CFRD 차수벽지지죤 강성이 콘크리트차수벽 거동에 미치는 영향

하익수(Ha Ik Soo),서민우(Seo Min Woo),김형수(Kim Hyoung Soo) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 C Vol.26 No.5

본 연구의 목적은 원심모형실험으로 담수에 따른 CFRD 차수벽의 거동을 모사하는 방법 및 절차를 제시하고, 실험결과로부터 콘크리트차수벽의 휨강성이 차수벽의 변위에 미치는 영향을 살펴보고, 원심모형실험으로 검증된 수치해석을 통하여 차수벽지지죤 강성이 차수벽콘크리트의 변위와 모멘트에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 이를 위하여 실제 운영 중인 D댐에 대해 차수벽의 강성을 2가지로 변화시킨 원심모형실험을 수행하였고, 모형체의 축조재료에 대한 심축압축실험을 수행하고 그 결과를 입력치로 한 수치해석을 통해 원심모형실험을 모사하였다. 모사된 수치해석 결과를 실험결과와 비교하여 수치모형의 적정성을 확인하고 확인된 수치모형에 대해 지지죤 강성을 변화시킨 수치해석을 수행하여 지지죤 강성변화에 따른 콘크리트 차수벽의 연직변위 및 모멘트 발생 양상을 분석하였다. 차수벽 두께를 2가지로 달리한 원심모형실험 결과, CFRD 차수벽 변위는 차수 목적의 콘크리트 두께 범위 내에서는 두께의 영향이 거의 없는 것으로 나타났다. 원심모형실험과 수치해석 결과로부터 담수 시 CFRD 차수벽의 변위 및 최대변위 발생위치는 콘크리트차수벽 휨강성에는 영향이 거의 없고, 차수벽지지죤의 강성이 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. The purpose of this study is to recommend the simulation method and procedure of behaviors of CFRD(Concrete Faced Rockfill Dam) concrete face slab with impoundment by centrifuge tests, to examine the effects of the flexural rigidity of the concrete face slab on the face slab deformation from the centrifuge tests, and to evaluate the effects of the stiffness of face supporting zone on the displacement and moment of face slab by numerical analysis which is verified by the centrifuge tests. In this study, the centrifuge tests on the two model darns with the concrete face slab of different flexural rigidity were carried out. Also, the centrifuge tests were simulated by numerical analysis of which input material properties were obtained by the triaxial tests on the model materials. The validity of numerical analysis was evaluated by comparison between the results of centrifuge tests and numerical simulation. The deformation pattern of the concrete face slab was examined with the various stiffness of the face supporting zone by numerical analysis. From the results of centrifuge tests, the effects of face slab thickness on the deformation of face slab were negligible. From the results of centrifuge tests and numerical analysis, it was found that the amplitude of the maximum displacement of face slab and the position where the maximum displacement was mobilized with impoundment were affected by the stiffness of face supporting zone rather than the flexural rigidity of concrete face slab.

원심모형실험을 이용한 준설토의 침강압밀 거동 특성

박현철(Hyunchul Park),강홍식(Hongsig Kang),선석윤(Seokyoun Sun),박종서(Jongseo Park),안광국(Kwangkuk Ahn) 한국지반환경공학회 2017 한국지반환경공학회논문집 Vol.18 No.2

해양 매립 공사는 해저의 해성점토를 해수와 함께 준설하여 매립지로 이동시켜 매립지를 형성시키는 공사이다. 매립지가 형성되는 과정에서 준설토는 침강-퇴적-압밀 과정이 진행되며 이 과정에서 압밀과정은 소요되는 시간과 침하량이 크기 때문에 매립지를 계획하는 해양 매립 공사에서 매우 중요한 결정인자로 사용하게 된다. 준설토의 침하량과 소요되는 시간을 예측하기 위한 방법으로 국내에선 Yano가 제안한 Column 실험이 보편적으로 사용되고 있다. 그러나 Yano의 Column 실험은 준설토의 침강압밀특성을 확인하기 위해 장시간이 필요한 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 장시간이 소요되는 Column 실험의 단점을 보완해 단시간에 준설토의 침강압밀특성을 확인하기 위한 방법으로 원심모형실험을 활용하였다. 그 결과 효율적으로 준설토의 침강압밀특성을 확인하기 위해 원심모형실험을 활용할 수 있는 것으로 사료된다. The costal reclamation construction is for making reclaimed land by dredging marine clay with seawater, and then bringing the dredged soil into the reclaimed land. During the process, the dredged soil in the reclaimed land undergoes the sedimentationconsolidation process. Among the processes, the consolidation is a very critical factor when planning reclaimed land because of its requiring time and settlement. In order to predict the requiring time and settlement, the Column test, which was suggested by Yano, has been usually used in the nation. However, the test method needs a very long time to identify the characteristic of sedimentationconsolidation of dredged soil. Therefore, in this study, in order to supplement the weakness of the Column test which needs such a long time, and in order to identify the characteristic of the sedimentation-consolidation for dredged soil in a short time, the Geo-centrifuge test was examined as an alternative method. The result considered that Geo-centrifuge test would be useful to identify the characteristic of sedimentation-consolidation for dredged soil efficiently.

