[논문]기발표 실측치 분석을 기반으로 한 3차원 유한요소해석 수행을 통한 부마찰에 관한 연구

전상준; 전영진; 전승찬; 이철주

doi:10.14481/jkges.2020.21.8.15

기발표 실측치 분석을 기반으로 한 3차원 유한요소해석 수행을 통한 부마찰에 관한 연구
A Study on the Negative Skin Friction based on Measurements from Existing Works Analysed by 3D Finite Element Analyses 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.21 no.8, 2020년, pp.15 - 27

전상준 (Department of Civil Engineering, Kangwon National University) , 전영진 (Department of Civil Engineering, Kangwon National University) , 전승찬 (Civil Engineering Division, Dongbu Engineering & Construction Corporation) , 이철주 (Department of Civil Engineering, Kangwon National University)

초록
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본 연구에서는 말뚝에 작용하는 부마찰과 관련된 원심모형실험 및 실규모 현장실험 등 기발표 자료에 대한 고등3차원 유한요소해석을 수행하였다. 이를 통해 기존연구에서는 충분히 고려되지 못했던 부마찰이 작용하는 말뚝의 거동 특성을 상세히 분석하였다. 즉 수치해석을 통해 기존연구에서는 고려하지 못했던 부마찰에 의한 말뚝의 침하와 군효과, 군말뚝에서 희생말뚝의 영향과 말뚝두부와 기초판 사이의 상호거동, 말뚝-인접지반의 경계면 요소(interface element)의 유무 및 시간 의존적인 부마찰의 발생특성 등 다양한 요소들을 분석할 수 있었다. 원심모형실험의 경우 중력가속도가 1g에서 특정한 값으로 증가하는 경우 흙의 자중 증가로 인해 말뚝에 비교적 큰 부마찰이 발생하는 것을 확인하였다. 군말뚝의 경우 희생말뚝 유무 및 말뚝두부와 기초판과의 연결여부에 따라 말뚝의 거동이 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 특히 부마찰은 압밀과 관련된 시간의존적 특성을 가지므로 압밀이 진행 중인 말뚝의 거동을 분석할 경우 압밀을 고려한 해석을 수행하는 것이 합리적인 것으로 분석되었다. 이러한 일련의 고찰을 통하여 기존연구의 한계를 적절하게 보완하면서 부마찰을 받는 말뚝의 거동을 명확히 분석할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In the current paper, a series of advanced 3D finite element analyses have been performed on existing pieces of work of negative skin friction from a geotechnical centrifuge test and full-scale field measurements. From these analyses, key features of pile behaviour under the influence of negative skin friction which, previously, were not fully understood in existing studies, have been meticulously discussed. As such, it has been possible to successfully address several numerical modelling issues such as negative skin friction induced pile settlements and group effects (the shielding effect), the effect of sacrificial piles in groups and the interaction between the pile head and the cap, the effect of interface elements at the pile-soil interface and the time-dependent pile behaviour. During a geotechnical centrifuge test, substantial amounts of negative skin frictions were mobilised when centrifugal acceleration increased from 1g to a certain g-level due to an increase in the self-weight of soil. The behaviour of piles inside a group were heavily affected by the sacrificial piles and the connectivity between the pile head and the pile cap. In particular, as negative skin friction has time dependent qualities associated with consolidation, it was logical to perform coupled analyses when analysing piles in consolidating grounds. From the current work, several insufficiencies of previous researches have been addressed, and the engineering pile behaviour subjected to negative skin friction has been clarified.

주제어

표/그림 (21)

