양생시간에 따른 유동성 채움재의 전단파 특성

한우진(Woojin Han),이종섭(Jong-Sub Lee),변용훈(Yong-Hoon Byun),조삼덕(Samdeok Cho),김주형(Juhyong Kim) 한국지반환경공학회 2016 한국지반환경공학회논문집 Vol.17 No.3

기존의 콘크리트 조기강도의 발현 및 응결특성을 파악하기 위하여 탄성파 기법을 이용한 콘크리트의 모니터링에 대한 많은 연구가 수행되어 왔다. 본 연구에서는 저강도 콘크리트의 일종인 유동성 채움재(CLSM)에 대한 응결특성을 파악하기 위하여 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 활용하였으며, 양생시간에 따른 CLSM의 전단파 특성을 조사하였다. 조기강도 및 유동성을 확보하기 위하여 CLSM은 CSA계 시멘트, 비회, 실트 및 모래, 급결제, 물로 구성되었으며 세립분 함량에 따른 전단파 특성 변화를 보기 위해 3종류의 CLSM 시료를 배합하였다. 전단파 측정을 위한 셀은 셀 벽면에 한 쌍의 벤더 엘리먼트가 설치되었고, 배합된 CLSM 시료를 전단파 측정용 셀에 조성하여 양생시작부터 28일간 전단파 변화를 모니터링 하였다. 실험결과 CLSM의 세립분 함량에 상관없이 양생시간이 증가함에 따라 전단파의 공진주파수 및 속도는 증가하였다. 또한, 양생시작부터 약 10시간까지는 전단파의 진폭도 증가하였으며, 동일한 시각에서는 세립분 함량이 적을수록 공진주파수 및 속도가 크게 나타났다. 본 논문에서 제안된 벤더 엘리먼트를 이용한 전단파 측정기법은 양생기간에 따른 CLSM의 응결특성을 평가하는 데 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다. The ultrasonic waves for monitoring concrete materials have been used to investigate the setting and hardening process of concrete. This paper presents the application of bender elements for monitoring the hardening properties of Controlled Low Strength Material (CLSM) and the characterization of shear waves in CLSM according to curing time. To ensure the early age properties and flow, the CLSM consists of CSA cement, sand, silt, water, fly ash, and accelerator. In addition, three different type specimens according to fine contents are mixed. A couple of bender elements are installed at the wall of measurement cell and the CLSM specimen are prepared at the measurement cell for 28 days. Experimental results show that the resonant frequency and shear wave velocities increase with an increase in the curing time, regardless of the fine contents. Up to ten hours, the amplitudes of shear waves also increase, and the resonant frequency and shear wave velocities at the same time increase as the fine contents increase. The shear wave measurement technique using the bender elements may be effectively used to evaluate the hardening properties of CLSM along the curing time.

