[논문]진동대 실험을 이용한 암반비탈면의 가속도 특성

강종철; 윤원섭; 박연준

doi:10.21289/ksic.2021.24.6.841

진동대 실험을 이용한 암반비탈면의 가속도 특성
Acceleration Behavior of Rock Slope by Shaking Table Test 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.24 no.6/1, 2021년, pp.841 - 848

강종철 (경호엔지어링) , 윤원섭 (원광대학교 LINC+) , 박연준 (수원대학교 토목공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study investigated the acceleration characteristics of rock slopes when earthquakes, which have not been studied much in Korea, occur. The rock slope was modeled with a similar raw of 1/20 in consideration of the height(10m), roughness, strength, and the joint dips(20°). After the completion of the model, a shaking table tests was conducted according to the magnitude of the acceleration and the type of seismic wave. The maximum acceleration was greater in the short-period seismic wave than in the long-period seismic wave, and the maximum acceleration was larger in the small acceleration. The rock slope was close to a rigid block and a structure more vulnerable to the long period wave than to the short period wave. In the event of an earthquake smaller than the domestic earthquake-resistant maximum design acceleration(0.154g), safety management of the rock slope was required.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1 Flow chart of research performance
그림 Fig. 2 The front view of the experimental device
그림 Fig. 3 Mimetic diagram of the experimental device
그림 Fig. 4 Seismic waves applied to tests
표 Table 1. Seismic waves applied to tests
표 Table 2. Application of similarity law to model test
그림 Fig. 5 Material of rock block
그림 Fig. 6 Formation process to model test
그림 Fig. 7 Location of the instrument
표 Table 3. Application of similarity law to model test
그림 Fig. 8 Result of acceleration with long-period wave
그림 Fig. 9 Result of acceleration with short-period wave
표 Table 4. Result of acceleration with long-period wave
표 Table 5. Result of acceleration with short-period wave
그림 Fig. 10 Result of acceleration with seismic wave form
표 Table 6. Result of acceleration with seismic wave form

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 연구가 미진한 암반비탈면의 지진시 거동 특성에 대해 연구하였다. 상사율, 절리면 거칠기, 강도 등을 고려한 10m 높이의 암반비탈면 모형을 조성하였으며, 가진 가속도, 지진파 종류, 크기에 따른 진동대 모형실험 결과를 정리 분석하면 다음과 같다.

가설 설정

암반 비탈면의 기울기는 건설공사 표준경사를 가정하여 1:05(63°) 구배를 적용하였다
절리면의 거칠기는 입력지 진파의 경향 파악을 위해 거칠기는 JRC=2∼4로 가정하여 진동대 실험을 수행하였다
암반 비탈면의 기울기는 건설공사 표준경사를 가정하여 1:05(63°) 구배를 적용하였다. 파괴형태는 평면파 괴를 가정하여 지진시 가속도 발생 특성을 분석하 였다.

제안 방법

단주기파 가진시 가속도계에 측정된 가속도로 가속도 발생 특성을 분석하였다. 실험 결과 단주 기파의 경우 장주기파와 마찬가지로 낮은 가진 가속도에서 가속도 증폭이 약 60%로 나타났다.
따라서 본 연구에서는 지진시 암반비탈면의 거동 특성을 분석하기 위해 단주기, 장주기 지진 파를 가진 가속도 0.05g, 0.1g, 0.15g, 0.2g, 0.3g를 적용한 진동대 실험을 실시하였다. 암반 비탈면의 기울기는 건설공사 표준경사를 가정하여 1:05(63°) 구배를 적용하였다.
본 연구는 암반비탈면의 지진시 거동 특성을 분석하기 위해 지진하중을 모사한 모형실험을 Fig. 1과 같이 수행하였다.
본 연구에서는 지진시 암반비탈면의 가속도 발생 특성을 분석하였다. 파괴 조건은 평면파괴 조건으로 진동대 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 연구가 미진한 암반비탈면의 지진시 거동 특성에 대해 연구하였다. 상사율, 절리면 거칠기, 강도 등을 고려한 10m 높이의 암반비탈면 모형을 조성하였으며, 가진 가속도, 지진파 종류, 크기에 따른 진동대 모형실험 결과를 정리 분석하면 다음과 같다.
암반비탈면 축소 모형을 형성하고, 분석 위치별로 계측기(가속도계)를 설치하였다. 실험 결과는 지진파 종류와 크기에 따른 가속도를 측정하였으며, 가속도계에 측정된 결과를 비교함으로써 지진시 거동 특성을 분석하였다.
절리면의 거칠기는 입력지 진파의 경향 파악을 위해 거칠기는 JRC=2∼4로 가정하여 진동대 실험을 수행하였다. 암반비탈면 높이는 10m이며, 상사비를 적용하여 모형을 형성 하였다.
실험에 적용된 입력지진파는 실지진파인 장주기파, 단주기파를 적용하였다. 절리의 기울기와 지진 파 크기를 고려하여 모형 실험을 수행하였다. 지진파의 크기는 국내 1등급 지반의 기반암 가진 지진파의 약 2배까지 적용하여 국내에서 발생 가능성이 있는 최대 크기의 지진파를 가진하였다.
본 연구에서는 지진시 암반비탈면의 가속도 발생 특성을 분석하였다. 파괴 조건은 평면파괴 조건으로 진동대 실험을 수행하였다. 파괴면의 기울기 20°와 장주기와 단주기 지진파, 가진 가속도 크기 0.
파괴면의 기울기 20°와 장주기와 단주기 지진파, 가진 가속도 크기 0.05g, 0.1g, 0.15g, 0.2g, 0.3g의 조건으로 실험을 수행하였으며, 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

