[논문]수평지반반력계수와 점착력에 따른 지반변형계수 산정방법 연구

전성재; 정대석

doi:10.15683/kosdi.2023.3.31.031

[국내논문] 수평지반반력계수와 점착력에 따른 지반변형계수 산정방법 연구
A Study on the Method of Calculating the Deformation Coefficient According to the Horizontal Subgrade Reaction Modulus and Cohesion 원문보기

한국재난정보학회논문집 = Journal of the Society of Disaster Information, v.19 no.1 = no.59, 2023년, pp.31 - 43

전성재 (Technique Center, Koreangeo Consultation) , 정대석 (Civil Engineering, Joongbu University)

초록
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연구목적: 본 연구에서는 탄소성해석과 수치해석의 차이점 분석과 해석 결과치의 유사한 경향을 도출하기 위한 설계지반정수 재산정 방법의 연구를 수행하였다. 연구방법: 얕은굴착과 깊은굴착에 따라 벽체변위가 같아지는 시점에서의 지반반력계수와 지반변형계수의 관계식을 유도하였다. 연구결과: 계측결과를 바탕으로 역해석을 진행하여 현장지반에 맞는 지반물성을 재산정하고 도출된 식과 문헌식을 이용하여 벽체변위에 대한 비교·검증한 결과 제안식이 가장 유사한 값을 나타내고 있었다. 결론: 제안식을 이용하면 설계시 실제와 가장 비슷한 지반물성치를 유추할 수 있어 실무에 도움이 될 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: In this study, an analysis of the differences between the elastoplastic analysis and the numerical analysis and a study of the design ground constant recalculation method to derive similar trends in the analysis results were conducted. Method: The relational expression between the ground reaction force coefficient and the ground deformation coefficient at the time when the wall displacement becomes the same according to shallow excavation and deep excavation was derived. Result: Based on the measurement results, reverse analysis was performed to re-calculate the ground properties suitable for the site ground, and as a result of comparing and verifying the wall displacement using the derived formula and the literature formula, the proposed formula showed the most similar value. Conclusion: If the proposed formula is used, it will be helpful in practice because it is possible to infer the most similar ground properties to the actual at the time of design.

주제어

표/그림 (18)

그림 Fig. 1. Site design overview
표 Table 1. Site design overview
그림 Fig. 2. Site design overview
그림 Fig. 3. k_h/ E_s Comparison by ground type
그림 Fig. 4. Displacement analysis result
표 Table 2. Site design overview
그림 Fig. 5. Results of displacement analysis according to k_h/E_s
표 Table 3. Site design overview
그림 Fig. 6. Displacement analysis result
그림 Fig. 7. Results of displacement analysis according to k_h/E_s
그림 Fig. 8. Excavation 10m site
표 Table 4. 10m Excavation Back Analysis Result
그림 Fig. 9. Displacement analysis results by proposer
표 Table 5. Calculation method of deformation coefficient by proposer
그림 Fig. 10. Excavation 20m site
표 Table 6. 20m Excavation Back Analysis Result
그림 Fig. 11. Displacement analysis results by proposer
표 Table 7. Calculation method of deformation coefficient by proposer

AI 본문요약
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문제 정의

굴착깊이 10m 및 20m에서 수평지반반력계수와 변형계수와의 관계를 확인하였고 실제현장과 비교 검증하기 위한 유사한 현장을 선정하여 해석결과를 검증하고자 한다. 아래의 Fig.

제안 방법

각 현장별 N>30인 지반에서 적용된 지반물성치의 범위를 아래와 같이 적용하여 탄소성해석을 수행하고 최대변위값에 근사하도록 변형계수를 변경하면서 유한요소해석을 수행하였다.
각 현장별 N<30인 지반에서 적용된 지반물성치의 범위를 아래와 같이 적용하여 탄소성해석을 수행하고 최대변위값에 근사하도록 변형계수를 변경하면서 유한요소해석을 수행하였으며 결과는 Fig

대상 데이터

아래 Table 1과 Fig. 1은 최근 2년간 수행한 지하안전영향평가의 대표적 사례이다.

데이터처리

따라서 두 해석의 변위가 같은 시점에서의 관계를 수식으로 도출하였으며 검증을 하기 위해 기존제안식과 도출된 제안식을 현장계측결과와 비교하여 검증하였다.

성능/효과

위의 Fig. 2와 같이 흙막이 벽체의 변위는 수치해석보다 탄소성 해석에서의 1.16배 ~ 1.99배까지 크게 발생하는 것으로 확인되었으며 이는 변형계수가 지반반력계수보다 보수적으로 산정되어 적용하였다고 할 수 있다.
Fig. 3과 같이 흙막이 지반반력계수와 변형계수는 N치 30이하의 일반적인 토사지반에서 지반반력계수가 변형계수보다 1.1~1.4배 크게 적용되었고 N치 30이상 단단한 지반에서는 변형계수가 지반반력계수보다 0.74~0.06배까지 적게 실무에서 적용하였다고 할 수 있다.
끝으로, 본 연구에서는 지반변형계수 산정시 수평지반반력계수와 점착력을 이용한 관계식을 제안하였으며 실제현장 계측결과와 비교하였을 때 기존 연구보다 매우 비슷한 결과를 보여 실무에서의 적용성을 확인할 수 있었다. 일반적인 토사지반에서의 적용성은 확인되었으나 연약지반이나 암반지반에서의 토압이론과 파괴양상은 매우 다양한 형태를 보이므로 향후 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.
역해석 결과 매립층에서 주동토압계수는 매우작게, 수동토압계수는 매우크게 확인되었다. 이는 해석시 1단계에서 변위가 매우 크게 발생하여 계측변위로 수렴시키기 위함임을 알 수 있었다.

후속연구

끝으로, 본 연구에서는 지반변형계수 산정시 수평지반반력계수와 점착력을 이용한 관계식을 제안하였으며 실제현장 계측결과와 비교하였을 때 기존 연구보다 매우 비슷한 결과를 보여 실무에서의 적용성을 확인할 수 있었다. 일반적인 토사지반에서의 적용성은 확인되었으나 연약지반이나 암반지반에서의 토압이론과 파괴양상은 매우 다양한 형태를 보이므로 향후 추가연구가 필요할 것으로 판단된다.

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