직립식 방파제 성능기반 내진 설계 Platform 개발을 위한 기초연구 - 전단파 횟수 누적에 따른 지반 강도 감소를 중심으로

최진규,조용준 한국해안,해양공학회 2018 한국해안해양공학회 논문집 Vol.30 No.6

지난 이십여 년 간 우리나라 연안에 집중적으로 거치된 직립식 방파제의 내진 성능을 검토하기 위한 예비 수치모의를 포항, 경주, Hachinohe1, Hachinohe2, Ofunato, 인공지진파를 대상으로 수행하였다. 예비 수치모의 결과 지진으로 인한 전단파가 지반을 통해 전파되는 과정에서 지진에너지가 장주기 대역으로 이동한 Hachinohe2의 경우 항 외곽시설의 활동량이 상당하다는 것을 확인하였다. 지진으로 인한 전단파는 항만시설이 거치된 지표방향으로증폭되며, 지진에너지의 상당부분은 장주기 대역으로 이동된다. 이 중 장주기 대역으로 이동되는 현상은 지반의 점성 혹은 내부 마찰에 기인하며, 전단파 증폭은 구속 응력의 감소로 인해 지표면 방향으로 감소하는 전단계수와 내습하는 전단파 횟수 누적에 따른 지반 강도 감소에 기인하는 것으로 판단된다(Das, 1993). 이러한 인식에서 본고에서는 먼저 전단파 횟수 누적에 따른 전단계수의 감소의 기술이 가능한 Hardin과 Drnevich(1972) 모형과 파동방정식에 기초하여 수치모형을 구성하고, 이어 전단파 횟수 누적에 따른 전단계수의 감소가 전단파 전파과정에 미치는 영향을 정량적으로 평가하기 위한 수치모의를 수행하였다. 이 과정에서 비선형 응력-변형률 관계를 설명하기 위해 Newmark-β 방법과 수정 Newton-Raphson 방법을 차용하였다(Chopra, 1995). 모의결과 전단파가 지표면으로 전파되면서 상당한 확률 질량이 상대적으로 큰 진폭과 장주기 쪽으로 이동하는 것을 확연하게 확인할 수 있었다. In order to evaluate the seismic capacity of massive vertical type breakwaters which have intensively been deployed along the coast of South Korea over the last two decades, we carry out the preliminary numerical simulation against the PoHang, GyeongJu, Hachinohe 1, Hachinohe 2, Ofunato, and artificial seismic waves based on the measured time series of ground acceleration. Numerical result shows that significant sliding can be resulted in once non-negligible portion of seismic energy is shifted toward the longer period during its propagation process toward the ground surface in a form of shear wave. It is well known that during these propagation process, shear waves due to the seismic activity would be amplified, and non-negligible portion of seismic energy be shifted toward the longer period. Among these, the shift of seismic energy toward the longer period is induced by the viscosity and internal friction intrinsic in the soil. On the other hand, the amplification of shear waves can be attributed to the fact that the shear modulus is getting smaller toward the ground surface following the descending effective stress toward the ground surface. And the weakened intensity of soil as the number of attacking shear waves are accumulated can also contribute these phenomenon (Das, 1993). In this rationale, we constitute the numerical model using the model by Hardin and Drnevich (1972) for the weakened shear modulus as shear waves go on, and shear wave equation, in the numerical integration of which Newmark-β method and Modified Newton- Raphson method are evoked to take nonlinear stress-strain relationship into account. It is shown that the numerical model proposed in this study could duplicate the well known features of seismic shear waves such as that a great deal of probability mass is shifted toward the larger amplitude and longer period when shear waves propagate toward the ground surface.

상부노반의 동적 콘 관입지수와 전단파속도 상호관계 연구

홍원택(Won-Taek Hong),강성훈(Seonghun Kang),최찬용(Chan Yong Choi),이종섭(Jong-Sub Lee) 한국철도학회 2015 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2015 No.10

도상자갈층으로부터 전달된 하중을 지지하는 상부노반의 동적 거동은 전단탄성계수에 영향을 받는다. 지반의 전단탄성계수는 전단파속도와 밀접한 연관을 갖으므로, 전단파속도의 획득은 상부노반의 동적거동 예측 활용될 수 있다. 본 연구에서는, 동적 콘 관입지수와 전단파속도의 관계를 실험적으로 제시하고자 하였다. 동적 콘 관입시험 및 전단파속도 획득은 다짐 완료된 상부노반을 대상으로 수행되었으며, 심도에 따른 동적 콘 관입지수 및 전단파속도가 획득되었다. 상부노반에서의 전단파속도는 동일위치에서 획득된 동적 콘 관입지수의 거듭제곱 형태로 나타났다. 본 연구의 결과는 동적 콘 관입시험을 통한 전단탄성계수 산정 및 상부노반의 동적 거동 예측에 활용될 수 있을 것이라 기대된다. The dynamic behavior of the railway subgrade which supports the train load transferred from the ballast layer affected by the shear modulus of the subgrade. Since the shear modulus is closely related with the shear wave velocity, the shear wave velocity can be used to predict the dynamic behavior of the subgrade. In this study, the relationship between the dynamic cone penetration index (DCPI) and the shear wave velocity (Vs) is suggested experimentally. The dynamic cone penetration test and shear wave velocity assessment are conducted on the compacted subgrade, and a DCPI log and a Vs log are obtained. As a result, the Vs of the subgrade is expressed as a involution form of the DCPI. The relationship suggested in this study can be used to predict the shear modulus and the dynamic behavior of the subgrade by DCPI.