표 Table 1. Summary of each study analysed in the current work (D: pile diameter)
그림 Fig. 1. Summary of finite element meshes conducted in the current work
표 Table 2. Material parameters assumed in the numerical modelling (Lee et al., 1998) (Slightly modified from Lee 2001)
표 Table 3. Material parameters assumed in the numerical modelling (Okabe, 1977) (Slightly modified from Lee 2001)
표 Table 4. Material parameters assumed in the numerical modelling (Little, 1994) (Slightly modified from Lee 2001)
표 Table 5. Material parameters assumed in the numerical modelling (Combarieu ,1985)
표 Table 6. Material parameters assumed in the numerical modelling (Phamvan, 1989)
그림 Fig. 2. Configuration of centrifuge model package reported by Lee et al. (1998)
그림 Fig. 3. Distributions of dragloads with depth
그림 Fig. 4. Plan and sectional views of a pile group reported by Okabe (1977) (Analysis Case 1)
그림 Fig. 5. Distributions of dragloads with depth (Single pile)
그림 Fig. 6. Distributions of dragloads with depth (Pile group)
그림 Fig. 7. Sectional views of 4 additional runs considering pile cap and protection piles
그림 Fig. 8. Distributions of dragloads with depth
표 Table 7. Computed group effects for each analysis condion
그림 Fig. 9. Plan and sectional views of pile groups reported by Little (1994)
그림 Fig. 10. Distributions of dragloads with depth
그림 Fig. 11. Plan and sectional views of a pile group reported by Combarieu (1985)
표 Table 8. Computed group effects for friction and end-bearing piles
그림 Fig. 12. Distributions of dragload with depth
그림 Fig. 13. Distributions of dragload with depth

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기발표된 부마찰 실측자료에 대한 3차원 유한요소해석을 수행하여 부마찰에 의한 말뚝의 침하, 희생말뚝을 이용한 내부말뚝의 부마찰 저감효과 등 기존연구에서는 고려하지 못했던 다양한 사항을 검토하였다. 유한요소해석에서 고려한 5건의 기존 연구 가운데 부마찰에 의한 말뚝의 침하를 일부라도 언급한 연구는 단 1건에 불과할 정도로 부마찰에 의한 말뚝의 침하를 고려하는 경우는 극히 드믄데 본 연구에서는 이를 적절히 검토하였으며, 압밀해석을 통해 시간의존적인 부마찰의 특성을 검토하였다.
본 연구에서는 지반 공학 분야에서 다양한 상황을 분석하는데 널리 이용되고 있는 3차원 유한요소 해석 프로그램인 Plaxis-3D을 통하여 기존에 보고된 총 5건의 부마찰 실내모형 및 현장실험 관련 연구에 대해 상세히 고찰하여 부마찰이 작용하는 단독말뚝과 군말뚝의 거동을 분석하였다(Brinkgrece et al., 2015). 본 연구에서는 Table 1과 같이 Lee et al.
Little(1994)의 연구에서는 여러 연구자들이 Class-A type 형식으로 실험 이전에 다양한 방법을 이용하여 말뚝에 작용할 것으로 예상되는 부마찰력을 예측을 했으나, 그 크기의 편차가 매우 크며 군효과(shielding effect) 및 말뚝의 침하량에 대해서는 언급하지 않아 연구에 한계가 있었음을 보여준다. 이에 본 연구에서는 이를 보완하고자 군효과 및 침하를 고려하였다.

가설 설정

본 연구에서는 말뚝 시공에 의한 지반 교란과 지반의 상태변화를 고려하지 않았으므로 본 연구에서 가정한 말뚝은 현장타설말뚝의 거동과 유사하다고 가정할 수 있다(Lee, 2001). 5건의 사례에서 구체적인 정보가 제공되지 않은 경우는 적절하게 가정하였으며, 부마찰에 의한 말뚝의 축력을 산정하기 위해서는 특정한 심도에서의 평균값을 고려하여 적용시켰다. 즉 각각의 사례별로 지하수위 저하, 희생말뚝 및 기초판 설치 유무, 상재하중을 가했을 때 말뚝에 미치는 영향, 말뚝-인접지반의 경계에 경계면요소(interface element)설치유무 그리고 압밀과 배수조건에 따라 부마찰력의 특성을 비교분석 하였다.
(1998)은 말뚝선단이 견고한 지층에 설치되었다고 했으나 실제로는 그러지 못했던 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 말뚝선단 하부에 100mm의 자갈층이 존재하는 상황을 가정하여 추가해석을 수행하였다(Case 2).
본 연구에서는 말뚝 시공에 의한 지반 교란과 지반의 상태변화를 고려하지 않았으므로 본 연구에서 가정한 말뚝은 현장타설말뚝의 거동과 유사하다고 가정할 수 있다(Lee, 2001). 5건의 사례에서 구체적인 정보가 제공되지 않은 경우는 적절하게 가정하였으며, 부마찰에 의한 말뚝의 축력을 산정하기 위해서는 특정한 심도에서의 평균값을 고려하여 적용시켰다.
수치해석에서는 원심모형실험에서 적용된 얇은 튜브가 아닌 solid 형태의 말뚝으로 가정하여 등가 탄성계수 및 단위중량을 산정하였다. 원심모형에서 말뚝은 1g 조건에서 설치되었기 때문에 그 공학적 거동은 현장타설 말뚝과 유사하다고 할 수 있다(Craig, 1984; Fioravante et al.
Combarieu(1985)는 군말뚝에 부마찰이 발생하는 가상의 상황을 제시하였다. 이를 위해 두께 20m의 연약점토층과 그 하부에 강성이 무한대인 지층이 존재하는 것으로 가정하였으며 말뚝의 길이는 20m, 그 직경은 0.5m이며 군말뚝의 경우 말뚝 중심간의 간격(centre to centre spacing)은 3.5D를 적용하였다(D : 말뚝의 직경). Fig.