원심모형실험용 소형 콘 개발 및 콘 선단저항치 특성에 관한 연구

김재현,김동준,김동수,추연욱,Kim, Jae Hyun,Kim, Dong Joon,Kim, Dong Soo,Choo, Yun Wook 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2

현장지반의 공학적 특성을 파악하기 위한 콘 관입시험(Cone Penetration Test; CPT)은 원지반의 연속적인 강도 특성을 분석하여 다양한 지반변수를 손쉽게 획득할 수 있다는 점에서 널리 활용되고 있으며, 원심모형실험에서도 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 원심모형실험에서 콘선단저항치를 계측할 수 있는 직경이 10 mm인 소형 콘을 개발하고 원심모형실험에서의 적용성을 평가하였다. 개발된 콘으로 4자유도 로봇을 활용하여 원심모형 가속 상태에서 콘 관입시험을 수행하였다. 이 때, 원심가속도 수준을 4회 변화시켜 다양한 유효응력상태에서 콘 관입시험을 실험을 수행하였다. 그 결과, 얕은 관입깊이의 동일한 유효응력에서 콘 선단저항치는 g-level에 영향을 받으며, 선단저항치가 임계 깊이 도달하는 깊이는 g-level과 상대밀도가 커질수록 깊어짐을 확인하였다. 또한, 각 실험에서 임계 깊이에 도달한 선단저항치와 실내실험에서 획득한 지반물성을 이용하여 기존 경험식과 비교하였다. The standard CPT(Cone Penetration Test), which can be easily performed to investigate in-situ soil engineering properties, has been widely used. CPT are also widely being utilized in centrifuge model tests. In this study, a miniature cone with 10mm diameter was developed and its applicability in the centrifuge was evaluated. The developed miniature cone was equipped with a four degree-of-freedom in-flight robot. A series of cone penetration tests was performed under four centrifuge acceleration levels. As results, the cone resistances measured at the same confining stress within shallow penetration depth were affected by the centrifugal accelerations. The critical depth was proportional to the cone diameter and relative density. Cone resistances results below the critical depth and soil parameters obtained from the laboratory tests were compared with those by previously proposed empirical relations.

대형 필댐의 동적 원심모형시험기법에 대한 고찰

김남룡(Kim Nam Ryong),조성배(Jo Seong Bae),임정열(Lim Jeong Yeul) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.3

대규모 필댐의 강진에 대한 구조물의 성능과 안전은 신규 건설사업 또는 시설물의 관리에서 중요한 요소이다. 보통의 공학 실무에서 설계의 검증이나 내진성능평가는 수치적 모사기법이 널리 활용되나 축소 모형을 이용하는 물리모형실험 또한 활용될 수 있다. 일반적으로 축소모형시험은 엄밀한 상사법칙에 따라 설계하고 수행하는데, 그러나 장비의 특성, 경계효과, 원형구조물의 특성 등 다양한 제약조건에 따라 일반적인 상사법칙의 적용이 어려운 경우도 있다. 본 논문에서는 이러한 물리모형실험의 제약사항을 살펴보고 대형 필댐의 지진응답거동 모사에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 이러한 제약사항을 극복하기 위한 대안적 모사기법을 소개하고, 대형 필댐에 대한 원심모형실험 결과를 통하여 해당 모사기법의 적용성을 평가하였다. The performance and safety of large embankment dams subjected to strong earthquake ground motion is one of the major risks in new construction projects. The design and performance of the structure are generally verified by numerical methods in most of engineering practice, and reduced scale physical modeling is often carried out for the same purpose. In general, physical model tests are designed and carried out according to rigorous scaling principles. However, it is sometimes difficult to follow these principles due to various limitations; equipment, boundary conditions, characteristics of prototype structures, etc. This paper reviews the limitations of physical modeling and its effects in seismic performance evaluation of large embankment dams. It also introduces alternative modelling and testing methods to overcome the limitations. A test with a reduced scale embankment dam model have been carried out to examine the limitations and to verify the applicability of alternative modeling method.

