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제안 방법
- (b)는 계단식 콘크리트 옹벽의 설치 형태 및 보강재 설치 위치를 나타내었다. 계단식 콘크리트 옹벽은 하부에서 높이 1.5m, 폭 1.5m로 일정하게 설치하였으며, 계단식 콘크리트 옹벽의 최상단 폭은 1단 법면의 상부에 일치하도록 연장하여 설치하였다. 또한 두 보강재의 효과를 비교하기 위해 동일한 지점에 보강재를 설치하였다.
- 네일 및 앵커의 설치가 사면의 안전율에 미치는 영향을 파악하기 위해 네일 및 앵커보강을 실시한 후사 면의 포화상태 안전율을 계산하였으며, 그 결과를 그림 8에 나타냈다.
- 다양한 해석방법을 통한 안전율을 비교하기 위해 한계평형해석방법(LEM), 유한차분법(FDM)과 유한요소법(FEM)을 이용하여 계산하였으며, 각각의 해석방법에 사용된 프로그램을 정리하면 표 1과 같다.
- 그러나 각기 다른 해석 방법에 따라 안전율의 차이를 갖는다. 따라서 본 연구에서는 다양한 방법의 수치해석 모델을 이용하여 사면의 설계시 중요한 요인으로 작용하는 사면의 형상, 지하수 및 사면보강 공법 등이 사면의 안전율에 미치는 영향을 비교.분석하고자 한다.
- 이들 프로그램은 Fellenius 또는 Bishop의 절편법 혹은 Perturbation 방법 등을 이용한 힘과 모멘트의 평형 방정식에 의해 안전율을 산정한다. 또한 유한차분법(FDM) 프로그램인 FLAC과 유한요소법(FEM) 프로그램인 SIGMA/W를 이용하여 사면 안정 해석을 수행하였다. FLACe 항복 한계에 도달한 소성 유동을 받는 지반 및 다른 재료의 거동을 모사할 수 있다.
- 사면에 네일 및 앵커보강에 추가하여 계단식 콘크리트 옹벽을 설치한 경우의 보강 효과를 알아보기 위해 그림 7.(b)와 같이 네일 및 앵커를 계단식 콘크리트 옹벽과 같이 설치한 후 해석을 실시하였다. 계단식 콘크리트 옹벽을 추가 보강한 경우의 포화상태 사면 안전율을 표 6, 앵커에 계단식 콘크리트 옹벽을 추가한 경우의 사면파괴면을 그림 10에 정리하였다.
- 사면의 수치해석에 꼭 필요한 요소인 사면 형상, 지하수 및 보강공법 등이 사면의 안정성에 미치는 영향을 알아보기 위해 한계평형해석과 유한요소법 및 유한차분법의 수치해석 모델을 이용한 해석을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 사면의 형상이 변화됨에 따라 사면의 안정성에 미치는 영향을 분석하기 위해 그림 1에 나타난 것과 같이 1단의 경사를 1:1.0으로 고정한 후 2단의 구배 및 높이에 따라 3가지 경우로 사면의 형상을 변화 시켜 해석을 실시하였고 사면의 형상에 대한 영향만을 관찰하기 위한 지반의 입력 물성은 표 2와 같다.
- 등의 수치해석을 이용한 방법이 널리 활용되고 있다. 이러한 사면해석은 다양한 지반 정수를 활용하여 현 지반 상태를 구현하고, 적절한 보강 공법을 선택하여 사면 안정성을 검토한다. 사면의 안정화 방법으로 다양한 보강 공법이 제시되고 있으며, 여러 학자들에 의해 보강 공법에 관한 사면의 안정성 연구가 활발히 이루어지고 있다(Bawden et al, 1992; Dunham, 1976; Farmer, 1975; Freeman, 1978; Indraratna and Kaiser, 1990; Lee et al, 2000; Li and Stillborg, 1999; Luo et al, 2000; Sagaseta et al, 2001; Serrano and Olalla, 1999; Windsor, 1997; Zeng and Liang, 2002; Zornberg and Kavazanjian, 2001).
- FLACe 항복 한계에 도달한 소성 유동을 받는 지반 및 다른 재료의 거동을 모사할 수 있다. 지반 및 다른 재료의 거동을 모사하기 위해 유한의 차분격자망과 구역으로 분할하여 다양한 형상으로 모델하며, 각 요소는 하중 또는 경계조건에 의해 선형/비선형 응력-변형률 거동을 모사한다. 지반의 응력과 변형을 해석하는 유한요소 해석 프로그램인 SIGMA/W는 해석 영역을 절점으로 결합된 유한계의 요소로 분할하여 각 요소에 대한 변형과 응력의 조건을 구할 수 있도록 강성 매트릭스를 만들고, 요소 전체에 대한 지배 방정식을 풀어 해석한다.
데이터처리
- 한계평형해석(LEM) 프로그램인 SLOPE/W 와 TALREN을 이용하여 사면 안정성 해석을 수행하였다. 이들 프로그램은 Fellenius 또는 Bishop의 절편법 혹은 Perturbation 방법 등을 이용한 힘과 모멘트의 평형 방정식에 의해 안전율을 산정한다.
이론/모형
- 지반의 응력과 변형을 해석하는 유한요소 해석 프로그램인 SIGMA/W는 해석 영역을 절점으로 결합된 유한계의 요소로 분할하여 각 요소에 대한 변형과 응력의 조건을 구할 수 있도록 강성 매트릭스를 만들고, 요소 전체에 대한 지배 방정식을 풀어 해석한다. 또한 이 프로그램은 단계하중이 작용하는 단순한 선형탄성 문제 및 복잡한 비선형 문제를 계산하며, 지반 거동 구현을 위한 선형탄성, 이방성 선형탄성, 탄성-소성(Mohr-Coulomb 파괴기준), Cam-Clay, Modified Cam-Clay 등의 구성모델을 사용한다.
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