제안 방법

9는 마찰말뚝 및 선단지지말뚝의 단면도 및 군말뚝의 배치형태를 보여주고 있다. Little(1994)의 현장실험 자료를 바탕으로 해석한 부마찰력의 분포도와 3차원 유한요소해석법 Plaxis-3D을 통하여 단독말뚝 및 군말뚝에 대한 부마찰의 영향을 비교분석 하였다. Little(1994)은 구체적인 지반물성치를 제시하지 못했으므로 Lee(2001)의 연구성과를 참조하여 Little(1994)의 현장실측치와 비교분석 하였다(Table 4 참고).
5MPa)는 현장에서 측정된 지표면의 침하량(180mm)으로부터 산정되었다. 군말뚝의 경우 각 위치별 말뚝에 대하여 부마찰력의 분포를 비교분석 하였다.
Okabe(1977)는 실규모 현장시험을 수행하여 단독말뚝과 군말뚝에 작용하는 부마찰력의 분포, 단독말뚝의 침하 그리고 군말뚝 외부에 부마찰을 감소시키려는 목적으로 설치된 희생말뚝(protection pile)에 의해 부마찰이 크게 감소되는 것을 보고하였다. 또한 기초판(pile cap)으로 결합되어 있는 군말뚝 내 각 말뚝의 두부에는 그 위치에 따라 인장력 혹은 압축력이 측정되었다. 말뚝의 길이는 40m, 직경은 0.
말뚝에는 등방탄성 모델(isotropic elastic model)이 적용되었고 연약점토, 모래자갈층에는 Mohr-Coulomb의 파괴기준(failure criterion) 및 비관련 흐름 법칙(non-associated flow rule)으로 정의되는 탄소성 모델을 적용하였다. 또한, 말뚝-인접지반의 경계에 경계면 요소(interface element)를 지정하여 소성 항복(plastic yielding)이 유발될 경우, 전단응력의 크기가 증가하는 것을 제한하고 말뚝과 지반 사이에 미끄러짐이 적절히 발생할 수 있도록 하였다. 경계면요소는 지반-구조물 상호작용을 적절히 모델링 하기 위한 조인트 요소이며, 말뚝-주변 흙 사이 접촉면에서의 전단응력 전이과정을 모사하는데 적용할 수 있다(Brinkgreve et al.
본 연구에서는 Combarieu(1985)가 가정한 조건과 Lee(2001)의 수치해석 사례를 참고하여 지표면에 등분포 하중을(200kPa) 작용시켜 말뚝에 부마찰을 유발시켰다. 또한, 말뚝-인접지반의 경계에 경계면요소(interface element)의 유무에 따른 말뚝의 거동차이를 비교분석 하였다.
25m이며 말뚝의 선단은 견고한 점토층에 근입되었다. 말뚝 시공 직후 원지반의 표면에 2m 두께의 흙을 3일에 걸쳐서 쌓았으며, 성토 후 262일이 경과된 시점에서 말뚝에 발생하는 부마찰력의 분포를 측정하였다. Phamvan(1989)는 Table 6과 같이각 지층별로 Modified Cam Clay 기반의 지반물성치 및 말뚝-지반 경계면에서의 마찰계수를 제시하였다.
11은 지반조건 및 군말뚝의 배치를 보여준다. 본 연구에서는 Combarieu(1985)가 가정한 조건과 Lee(2001)의 수치해석 사례를 참고하여 지표면에 등분포 하중을(200kPa) 작용시켜 말뚝에 부마찰을 유발시켰다. 또한, 말뚝-인접지반의 경계에 경계면요소(interface element)의 유무에 따른 말뚝의 거동차이를 비교분석 하였다.