지반개량을 통한 원지반의 전단파속도 향상에 대한 실험적 연구

정찬유,문재성,조명수,강호덕,양희정 한국구조물진단유지관리공학회 2019 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.23 No.7

In this study, an experimental study was carried out with variables of the shape of the ground soil-binder in order to find out whether the shear wave velocity and the ground grade were improved by the ground improvement. In this study, the shear wave velocity was measured using the crosshole method with variables of the shape of the ground soil-binder. In addition, the prediction formula of the shear wave velocity for suitability of N-Values for the domestic soil conditions are proposed using the result value of this study and the existing results of shear wave velocity . As a result, the shear wave velocity of the ground has increased. In addition, the prediction formula proposed in this study reasonably issued the existing experimental results regardless of the stratum conditions. 이 연구에서는 지반의 개량에 따른 전단파속도 및 지반등급 향상 여부를 알아보기 위하여 지반개량체의 형상을 변수로 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 지반개량체의 형상을 변수로 크로스홀(Cross hole) 기법을 이용하여 전단파속도를 측정하였다. 또한, 이 연구에서 측정된 결과 와 기존 전단파속도 측정결과를 이용하여 국내 지반조건에 맞는 N-Value에 대한 전단파속도 예측식을 제안하였다. 실험결과, 지반개량을 수행하는 경우 원지반의 전단파속도는 소폭 상승하였다. 또한, 이 연구에서 제안한 예측식은 지층조건에 관계없이 기존실험결과를 합리적으로 예측하였다.

MASW를 이용한 사력댐 코어죤 전단파속도 산정 사례 연구

이종욱(Lee Jongwook),하익수(Ha Iksoo) 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.7

본 연구의 목적은 MASW를 이용하여 산정한 사력댐 코어죤의 전단파속도 산정결과를 사례 분석하고, 그 결과를 기존 경험적 제안식과 비교하여 차이점을 파악하는데 있다. 또한, MASW 결과로부터 산정될 수 있는 코어죤의 깊이별 전단파속도 분포 범위를 제시하여 동적해석에 필요한 코어죤의 최대전단탄성계수 산정을 위한 기초자료를 제공하는데 있다. 사례분석 및 기존제안식과의 비교 결과, 댐 동적해석을 위해 MASW를 이용하여 코어죤의 전단파속도를 산정하는 경우, 심도 10m 이상에서는 거의 Sawada와 Takahashi의 제안식에 비해 작은 값을 산정하게 됨을 확인하였고, 현장여건에 의하거나 예비해석단계에서 MASW에 의한 탐사가 불가한 경우에는 Sawada와 Takahashi의 제안식 중 하한값에 대한 제안식을 사용하는 것이 보다 합리적임을 제안한다. The purpose of this study is to make case studies on estimation of shear wave velocity in core zone of some rockfill dams by MASW (Multi-channel Analysis of Surface Waves) and to compare the results of case studies with those of the empirical method. Furthermore, the purpose is to recommend the range of shear wave velocity in core zone by MASW and to supply the preliminary data for estimation of shear wave velocity in core zone which is needed for dynamic analysis. From the results of case studies and the comparison between the results of case studies and those of empirical equation, it was found that the shear wave velocities obtained by MASW were smaller than those by the empirical recommendation (Sawada & Takahashi) in the depth of more than 10 m. Also, it is recommended that using the lower bound of empirical formulation by Sawada and Takahashi be available and resonable in case that MASW is not available due to the field condition and the investigation is preliminary.

