흐름과 파에 의한 해저지반내 간극수압의 발생과 액상화에 관한 해석적인 연구

이광호(Kwang-Ho Lee),김동욱(Dong-Wook Kim),김도삼(Do-Sam Kim),배기성(Ki-Seong Bae),전종혁(Jong-Hyeok Jeon) 한국해안해양공학회 2015 한국해안해양공학회 논문집 Vol.27 No.5

진행파 혹은 임의 반사율을 갖는 부분중복파 혹은 완전중복파-흐름-해저지반의 상호작용에 관한 해석해가 Lee et al.(2014; 2015a; 2015b; 2015c; 2015d) 및 Yamamoto et al.(1978)과 같은 다수의 연구자들에 의해 유도되었으며, 그들은 진동간극수압과 잔류간극수압을 별개로 취급하여 각 파동에 의한 지반응답을 논의하였다. 그러나, 실제 현장이나 실험에서 해저지반내 간극수압은 진동성분과 잔류성분이 별개로 나타나는 것이 아니고 그의 합 (전간극수압)으로 주어지기 때문에 전간극수압의 관점에서 반드시 검토될 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 진동간극수압과 잔류간극수압뿐만 아니라 전간극수압의 측면에서 파동조건, 지반조건 및 흐름조건의 변화에 따른 지반응답의 변동특성을 논의하였으며, 더불어 이에 따른 액상화의 연직깊이에서 특성변화를 검토하였다. 이로부터 진행파와 순방향의 흐름의 공존장에서는 흐름속도가 증가할수록 무차원진동간극수압이 증가하고, 무차원잔류간극수압은 감소하여 결과적으로 무차원전간극수압이 작아지며, 무차원액상화 깊이도 감소하는 등의 지반응답특성을 확인할 수 있었다. Analytical solutions for interaction between seabed and waves such as progressive wave or partial standing wave with arbitrary reflection ratio or standing wave have been developed by many researchers including Lee et al.(2014; 2015a; 2015b; 2015c; 2015d) and Yamamoto et al.(1978). They handled the pore-water pressure as oscillating pore-water pressure and residual pore-water pressure separately and discussed the seabed response on each pore-water pressure. However, based on field observations and laboratory experiments, the oscillating and residual pore-water pressures in the seabed do occur not separately but together at the same time. Therefore, the pore-water pressure should be investigated from a total pore-water pressure point of view. Thus, in this paper, the wave-induced seabed response including liquefaction depth was discussed among oscillating, residual, and total pore-water pressures’ point of view according to the variation of wave, seabed, and flow conditions. From the results, in the field of flow with the same direction of progressive wave, the following seabed response has been identified; with increase of flow velocity, the dimensionless oscillating pore-water pressure increases, but the dimensionless residual pore-water pressure decreases, and consequently the dimensionless total pore-water pressure and the dimensionless liquefaction depth decrease.

간극수압 예측모델의 적용성 평가

박두희,안재광 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

지진동에 의하여 발생하는 과잉간극수압은 지반의 동적거동에 큰 영향을 미치며 나아가 액상화가 발생하면 파괴적인 결과를 초래할 수 있다. 본 논문에서는 주기적인 지진 하중에서의 경험적인 간극수압 예측 모델의 적용성을 평가하였다. 평가에 사용된 모델은 GMT모델(Green 등,2000) 과 Ivsic(2006)모델이다. GMT모델(Green 등,2000)은 누적된 전단응력을 기반으로 발생하는 간극수압을 예측하는 모델이며고, Ivsic(2006)모델은 피해계수를 통하여 간극수압을 예측하는 모델이다. 비교적 간단한 두 가지 간극수압 예측 모델은 반복삼축시험 결과를 기반으로 검증 하였다. 실측 데이터와 비교결과, GMT모델(Green 등,2000)은 실제 간극수압 상승의 예측이 가능하며, Ivsic(2006)모델은 간극수압에 따른 진동전단응력비를 산정 할 수 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 두 개의 모델은 모두 지반응답해석 프로그램에 융합된다면 성공적으로 간극수압의 발생 경향을 예측하며 액상화 평가에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