Phamvan(1989)는 Table 6과 같이각 지층별로 Modified Cam Clay 기반의 지반물성치 및 말뚝-지반 경계면에서의 마찰계수를 제시하였다. 본 연구에서는 Fig. 1(e)와 같이 3차원 해석을 통하여 성토체의 3차원적인 기하하적 특성을 적절히 반영하였다. 한편 말뚝의 경우 solid pile을 가정하여 등가탄성계수를 적용했으며, 말뚝시공 이후 265일이 경과된 시점에 대한 압밀해석 및 압밀이 종료된 경우에 해당되는 배수해석을 별도로 실시하여 단독 말뚝에서 발생하는 부마찰력의 분포를 검토하였다.
본 연구에서는 이와 같은 현장 상황에 대한 3차원 해석을 수행하여 단독말뚝 및 군말뚝에 대한 부마찰의 영향을 비교분석 하였다. Okabe(1977)는 구체적인 지반물성치를 제시하지 못했으므로 부마찰력의 분포 및 침하를 제시한 단독 말뚝의 거동에 대한 유한요소해석을 실행하여 이를 간접적으로 도출하였다.
원심모형실험에서는 중력가속도(earth’s gravity, g)를 50g로 증가시킨 후 de-watering을 통해 지반의 침하를 유발시켰고 수치해석에서는 이를 그대로 모사하였다. 수치해석에서는 중력가속도가 1g에서 50g로 증가하여 발생한 1차 부마찰 및 이후 진행된 지하수위 124mm 저하로 인한 2차 부마찰을 분리하여 검토하였다(Case 1).
원심모형실험에서는 중력가속도(earth’s gravity, g)를 50g로 증가시킨 후 de-watering을 통해 지반의 침하를 유발시켰고 수치해석에서는 이를 그대로 모사하였다.
본 연구에서는 기발표된 부마찰 실측자료에 대한 3차원 유한요소해석을 수행하여 부마찰에 의한 말뚝의 침하, 희생말뚝을 이용한 내부말뚝의 부마찰 저감효과 등 기존연구에서는 고려하지 못했던 다양한 사항을 검토하였다. 유한요소해석에서 고려한 5건의 기존 연구 가운데 부마찰에 의한 말뚝의 침하를 일부라도 언급한 연구는 단 1건에 불과할 정도로 부마찰에 의한 말뚝의 침하를 고려하는 경우는 극히 드믄데 본 연구에서는 이를 적절히 검토하였으며, 압밀해석을 통해 시간의존적인 부마찰의 특성을 검토하였다. 원심모형 실험에서 중력가속도가 증가할 때 흙의 자중증가로 인한 지반침하로 인해 말뚝에 비교적 큰 부마찰이 발생할 수 있음을 확인하였다.
즉 Lee(2001)의 연구를 참조하여 현장실 측치와 유사한 부마찰력 분포 및 말뚝의 침하가 도출될 때의 물성치를 산정하여 이를 군말뚝 해석에 적용시켰다. 이러한 일련의 과정을 통해 지하수위 저하 및 성토에 의한 지반침하를 근사적으로 모사하기 위해 점토의 표면에 250kPa의 상재하중을 작용시켰으며, 말뚝이 근입된 점토의 탄성계수는 10MPa, 하부 모래자갈층(175MPa)으로 적용하였다. Fig.
하지만 대부분의 연구에서는 여러 원인으로 인해 말뚝에 발생하는 부마찰력의 분포만 제시했을 뿐 상세한 말뚝의 거동에 대한 상세한 분석은 수행되지 못했다는 아쉬운 부분이 있다. 이에 본 연구에서는 기존에 발표된 현장실측자료 및 실내모형실험을 결과를 3차원 유한요소해석 기법을 이용하여 정밀분석하고 이를 통해 기존 연구에서 충분히 검토하지 못했던 시간 의존적 말뚝의 거동, 부마찰에 의한 말뚝의 침하, 군효과(group effect/shielding effect) 및 말뚝-지반 경계면에서의 전단응력전이 과정 등을 상세히 검토하였다.