지반함몰 모형실험 연구동향 및 적용방안 고찰

정성윤(Seong Yun Jeong),정영훈(Yeong Hoon Jeong),김동수(Dong Soo Kim) 한국방재안전학회 2017 한국방재안전학회 논문집 Vol.10 No.1

근래에 들어 증가하고 있는 도심지 지반함몰 사고는 사회적 이슈가 되고 있으며 이로 인해 최근 관련 법안이 발의 되었다. 지반함몰은 수많은 원인인자들의 복합적 작용으로 발생하므로 수치해석적 기법의 적용에 한계점이 존재한다. 이로 인해 지반함몰 메커니즘 규명 연구는 주로 모형실험을 이용하여 진행되었다. 선행 연구들은 상하수도관 파열로 인한 지반함몰 모사에 초점이 맞추어져 있으며, 지하수 흐름, 지반 굴착공사 등 다양한 원인에 의해 발생하는 지반함몰에 대한 연구가 부족한 실정이다. 또한 기존 수행된 대부분의 모형실험은 1 g 상태의 모형실험이며, 지반함몰 메커니즘 평가 시 지반의 현장 구속응력을 고려할 수 없다. 따라서 본 논문에서는 모형실험을 이용한 지반함몰 거동 평가에 대한 선행 연구동향들을 고찰하여 보다 다양한 환경 조건을 모사할 수 있는 기법들에 대해 논의하였다. 또한 본 연구에서는 더 신뢰성이 있는 지반함몰 메커니즘 평가 기법으로서 원심모형실험기법을 제시하였다. 마지막으로 본 연구에서는 지반안정성평가에 지반함몰 메커니즘에서 사용한 모형실험 기법을 적용할 것을 제시했다. Recently, increasing cases of ground subsidence in the urban area has become social issue, and related bill has been passed. Ground subsidence occurs through complex combination of various factors, and numerical analysis of this problem is limited thereby. This is why verification of ground subsidence mechanism has been conducted through physical modelling. Previous researches has been focused on modelling ground subsidence caused by utility pipe defects, and there has been insufficient physical modelling study on ground subsidence caused by various reasons such as groundwater flow and excavation activity. Also, most previous physical modelling studies were performed in 1g condition, which cannot take the in-situ stress condition into the evaluation of the ground subsidence mechanism. Therefore, in this study, physical modelling techniques to simulate various conditions is discussed by studying the previous researches on the ground subsidence mechanism through physical modelling. Also, centrifuge modelling test is suggested in this study as the technique to perform more reliable evaluation of ground subsidence mechanism. Lastly, this study suggests to apply the techniques used in the evaluation of ground subsidence mechanism into Ground Stability Assessment.

선박충돌 시 돌핀 구조물의 거동에 대한 원심모형실험

오승탁(Oh SeungTak),배우석(Bae WooSeok),조성민(Cho SungMin),허열(Heo Yol) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.1

충돌보호공은 해저지반에 깊게 근입되어 있으며 돌핀을 의미하는 상부는 단단한 콘트리트 뚜껑으로 막혀지고 쇄석으로 채워진 원형의 속채움 시트파일의 배열로 구성된다. 본 연구에서는 돌핀의 거동을 규명하기 위해 총 7회의 준정적실험과 11회의 동적 원심모형실험을 수행하였다. 주요한 실험적 결과는 다음과 같다. 우선, 준정적실험의 실험적인 힘-변위 결과는 채움재 강성과 관련된 채움 밀도의 변화로부터 구조물의 초기 강성에 대한 영향을 보여준다. 그리고 동일한 변위에서의 에너지 소산을 비교해보면 더 조밀한 채움에서 직경 20m 돌핀은 16%, 직경 30m 돌핀은 23% 정도 소산율이 증가하는 것으로 나타났다. 30m 직경의 돌핀이 더 큰 민감도를 갖는 것은 채움재의 변형률이 에너지소산에 대해 보다 크게 기여하기 때문이다. 동?정적 충돌실험결과, 일반적으로 동적 응답이 준정적 응답보다 26∼58%까지 크고 더 작은 변위에서 에너지 소산이 발생되고 있음을 알 수 있다. 따라서 돌핀 구조물의 거동예측 시 준정적 응답특성을 사용하는 것이 보수적이라는 것을 알 수 있으며, 하부충돌 시 돌핀 저항력은 상부충돌 시와 동일하거나 더 우세한 것으로 나타났다. The impact protection system consists of an arrangement of circular sheet pile cofferdams-denoted dolphin structuredeeply embedded in the seabed, filled with crushed rock and closed at the top with a robust concrete cap. Centrifuge model tests were performed to investigation the behaviors of dolphins in this study. Total 7 quasi-model tests and 11 dynamic model tests were performed. The main experimental results can be summarized as follows. Firstly, The experimental force-displacement results for quasi-static tests show a limited influence on the initial stiffness of the structure from the change in fill density and the related change in the stiffness of the fill. And by comparing the dissipation at the same dolphin displacement it was found that the denser fill increase the dissipation by 16% for the 20m dolphin and by 23% for the 30m dolphin. The larger sensitivity for the large dolphin is explained by a larger contribution to the dissipation from strain in the fill. In low level impacts the dynamic force-response is up to 26~58% larger than the quasi-static and the dissipation response is showed larger in small displacement. Hence, it is concluded conservative to use the quasi-static response characteristics in the approximation of the response, and it is further concluded that the dolphin resistance to low level impacts is demonstrated to be equivalent and even superior to the high level impacts.