간극수압비를 활용한 저수지 제당 계측관리기준 설정

서동욱 ( Donguk Seo ),최병한 ( Byounghan Choi ),김성필 ( Seongpil Kim ),허준 ( Joon Heo ),전건영 ( Keonyoung Jeon ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

연약지반 위에 저수지 제당을 축조할 경우 성토진행에 따른 제체의 침하와 지반의 활동 전단파괴가 일어날 가능성이 있다. 따라서, 제체와 연약지반의 안정을 꾀하면서 성토를 하기 위해서는 침하량과 간극수압, 수평변위량 등을 측정하여 지반공학적인 분석을 통해 성토고 및 성토속도를 조절할 필요가 있다. 그러나, 침하량과 수평변위량을 통한 전통적인 침하관리와 성토 안정관리를 실시하고 있으나 간극수압을 고려하지 않아 보다 정확한 분석이 어려웠다. 따라서, 간극수압비(Ru)를 이용한 관리기준을 설정하여 계측안정관리를 수행하였다. 간극수압비(Ru) 값과 사면안정해석으로부터의 안전율과의 회귀식을 이용하여 간극수압비(Ru)에 대한 관리기준치를 산정하였다. 일반적으로 제체의 경우 간극수압비(Ru)가 0.8이상일 때 사면안전율이 급격히 감소하는 것으로 알려져 있으나, 본 연구에서는 간극수압비(Ru)가 0.75 이상이면 사면안전율이 감소하는 것으로 나타났다. 계측시스템은 신설되는 저수지 제당 축조현장에 무선기반 인터넷 통합 자동계측관리로 설치하여 설치된 센서들에서 송신되는 신호를 무선으로 Network 서버와 DB서버에 전송하고, 저장된 자료는 웹서버와 연결하여, 설정된 계측관리기준에 따라 실시간으로 이상여부를 모니터링 할 수 있는 시스템으로 구성하였다. 제당 준공 후에는 연속적인 계측자료를 활용하여 시설물 안전관리 등의 유지관리에 활용할 수 있도록 하였다.

운영 중 터널에 작용하는 간극수압 평가기법

신종호,신용석,최규철,Shin, Jong-Ho,Shin, Yong-Suk,Choi, Kyu-Cheol 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.4

지중터널은 대부분 지하수위 하부에 위치하므로 지하수 처리문제는 터널의 장기운영에 있어 매우 중요하다. 배수형터널의 경우 수리기능이 원활하면 라이닝에 수압이 작용하지 않으나 장기 운영으로 인해 배수시스템의 열화가 진행되면서 라이닝 배면에 설계 시 고려하지 않았던 간극수압이 작용하게 되는데, 이를 잔류수압이라 한다. 잔류수압은 피에조미터로 그 측정이 가능하나 이는 라이닝 및 배수시스템을 훼손할 염려가 있어 부적합하기 때문에 라이닝을 손상시키지 않으면서 작용수압을 평가할 수 있고, 운영 중 라이닝의 건전도 평가(health monitoring) 시 수압상태의 파악이 가능한 비파피 예측기법이 요구된다. 본 논문에서는 이론적 및 수치해석적 방법을 사용하여 운영 중 터널에 작용하는 간극구압(잔류수압) 예측기법을 제시하였으며, 본 해석방법을 이용하면 비파괴 방법으로 라이닝에 작용하는 간극수압의 파악이 가능하다. 제안된 방법은 이론적 예측기법과 수치해석 결과인 정규화 간극수압 분포곡선과를 병용함으로써 터널 운영단계에서의 잔류수압에 대한 안정성 검토에 유용하게 활용될 수 있다. Control of ground water is one of the most important factors for long-term operation of tunnel because most of tunnel is located in the ground. In case of leakage tunnel, there is no pore water pressure on the lining when the drainage system is properly working. After long-term operation, however, the pore water pressure can be developed on the lining due to the deterioration of the drainage system. The increased pore water pressure on the lining is termed here as 'residual pore water pressure'. Residual pore water pressure can be measured by piezometer, but it is generally not allowed because of damages of drainage system. Therefore, an indirect and nondestructive method is required for evaluating the residual pore water pressure. Moreover, understanding of pore water pressure is needed during healthy operation of the lining. In this study, a new method for evaluation of pore water pressure on the lining during operation is proposed using theoretical and numerical analysis. It is shown that the method is particularly useful for stability investigation of pore water pressure on the lining during operation using theoretical analysis with normalized pore water pressure curve.