5건의 사례에서 구체적인 정보가 제공되지 않은 경우는 적절하게 가정하였으며, 부마찰에 의한 말뚝의 축력을 산정하기 위해서는 특정한 심도에서의 평균값을 고려하여 적용시켰다. 즉 각각의 사례별로 지하수위 저하, 희생말뚝 및 기초판 설치 유무, 상재하중을 가했을 때 말뚝에 미치는 영향, 말뚝-인접지반의 경계에 경계면요소(interface element)설치유무 그리고 압밀과 배수조건에 따라 부마찰력의 특성을 비교분석 하였다. 특히 군말뚝이 고려된 Okabe(1977)의 경우 기초판의 무게를 고려하지 않은 상태에서 희생말뚝의 설치유무에 따라 말뚝의 거동 차이를 비교 분석하였다.
1(e)와 같이 3차원 해석을 통하여 성토체의 3차원적인 기하하적 특성을 적절히 반영하였다. 한편 말뚝의 경우 solid pile을 가정하여 등가탄성계수를 적용했으며, 말뚝시공 이후 265일이 경과된 시점에 대한 압밀해석 및 압밀이 종료된 경우에 해당되는 배수해석을 별도로 실시하여 단독 말뚝에서 발생하는 부마찰력의 분포를 검토하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 Table 1과 같이 Lee et al.(1998), Okabe(1977), Little(1994), Combarieu(1985)및 Phamvan(1989)이 보고한 기존 연구자료를 활용하였다. Table 1은 각 연구에 대한 기본정보를 요약하고 있으며, Fig.
8m 이다. 군말뚝은 총 9개로 구성되었으며 말뚝 중심간의 간격(centre to centre spacing)은 4.0D를 적용하였다(D : 말뚝의 직경, 0.406m). Little(1994)의 연구에서는 여러 연구자들이 Class-A type 형식으로 실험 이전에 다양한 방법을 이용하여 말뚝에 작용할 것으로 예상되는 부마찰력을 예측을 했으나, 그 크기의 편차가 매우 크며 군효과(shielding effect) 및 말뚝의 침하량에 대해서는 언급하지 않아 연구에 한계가 있었음을 보여준다.
Little(1994)은 영국 스코틀랜드의 Bothkennar에서 수행된 현장실험을 통해 마찰말뚝과 선단지지 말뚝으로 정의된 군말뚝 내 모서리 말뚝에 발생한 부마찰력의 분포를 측정하였다. 마찰말뚝의 선단은 자갈층 1m 상단에 설치하였고 그 길이는 20.4m 이다. 한편 선단지지말뚝은 말뚝선단을 자갈층에 근입시켰고 그 길이는 20.
여기서 말뚝의 선단은 강성바닥에 설치하여 선단지지말뚝이 되도록 하였다. 실험에서 사용된 모형말뚝은 직경(D)은 30mm, 길이(L)는 450mm이며 말뚝의 재질은 강관형의 강관 튜브(steel tube)로 구성되었다. Fig.
Phamvan(1989)은 초연약지반인 Bangkok clay에 시공된 단독말뚝 주위에서 실시된 2m의 성토에 의해 말뚝에 발생한 부마찰력을 현장시험을 통해 측정하였다. 원형의 콘크리트 말뚝은 항타공법에 의해 시공되었고 그 길이는 27m이며, 말뚝의 외부 및 내부 직경은 각각 0.4m와 0.25m이며 말뚝의 선단은 견고한 점토층에 근입되었다. 말뚝 시공 직후 원지반의 표면에 2m 두께의 흙을 3일에 걸쳐서 쌓았으며, 성토 후 262일이 경과된 시점에서 말뚝에 발생하는 부마찰력의 분포를 측정하였다.