지진 시 George Massey 침매터널의 거동에 관한 연구

박성식(Park Sung-Sik),문홍득(Moon Hong-Duk) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 C Vol.28 No.4

캐나다 서부 밴쿠버 지역의 Fraser강 바닥의 사질토 지반에 위치한 George Massey 침매터널이 지진 시에 어떻게 거동하는 지를 연구하였다. 지진으로 발생하는 간극수압을 계산할 수 있는 유효응력모델인 UBCSAND모델을 이용하여 지진하중으로 인한 지반의 변위와 침매터널의 거동을 예측하였으며 , 이를 미국 Rensselaer Polytechnic Institute(RPI)에서 실시한 원심 모형실험 결과와 비교하였다. 본 연구에서 해석한 George Massey 침매터널의 원심모형실험은 2개의 모델로 구성되었으며 , Model 1은 기본 모델로서 원상태 지반을 Model 2는 다짐공법으로 지반개량을 실시한 지반을 모델링하였다. 원심모형실험 Model 1에서 설계지진으로 인한 주변 지반의 액상화로 모형터널의 변위가 크게 발생하였다. Model 2에서 다짐공법으로 터널 주변 지반을 개량하였을 때 모형터널의 수직 및 수평 변위는 Model 1보다 50% 정도 감소하였다. UBCSAND모델은 원심모형실험에서 계측된 과잉간극수압, 가속도, 변위를 비교적 잘 예측할 수 있었다. 이와 같이 검증된 수치해석방법은 유사한 지반에 설치된 침매터널의 지진 시 변위와 거동을 예측할 수 있으며, 액상화에 대한 지반개량공법과 개량범위를 체적화할 수 있을 것으로 판단된다. The George Massey immersed tunnel passes the Fraser River near Vancouver, Western Canada. The tunnel was founded on sandy soils and its behavior during earthquake was analyzed by an effective stress constitutive model called UBCSAND. This model is able to calculate pore pressure rise and resulting tunnel movements due to cyclic loading. Centrifuge tests conducted at Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) were used to verify the model performance. The centrifuge tests consisted of 2 models: Model 1 was designed for an original ground condition, Model 2 for a ground improvement by densification. In Model 1, large deformation of the tunnel was observed due to liquefaction of surrounding soil. Because of the densified zones around the tunnel the vertical and horizontal displacements of the tunnel in Model 2 was 50% less than Model 1. Measured excess pore pressures, accelerations, and displacements from centrifuge tests were in close agreement with the predictions of UBCSAND model. Therefore, the model can be used to predict seismic behavior of immersed tunnels on sandy soils and optimize liquefaction remediation methods.