산사태 모형실험을 통한 강우강도 및 사면경사 변화와 간극수압과의 관계 연구: 편마암 풍화토를 대상으로

채병곤 ( Byung Gon Chae ),이성호 ( Seong Ho Lee ),송영석 ( Young Suk Song ),조용찬 ( Yong Chan Cho ),서용석 ( Yong Seok Seo ) 대한지질공학회 2007 지질공학 Vol.17 No.1

본 연구는 국내에서 산사태 발생빈도가 매우 높은 편마암 풍화토를 대상으로 산사태 모형실험장치를 이용하여 강우강도 및 사면경사에 따른 간극수압 변화의 관계를 파악하기 위하여 수행되었다. 본 연구에서는 강우강도와 사면경사의 변화에 따른 다양한 실험조건하에서 일정 시간 간격으로 간극수압, 사면붕괴양상 및 변위 등을 각각 측정하였다. 실험결과에 따르면, 강우강도에 따른 간극수압의 관계는 강우강도가 클수록 간극수압 증가시간이 빠르며, 모형 토조의 위치별 간극수압 증가시간도 사면 상부에서 가장 빠른 것으로 측정되었다. 이를 표준사를 이용한 실험결과(채병곤 외, 2006)와 비교해 볼 때, 편마암 풍화토는 강우의 침투속도가 표준사에 비해 느린 것을 알 수 있으며, 이로 인해 사면하부로의 강우 이동이 상대적으로 원활하지 않아 사면 상단부에서 간극수압의 증가가 빠른 것으로 해석된다. 한편, 간극수압의 증가는 사면의 경사가 작은 경우 먼저 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 현상 역시 편마암 풍화토의 느린 강우 침투속도에 기인하는 것으로 생각된다. This study was conducted to characterize on the relationships among rainfall intensity, slope angle and pore water pressure in the gneissic weathered soil by landslide laboratory flume tests. Under the several test conditions dependent on rainfall intensity and slope angle, the authors measured pore water pressure, failure and displacement of slope on a regular time interval. According to the test results, the increasing times of pore water pressures have direct proportional trends to the rainfall intensity. The pore water pressure was increased earlier at the head part of slope than the toe part. Compared with the test results of Chae et al(2006), the results of this study explain that the seepage velocity in the gneissic weathered soil is slower than that in the standard sands. It results in faster and earlier increase of pore water pressure at the head part of slope due to slow flow of water in the gneissic weathered soil. In case of the relationship between slope angle and pore water pressure, gentle slope angle has faster increase of pore water pressure than steeper slope angle. It is also thought to be due to slow seepage velocity and flow velocity in the gneissic weathered soil.

