지반으로 모델링하여 해석한 해석과 수치해석상의 모든 조건을 동일시하여 수치해석을 수행하였다.

가설 설정

  • Fig. 4는 수치해석을 위한 지반 모델로 대표단면에 대해서 모니터링 포인트 1의 보링데이터를 기반으로 일정한 층 두께, 층의 연속성을 가진 수평지반모델로 가정하였다. 흙의 물성치는 1 기섬 아래 지반과 해안쪽 지반은 모니터링 포인트 1의 물성치를, 2 기섬 아래 지반과 해양쪽 지반은 모니터링 포인트 2의 물성치를 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유사과압밀점토(quasi-overconsolidated clays)란? 6을 나타낸다. 이처럼 역학적으로 뚜렷한 과압밀 이력이 없지만 OCR이 1.0보다 큰 Pleistocene 점토를 유사과압밀점토(quasi-overconsolidated clays)라고 한다.
간사이 국제공항처럼 대규모 매립에 의해 건설된 섬은 예기치 못한 큰 장기침하가 야기될 수 있다고 주장하는 근거는 무엇인가? 이러한 대규모 매립에 의해 건설된 섬은 예기치 못한 큰 장기침하가 야기된다. 간사이 국제공항의 경우 최초 설계시 최종침하량을 11.5m로 설계하였지만, 2000년에 이미 이 값을 초과한 상태이다(Furudoi and Kobayashi, 2009).
일반적으로 2차원해석을 할 수 있을 때는 언제인가? 이 문제를 해결하기 위해서, 인접한 두 매립 섬의 건설에 따른 교차하는 Pleistocene 지반의 상호거동을 포함한 장기변형을 평가하기 위해 탄점소성을 고려한 2차원 유한요소해석이 수행되었다. 일반적으로 2차원해석은 한 개의 단면이 전체 단면을 대표할 수 있을 때 사용이 가능하다. 하지만 간사이공항은 매립에 의한 인공섬으로서 2차원 해석으로는 섬의 코너(corner) 부분의 응력 변형문제에 적용할 수 없으며, 물리탐사를 통한 실제 하부지반의 구조도 불균질하며 그 두께 또한 일정하지 않아 2차원해석만으로는 한계가 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Furudoi, T. and Kobayashi, M. (2009), Geotechnical issues and Approach on Kansai International Airport Project-Prediction and Performance of Settlement-, Journal of JSCE, Vol.65, No.4, pp. 998-1017. 

  2. Ito, Y., Takemura, K., Kawabata, D., Tanaka, Y., and Nakaseko, K. (2001), Quaternary Tectonic Warping and Strata Formation in the Southern Osaka Basin Inferred from Reflection Seismic Interpretation and Borehole Sequences, Journal of Asian Earth Science, 20, pp. 45-58. 

  3. Jeon, B.G. (2012), Numerical Assessment for Long-term Behavior of the Pleistocene Marine Foundations Due to Consttruction of Large-scale Offshore Airport Fill, doctoral degree, Kyoto University. 

  4. Kobayashi, G., Mimura, M., and Yoshikawa, S. (2001), Lithofacies and sedimentation rate of Quaternary sediments from deep drilling cores in the Kobe area, Southwest Japan, Earth Science, 55, pp. 131-143. 

  5. Mimura, M. and Jang, W.Y. (2004), Description of Time-dependent behavior of Quasi-overconsolidated Osaka Pleistocene Clays Using Elasto-viscoplastic Finite Element Analyses, Soils and Foundations, Vol.44, No.4, pp.41-52. 

  6. Mimura, M. and Jeon, B.G. (2011), Numerical Assessment for the Behavior of the Pleistocene Marine Foundations Due to Construction of the 1st Phase Island of Kansai International Airport, Soils and Foundations, Vol.51, No.6, pp.1115-1128. 

  7. Sekiguchi, H. (1977), Rheological Characteristics of Clays. Proc. 9th ICSMFE, 1, pp.289-292 

  8. Yada, K. (2015), Development of multi-dimensional deformation behavior evaluation method for soft ground by numerical analysis, Kyoto University, master degree. 

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