이론/모형

본 연구에서는 Lee et al.(1998), Little(1994), Okabe(1977), Combarieu(1985) 및 Phamvan(1989)의 연구결과 및 Lee(2001)의 선행연구를 참조하여 지반 및 말뚝의 물성치를 적용하였다. Tables 2-6은 각 해석에 적용된 지반 및 말뚝의 물성치를 보여준다.
2는 Lee et al.(1998)이 보고한 원심모형실험의 단면을 보여주며, 본 연구에서는 실측자료와 Lee(2001)의 연구를 참고하여 수치해석을 통해 말뚝의 거동을 고찰 실시하였다. 원심모형실험에서는 중력가속도(earth’s gravity, g)를 50g로 증가시킨 후 de-watering을 통해 지반의 침하를 유발시켰고 수치해석에서는 이를 그대로 모사하였다.
Tables 2-6은 각 해석에 적용된 지반 및 말뚝의 물성치를 보여준다. 말뚝에는 등방탄성 모델(isotropic elastic model)이 적용되었고 연약점토, 모래자갈층에는 Mohr-Coulomb의 파괴기준(failure criterion) 및 비관련 흐름 법칙(non-associated flow rule)으로 정의되는 탄소성 모델을 적용하였다. 또한, 말뚝-인접지반의 경계에 경계면 요소(interface element)를 지정하여 소성 항복(plastic yielding)이 유발될 경우, 전단응력의 크기가 증가하는 것을 제한하고 말뚝과 지반 사이에 미끄러짐이 적절히 발생할 수 있도록 하였다.
본 연구에서는 공식 (3)-(4)를 이용하여 군 효과에 의한 군말뚝 내 각 말뚝의 부마찰력 및 침하의 감소 정도 Pr 및 Wr을 검토하였다(Lee & Ng, 2004).
Okabe(1977)는 구체적인 지반물성치를 제시하지 못했으므로 부마찰력의 분포 및 침하를 제시한 단독 말뚝의 거동에 대한 유한요소해석을 실행하여 이를 간접적으로 도출하였다. 즉 Lee(2001)의 연구를 참조하여 현장실 측치와 유사한 부마찰력 분포 및 말뚝의 침하가 도출될 때의 물성치를 산정하여 이를 군말뚝 해석에 적용시켰다. 이러한 일련의 과정을 통해 지하수위 저하 및 성토에 의한 지반침하를 근사적으로 모사하기 위해 점토의 표면에 250kPa의 상재하중을 작용시켰으며, 말뚝이 근입된 점토의 탄성계수는 10MPa, 하부 모래자갈층(175MPa)으로 적용하였다.

성능/효과

압밀을 고려한 수치해석에서 산정된 최대 부마찰력이 발생하는 위치는(중립면) 실측자료보다 약간 위쪽에 위치하지만, 그 크기는 비교적 유사하여 실측자료의 최대 부마찰력은 310kN, 수치해석의 최댓값은 325kN이다. 또한 배수조건의 경우 최대 부마찰력 440kN이 산정되었으며(압밀해석의 최대부마찰력은 배수조건 최대 부마찰력의 약 74%), 중립면이 압밀조건에 비해서 약간 상향으로 이동했음을 알 수 있다. Phamvan(1989)은 부마찰에 의한 말뚝의 침하에 대해 언급하지 않았지만, 수치해석을 통해 산정된 말뚝의 침하는 압밀해석의 경우 6.
원심모형 실험에서 중력가속도가 증가할 때 흙의 자중증가로 인한 지반침하로 인해 말뚝에 비교적 큰 부마찰이 발생할 수 있음을 확인하였다. 본 연구결과에 의하면 군말뚝 내 말뚝의 거동은 기초판 및 희생말뚝에 의해 크게 좌우되는 것으로 분석되며, 특히 희생말뚝을 설치하는 경우 내부말뚝에 작용하는 부마찰력 및 침하가 희생말뚝이 없는 경우에 비해 약 10-20% 정도 감소될 수 있음을 보였다. 그러나 말뚝간의 간격이 3.
유한요소해석에서 고려한 5건의 기존 연구 가운데 부마찰에 의한 말뚝의 침하를 일부라도 언급한 연구는 단 1건에 불과할 정도로 부마찰에 의한 말뚝의 침하를 고려하는 경우는 극히 드믄데 본 연구에서는 이를 적절히 검토하였으며, 압밀해석을 통해 시간의존적인 부마찰의 특성을 검토하였다. 원심모형 실험에서 중력가속도가 증가할 때 흙의 자중증가로 인한 지반침하로 인해 말뚝에 비교적 큰 부마찰이 발생할 수 있음을 확인하였다. 본 연구결과에 의하면 군말뚝 내 말뚝의 거동은 기초판 및 희생말뚝에 의해 크게 좌우되는 것으로 분석되며, 특히 희생말뚝을 설치하는 경우 내부말뚝에 작용하는 부마찰력 및 침하가 희생말뚝이 없는 경우에 비해 약 10-20% 정도 감소될 수 있음을 보였다.
따라서 원심모형실험을 수행하는 과정에서 알 수 없는 이유로 오류가 발생하여 말뚝 선단이 견고한 바닥에 놓이지 못했음을 알 수 있다. 전반적으로 수치해석에 의한 부마찰력의 크기는 원심모형실험결과보다 약간 크게 산정되었는데, 이는 수치해석에서 적용된 지반의 강성 및 지반-말뚝사이의 전단강도를 산정하는 과정에서의 오류 및 원심모형실험이 압밀이 종료가 되지 않은 상태에서 종료되어 과잉간극수압으로 인한 지반응력 저하와 관련이 있는 것으로 판단된다.
각각의 경우에 따른 말뚝의 침하는 말뚝 중앙부에서 최소로 발생하였고, 희생말뚝 혹은 최외곽 말뚝에서 최대 침하량이 발생하였다. 희생말뚝의 유무에 따른 P_r, W_r을 검토한 결과(Cases 1, 3) 희생말뚝이 존재하는 경우 그렇지 않은 경우와 비교하여 내부말뚝 a-c의 P_r 및 W_r이 각각 10.1-15.4%, 15.2-18.4% 감소되는 것으로 나타나 희생말뚝을 이용하여 부마찰의 영향을 효과적으로 감소시킬 수 있는 것으로 분석된다. 한편 희생말뚝이 기초판에 결합된 경우와 그렇지 않은 경우(Cases 1-2)를 검토한 결과 희생말뚝의 이동이 자유로운 경우 내부말뚝의 P_r 및 W_r이 각각 2.
한편 기초판이 존재하지 않는 경우에는 말뚝두부 인근에 별도의 응력이 작용하지 않는다. 희생말뚝이 존재하는 Cases 2, 4의 경우 희생말뚝이 존재하는 경우에 비해 부마찰력이 효과적으로 감소되는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