전단파속도와 지반공학적 현장 관입시험 자료의 상관관계 도출

선창국,김홍종,정충기 한국지진공학회 2008 한국지진공학회논문집 Vol.12 No.4

다양한 탄성파 시험으로부터 획득할 수 있는 전단파속도(V_S)는 주로 지진공학 분야에서의 내진 설계 및 내진 성능 평가를 위한 대표적 지반 동적 특성으로 강조되어 왔다. 일반적인 지반공학적 부지 조사 기법의 지반지진공학적 활용을 목적으로, 표준관입 시험(SPT)과 피에조콘관입시험(CPTu)을 국내 여러 부지들을 대상으로 다양한 시추공 탄성파시험과 함께 수행하였다. 본 연구에서는 현장시험 자료들의 통계학적 모델링을 통해 전단파속도와 표준관입시험의 타격수(N 값)및 선단저항력(q_t), 주면마찰력(f_s)과 간극수압계수(B_q)로 구성되는 피에조콘관입 자료 간의 상관관계를 도출하고 전단파속도 결정을 위한 경험적 방법으로 제안하였다. 비록 일반적인 지반공학적 관입시험과 시추공 탄성파시험의 대상 변형률 수준이 상이하다 할지라도, 본 연구에서 제안된 상관관계들은 국내 토사 지층의 예비적 전단파속도 산정에 활용될 수 있을 것으로 보인다. Shear wave velocity(V_S), which can be obtained using various seismic tests, has been emphasized as representative geotechnical dynamic characteristic mainly for seismic design and seismic performance evaluation in the engineering field. For the application of conventional geotechnical site investigation techniques to geotechnical earthquake engineering, standard penetration tests(SPT) and piezocone penetration tests(CPTu) together with a variety of borehole seismic tests were performed at many sites in Korea. Through statistical modeling of the in-situ testing data, in this study, the correlations between V_S and geotechnical in-situ penetrating data such as blow counts(N value) from SPT and piezocone penetrating data such as tip resistance (q_t), sleevefriction(f_s), and pore pressure ratio(B_q) were deduced and were suggested as an empirical method to determine V_S. Despite the incompatible strain levels of the conventional geotechnical penetration tests and the borehole seismic tests, it is shown that the suggested correlations in this study are applicable to the preliminary estimation of V_S for Korean soil layers.

인공발파진동실험을 이용한 흙댐 축조재료의 전단파속도 산정

하익수,김남룡,임정열,Ha, Ik-Soo,Kim, Nam-Ryong,Lim, Jeong-Yeul 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.2

본 연구의 목적은 인공 발파진동실험을 이용하여 흙댐 축조재료의 전단파속도를 추정하고 산정 방법의 실효성을 확인하는 것이다. 이를 위하여 운영 중인 성덕댐에 대하여 국내 최초로 실대규모 근접 발파진동 실험을 수행하였다. 장약량과 발파 시추공심도를 4가지 유형으로 달리한 발파진동을 유발시키고, 각 유형별 발파 시에 폭원에 인접한 기반암노두와 댐 정상부에서 가속도를 각각 계측하였다. 발파진동실험으로부터 댐 정상부에서 얻어진 계측기록을 주파수 분석하여 대상댐의 고유진동수를 산정하고, 계측된 가속도기록으로 산정한 고유진동수와 기반암에서 계측한 발파파 가속도를 입력하중으로 한 반복적인 동적수치해석을 수행하여 계산한 고유진동수를 일치시키는 방법으로, 흙댐 성토재료의 심도별 전단파속도를 추정하였다. 산정된 대상댐 성토재료의 전단파속도는 발파유형에 영향을 받지 않고 일관성 있는 결과를 산정함을 확인하였고, 기존의 경험적 연구결과와 비교하여 그 실효성도 확인하였다. 이로부터 지진계가 설치되지 않아 실지진 계측기록을 이용할 수 없는 중소규모 댐의 경우, 인접발파에 따른 발파진동계측기록에 대한 분석으로도 댐 축조재료의 전단파속도를 실효성 있게 추정할 수 있음을 확인하였다. The objective of this study is to estimate shear wave velocity of earth dam materials using artificially generated vibration from blasting events and to verify its applicability. In this study, the artificial blasting and vibration monitoring were carried out at the site adjacent to Seongdeok dam, which is the first blasting test for an existing dam in Korea. The vibrations were induced by 4 different types of blasting with various depths of blasting boreholes and explosive charge weights. During the tests, the acceleration time histories were recorded at the bedrock adjacent to the explosion and the crest of the dam. From frequency analyses of acceleration histories measured at the crest, the fundamental frequency of the target dam could be evaluated. Numerical analyses varying shear moduli of earth fill zone were carried out using the acceleration histories measured at the bedrock as input ground motions. From the comparison between the fundamental frequencies calculated by numerical analyses and measured records, the shear wave velocities with depth, which are closely related to shear moduli, could be determined. It is found that the effect of different blasting types on shear wave velocity estimation for the target dam materials is negligible and the shear wave velocity can be consistently evaluated. Furthermore, comparing the shear wave velocity with the previous researchers' empirical relationships, the applicability of suggested method is verified. Therefore, in case that the earthquake record is not available, the shear wave velocity of earth dam materials can be reasonably evaluated if blasting vibration test is allowed at the site adjacent to the dam.