본 연구에 적용된 지진파는 실제 일본에서 측정된 지진파로 국토교통부 및 해양수산부 등의 정부 기관에서 구조물의 거동 특성을 평가하기 위해 제시한 대표적인 지진파를 본 연구에 적용하였다. 연구에 적용된 장주기파, 단주기파의 특성은 Table 1, Fig.
실험에 적용된 입력지진파는 실지진파인 장주기파, 단주기파를 적용하였다. 절리의 기울기와 지진 파 크기를 고려하여 모형 실험을 수행하였다.

성능/효과

3g를 적용한 진동대 실험을 실시하였다. 암반 비탈면의 기울기는 건설공사 표준경사를 가정하여 1:05(63°) 구배를 적용하였다. 파괴형태는 평면파 괴를 가정하여 지진시 가속도 발생 특성을 분석하 였다.
2].
3].
비선형 거동 특성 분석을 통해 증폭계수를 도출하였으며, 증폭계수는 비탈면 파괴 토체의 파괴면에 작용하는 수직 및 전단 응력에 토체의 질량을 나누어 계산된 등가 가속도시간이력으로 도출함을 제안하였다. 증폭계수는 토층이 두껍고, 비탈면 경사가 완만할 경우 컸으며, 수평지반 증폭계수에 비해 30% 작은 것으로 제안하였다[4].
2. 국내 지진 발생 경향을 보면, 지속시간이 짧고, 고주파의 지진파가 주로 발생되므로 암반비탈면 설계에서는 기반암 가진 가속도의 50%를 적용하는 기존 설계법 재정립이 필요 하였다.
3. 또한, 낮은 규모 지진파가 주로 발생되는 국내 지진 발생 경향을 고려하여 암반비탈면 설계와 시공, 안전관리가 필요하였다.
단주기파 가진시 가속도계에 측정된 가속도로 가속도 발생 특성을 분석하였다. 실험 결과 단주 기파의 경우 장주기파와 마찬가지로 낮은 가진 가속도에서 가속도 증폭이 약 60%로 나타났다. 비교적 높은 가진 가속도에서는 약 10% 정도로 발생되어 낮은 가진 가속도에서 가속도 증폭이 크게 나타났다.
1. 장주기 지진파보다 단주기 지진파에서 가속도 증폭이 크게 나타났으며, 낮은 가진 가속도에서 가속도 증폭이 크게 나타났다.

후속연구

4. 향후 국내 지진 발생 경향과 지진파, 절리 기울기, 경사, 절리특성 등을 고려한 암반비탈면의 추가적인 연구는 필요하였다.
기존 연구를 고찰하면, 제한된 모형실험과 현장 조사, 수치해석 방법 등을 이용한 연구가 대부분이며, 지진 발생에 따른 암반비탈면의 거동 특성에 대한 진동대 모형실험 연구는 미진하였다. 향후 다양한 지진 조건에서의 연구는 지속적으로 필 요하였다.

참고문헌 (8)

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상세보기
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