0D인 군말뚝의 경우 군효과가 거의 발현되지 못하는 것으로 분석되었다. 또한 말뚝의 거동을 적절히 분석하기 위해서는 시간의존적인 부마찰의 발현 특성을 반영한 압밀해석이 필요함을 보였다. 이러한 일련의 고찰을 통해 기존연구의 여러 한계를 적절하게 보완하면서 부마찰을 받는 말뚝의 거동을 명확히 규명할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Okabe(1977)는 실규모 현장시험을 통해 보고한 것은?	Okabe(1977)는 실규모 현장시험을 수행하여 단독말뚝과 군말뚝에 작용하는 부마찰력의 분포, 단독말뚝의 침하 그리고 군말뚝 외부에 부마찰을 감소시키려는 목적으로 설치된 희생말뚝(protection pile)에 의해 부마찰이 크게 감소되는 것을 보고하였다. 또한 기초판(pile cap)으로 결합되어 있는 군말뚝 내 각 말뚝의 두부에는 그 위치에 따라 인장력 혹은 압축력이 측정되었다.
	군말뚝 내 말뚝의 거동은 무엇에 따라 달라지는가?	원심모형 실험에서 중력가속도가 증가할 때 흙의 자중증가로 인한 지반침하로 인해 말뚝에 비교적 큰 부마찰이 발생할 수 있음을 확인하였다. 본 연구결과에 의하면 군말뚝 내 말뚝의 거동은 기초판 및 희생말뚝에 의해 크게 좌우되는 것으로 분석되며, 특히 희생말뚝을 설치하는 경우 내부말뚝에 작용하는 부마찰력 및 침하가 희생말뚝이 없는 경우에 비해 약 10-20% 정도 감소될 수 있음을 보였다. 그러나 말뚝간의 간격이 3.
	경계면요소가 포함된 경우에 비해 약 2.6배의 매우 큰 부마찰력이 발현되는 이유는?	6배의 매우 큰 부마찰력이 발현되고 있다. 이는 말뚝-인접지반에 경계면요소(interface element)가 적용되어 있지 않아 soil slip이 발생하지 않아서 말뚝과 인접한 지반에서 비현실적으로 대단히 큰 전단변형 및 전단응력이 발생하였기 때문으로 판단된다. 즉 Lee(2001)이 논의한 바와 같이 부마찰이 작용하는 말뚝의 거동을 분석하기 위해서는 반드시 말뚝-인접지반에 경계면요소를 포함시켜 soil slip을 고려할 수 있어야 합리적으로 부마찰을 평가할 수 있다.

참고문헌 (16)

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저자의 다른 논문 :

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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