표면파 탐사에 의한 필댐 사력죤의 전단파속도 산정 연구

권혁기,신은철 한국지진공학회 2009 한국지진공학회논문집 Vol.13 No.5

본 연구에서는, 필댐 사력죤의 전단파속도 특성을 분석하고자 하였으며, 필댐 사력죤의 특성상 주로 표면에서 비파괴적으로 수행되는 표면파 탐사 기법을 적용하여 전단파속도를 도출 하였다. 대표적 표면파 기법인 SASW기법과 새롭게 개발된 HWAW 기법을 이용하여 6개댐 사력죤에서 시험을 통해 심도별 전단파속도와 구속압에 따른 전단파속도를 산정하고 그 결과를 기존에 많이 사용되었던 Sawada와 Takahashi의 결과와 비교 분석하였다. In this study, the properties of shear wave velocity of coarse gravel in filldams are analyzed. Shear wave velocity is derived using the surface wave analysis method, which can be used nondestructively on the surface of filldams. These values are acquired through the tests for the rock zone of six filldams by SASW and HWAW methods. These analytical results are compared with results obtained through the frequently-used empirical method of Sawada and Takahashi.

얕은 심도 전단파속도 분포를 이용한 30m 심도 평균 전단파속도의 결정

선창국,정충기,김동수 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.1

미국 서부 지역을 근간으로 도출된 30m 심도까지의 평균 전단파속도(Vs30)는 부지 증폭 정도에 따른 설계 지진 지반 운동 결정을 위한 현행 지반 분류 기준이다. 부지의 Vs30을 산정하기 위해서는 현장탄성파 시험으로부터 적어도 30m 심도까지의 전단파 속도(Vs) 분포를 획득해야 한다. 그러나 많은 경우에서 현장의 불리한 여건 및 적용 시험 기법의 제한으로 인해 Vs분포 결정 심도가 30m에 이르지 못할 수 있다. 본 연구에서는 국내 총 72개소 부지들에서 다양한 탄성파 시험 수행을 통해 30m 이상 심도까지 Vs 분포를 획득하여 Vs30과 30m보다 얕은 심도까지의 평균 전단파속도(VsDs)들을 산정하고, 이로부터 Vs30과 VsDs간의 상관관계를 도출하였다. 또한, 모든 Vs 분포 자료의 평균에 근거한 형상 곡선을 작성하여 Vs 분포를 얕은 심도부터 30m까지 외삽할 수 있는 기법을 개발하였다. 얕은 심도 Vs 분포로부터의 Vs30 산정을 위하여 VsDs와 형상 곡선을 이용하는 두 기법은 최하단 Vs를 30m 심도까지 동일하게 연장하는 단순 기법에 비해 편향 정도가 적었으며, 특히 최소 10m 이상 심도까지 확보된 Vs분포의 경우 유용하게 적용될 수 있을 것으로 보인다. The mean shear wave velocity to the depth of 30 m (Vs30) derived from the western Vs is the current site classification criterion for determining the design seismic ground motion taking into account the site amplification potential. In order to evaluate the Vs30 at a site, a shear wave velocity (Vs) Profile extending to at least 30 m in depth must be acquired from in-situ seismic test. In many cases, however, the resultant depth of the Vs profile may not extend to 30 m, owing to the unfavorable field condition and the limitation of adopted testing techniques. In this study, the Vs30 and the mean shear wave velocity to a depth shallower, than 30 m (VsDs) were computed from the Vs profiles more than 30 m in depth obtained by performing various seismic tests at total 72 sites in Korea, and a correlation between Vs30 and VsDs was drawn based on the computed mean Vs data. In addition, a method for extrapolating the Vs profile from shallow depth to 30 m was developed by building a shape curve based on the average data of all Vs profiles. For evaluating the Vs30 from the shallow Vs profiles, both the methods using VsDs and shape curve result in less bias than the simplest method of extending the lowermost Vs equally to 30 m in depth, and are usefully applicable particularly in the cases of the Vs profiles extending to at least 10 m in depth.