원심모형실험 및 한계평형해석을 이용한 잔교식 안벽의 사면 안정성 평가 연구

이찬우(Chanwoo Lee),안남규(Namkyu Ahn),최병훈(Byunghoon Choi),윤정원(Jungwon Yun) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.3

지진 시 액상화로 인해 사면 파괴가 발생할 수 있으며, 이로 인해 구조물의 거동에 큰 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 액상화 현상을 고려하여 사면의 안정성을 적절히 평가하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 원심모형실험 및 한계평형해석을 통해 과잉간극수압 증가에 따른 사면의 안정성 평가를 수행하였으며, 사면 내진 보강 공법으로서 잔교식 안벽의 억지말뚝 적용성을 평가하였다. 결과적으로, ru값의 증가가 안전율 감소에 직접적인 영향을 주는 것으로 나타났으며, 안전율 감소율은 말뚝 설치 여부보다는 ru값에 주로 의존하는 것으로 평가되었다. 그러므로 액상화가 발생하는 사면의 안정성 평가에 있어 ru값을 고려하여 해석을 수행하는 것이 필수적일 것으로 판단된다. During earthquake, liquefaction can cause slope failure that can significantly affect the behavior of the structure. Therefore, the slope stability must be appropriately evaluated considering the liquefaction. This study evaluated the slope stability according to the increase in the excess pore water pressure (ru) using the centrifuge model experiment and limit equilibrium analysis, and investigated the stabilizing effect of piles against sliding during earthquake. The results indicated that the increase in ru directly affected the reduction in the safety factor in the saturated sand model, and the decrease rate of the safety factor mainly depended on the ru than whether or not piles are installed. Therefore, the analysis must be performed considering the ru in evaluating the slope stability where liquefaction occurs.

원심모형실험시 강우재현을 위한 강우장치의 개발

이충원,박성용,김용성 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.6

In general, rainstorms induce slope failures and destroy many infrastructures. However, there are a limited number of physical modelstudies with rainfall. Hence, in this study, rainfall simulator was developed and its applicability was evaluated. First of all, the rainfallintensity inducing slope failure and the raindrop diameter on heavy rainfall were determined. And then, through the analysis on raindrop-falling locus in centrifugal field, theoretical atomizing angle of simulated rainfall was calculated. After that, actual atomizingangle of rainfall simulator for uniform rainfall simulation was experimentally determined by trial and error method. In addition, actualrainfall intensity and load pressure of simulated rainfall were examined. From the test results, it was confirmed that uniform atomizationwith target rainfall intensity and prevention of excess rainfall pressure by using angle-adjustable rainfall simulator developed inthis study were possible. 집중호우는 통상적으로 사면의 붕괴 및 다수의 사회 기반시설물의 파괴를 유발한다. 그러나, 강우를 고려한 물리적 모형실험의 사례는현재까지도 극히 제한적인 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 원심모형실험시 강우재현을 위한 강우장치를 개발하고 그 적용성을 검토하였다. 먼저, 집중호우시 사면붕괴를 유발하는 강우강도 조건 및 이때의 빗물 입경을 설정하고, 이를 원심장에서 모사하기 위하여 코리올리힘을 고려한 빗물방울의 궤적을 해석함으로써 이론적 강우 분사각도를 계산하였다. 이후, 시행착오법을 통해 균일한 강우모사를 위한 강우장치의 분사 각도를 실험적으로 결정하였으며, 이때의 실제 강우강도 및 지반표면에 작용하는 재하압력을 검토하였다. 강우모사 실험 결과로부터, 본 연구에서 개발된 강우장치를 사용함에 의해 목표 강우강도의 균일 분사 및 과다 강우재하압력의 방지가가능함을 확인하였다.

원심모형실험을 통한 연약지반에서의 경량콘크리트 포장의 안전성 평가

이관호,김성겸,신광호 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

본 연구에서는 연약지반에서의 경량콘크리트포장을 적용할때의 안전성 평가를 위해 실제 포장체 사이즈의 1/30으로 축소한 모형을 이용하여 시험을 실시하였다. 연구에서 경량콘크리트 물성을 상사비를 통하여 알류미늄 슬래프 형태로 적용하였으며 슬래브를 지지하는 말뚝 또한 일반 지름 30cm 콘크리트 말뚝을 상사비를 적용하여 알류미늄으로 적용하였다. 연약지반은 카올리나이트를 물과 혼합하여 조성하였으며 연약지반층 하부에는 모래지반을 조성하였다. 시험은 지반조성 후에 포장체를 지반에 관입하고 원심모형실험을 통해 1시간 가량 조성지반에 안정화를 시킨 후 횡방향으로 하중을 가하여 경량콘크리트포장 모형의 안정성를 평가하였다. 시험결과 1G level에서 실험이 끝나는 순간까지 모형의 평균 침하량은 약 4mm의 침하량을 보였으며 30G level에서 안정화하는 1시간동안 1mm의 침하량을 보였다. 또한 횡방향 하중재하시 유한요소 해석을 통한 말뚝이 저항할 수 있는 횡하중 7kg에서 횡방향 변위가 일어나지 않았다.