논문 : 함수비가 낮은 동결토의 전단강도 및 강성 평가

김상엽 ( Sang Yeob Kim ),이종섭 ( Jong Sub Lee ),김영석 ( Young Seok Kim ),변용훈 ( Yong Hoon Byun ) 대한지질공학회 2015 지질공학 Vol.25 No.1

지반은 동결이 발생함에 따라 물리적 특성이 변화하며, 동결현상에 따른 기초구조물의 안정성 평가는 설계시 중요한 고려사항 중 하나이다. 본 연구에서는 동결 및 전단과정 중 연직응력 변화에 따른 동결토의 전단강도 및 강성을 평가하고자 하였다. 동결토의 강도평가를 위하여 직접전단실험을 수행하였으며, 직접전단실험 중 강성평가를 위한 전단파 측정을 동시에 수행하였다. 실험수행을 위하여, 동결용 직접전단상자를 제작하였으며, 상·하부 전단상자의 벽면에는 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 각각 설치하였다. 시료는 주문진사 및 실트, 그리고 증류수를 이용하여 포화도 10%로 혼합하였으며, 상대밀도가 모든 조건에서 동일하게 유지되도록 조성하였다. 조성된 시료는 -5oC까지 동결을 진행시킨 후, 온도를 유지한 상태로 직접전단실험을 수행하였다. 동결 및 전단과정 중 시료에는 다양한크기의 연직응력이 가해졌으며, 전단과정 중 수평변위에 따른 전단응력 및 수직변위, 그리고 전단파를 측정하였다. 실험결과, 모든 구속조건의 경우에서 동결 혹은 전단과정의 연직응력이 증가함에 따라 전단강도는 증가하였으며, 전단과정의 연직응력만 증가한 경우보다 동결과정의 연직응력도 함께 증가한 경우 전단강도가 더 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 전단파 속도의 변화는 측정위치에 따라 다른 경향을 보였으며, 전단면을 통과하여 측정한 경우 전단파 속도는 전단변형이 진행됨에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구는 동결 및 전단과정 시 구속조건의 효과를 평가한 연구로써, 포화도가 낮은 상태의 동결토의 강도 및 강성에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. The characteristics of frozen soils are one of most important factors for foundation design in cold region. The objective of this study is to evaluate the shear strength and stiffness of frozen soils according to the confining conditions during the freezing and shearing phase. A direct shear box is constructed for the frozen specimens and bender elements are mounted on the wall of the shear box to measure shear wave velocities. Specimens are prepared by mixing sand and silt with a silt fraction of 30% in weight and the degree of saturation of 10%, giving a relative density of 60% for all tests. The temperature of the specimens in the freezer is allowed to fall below -5oC, and then direct shear tests are performed. A series of vertical stresses are applied during the freezing and shearing phase. Shear stress, vertical displacement, and shear wave along the horizontal displacement are measured. Experimental results show that in all the tests, shear strength increases with increasing vertical stress applied during the freezing and shearing phases. The magnitude of the increase in shear strength with increasing vertical stress during shearing under fixed vertical stress in the frozen state is smaller than the magnitude of the increase in vertical stress during freezing and shearing. In addition, the change in shear wave velocities varies with the position of the bender elements. In the case of shear waves passing through the shear plane, the shear wave velocities decrease with increasing horizontal displacement. This study provides an evaluation of the properties of shear strength and stiffness of frozen soils under varied confining condition.