과압밀점토의 간극수압계수에 응력이력과 시간이력이 미치는 영향

김수삼,김병일,한상재,신현영 한국해안해양공학회 2002 한국해안해양공학회 논문집 Vol.14 No.4

본 연구에서는 응력이력과 시간이력이 과압밀 상태에서의 간극수압계수, A(Skempton, 1954)에 미치는 영향에 관하여 실험적으로 규명하였다. 응력경로 회전각, 과압밀비 및 접근길이로 정의되는 응력이력과 재하속도 이력 그리고 정지기간으로 정의되는 시간이력에 따른 간극수압계수(A)의 값과 변화 양상을 보았다. 응력경로 회전각에 따른 간극수압계수(A)는 그 값과 변화 경향에서 상이하게 나타났고, A의 값에 있어서는 과압밀비 의존성을 보였지만, 변화 양상에서는 의존성을 찾아 볼 수 없었다. 접근길이에 따른 간극수압계수(A)는 초기 미소 변형률 구간을 제외하고는 큰 영향을 받지 않았다. 또한, A의 값은 재하속도 이력에 영향을 받았지만, 변화 경향은 모두 동일하게 나타났다. 마지막으로 정지기간에 따른 과압밀점토의 간극수압계수, A는 정지기간의 유무에 따라 변화 경향과 값이 큰 차이를 보이다가 일정 축차응력 또는 변형률을 넘어서면 거의 유사한 값을 나타내었다. This study investigated the effects of stress and time history of overconsolidated clayey soils on pore pressure parameter, A. Laboratory tests were carried out under the conditions of both varying stress and time history. The stress history is classified into (i) rotation angle of stress path, (ii) overconsolidation ratio, and (iii) magnitude of length of recent stress path. The time history is divided into (i) loading rate of recent stress path and (ii) rest time. Pore pressure parameters are different both in the magnitude and trend with the rotation angle, depending on the magnitude of overconsolidation ratio but not in a trend. In addition, the pore pressure parameters have no effects on the magnitude of length of recent stress path except the level of initially small strain, while loading rates of recent stress path have effects on it. Finally, the pore pressure parameters of overconsolidated clays increase with the existence of the rest time, until either the deviator stress exceeds 70 kPa or the strain up to 0.1%.

다양한 진동하중의 액상화 시험을 통한 동적 과잉간극수압에 대한 상세분석

최재순,장서용,김수일 한국지진공학회 2007 한국지진공학회논문집 Vol.11 No.2

지진시 발생하는 지반 액상화 현상은 지진피해예측시 가장 중용하게 평가해야 하는 항목으로 실내에서 액상화 현상을 시뮬레이션하는 경우, 불규칙성의 지진을 제어하기 어려운 이유로 등가반복형태의 정현파 또는 쐐기파를 이용하는 것이 통상적이었다. 그러나, 90년대 이후 컴퓨터의 발달과 함께한 신호처리 및 제어기술의 급속한 발전은 동역학분야에서의 실험연구에 큰 도움을 주었으며 지반진동분야의 경우, 진동대 및 원심모형기와 같은 대형지진모의시험에서 실지진하중을 이용한 연구사례들이 증가되고 있는 실정이다. 국내에서도 실지진하중재하가 가능한 요소시험결과에 대한 연구사례가 발표되는 등 이에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 특히, 실지진하중 시험결과로부터 실지진하중하에서의 과잉간극수압의 변화가 정현하중시험에서의 결과와 큰 차이를 보이고 있다는 분석결과가 발표되어 현재까지 지반동역학분야에서 지진하중의 불규칙성을 크게 고려하지 않았던 통상적 가정사항들이 문제점으로 대두되어 관심을 집중시키고 있다. 본 연구에서는 등가의 정현파 및 쐐기파와 증가형태의 쐐기파, 그리고 실지진파 등 다양한 진동하중을 재하할 수 있는 삼축압축시험기를 이용하여 기존의 유효응력개념에서 사용하는 과잉간극수압관련 매개변수인 소성일, 전단소성 변형률 상각궤도, 그리고 액상화 상태전환선의 기울기를 비교분석하였으며 하중변화에 따른 토립자의 변형과 간극수압의 변화를 상세분석하였다. 연구결과, 토립자의 변형, 간극수의 동적흐름, 동적흐름 속도수두의 압력수두로의 전환, 그리고 과잉간극수압의 증가로 표현되는 새로운 개념의 액상화 발생이론을 제안하였으며 그 타당성 검토를 위해 과잉간극수압과 동적흐름의 압력수두(흐름속도의 제곱값)와의 상관관계를 비교하였다.었다. 석분슬러지의 SiO_2 함량이 낮음에도 불구하고 이와 같은 현상을 보이는 것은 그 입도가 매우 작기 때문에 시멘트계 재료와의 수열반응이 좀 더 원활하게 이루어지기 때문에 나타난 것으로 사료되며, 본 연구 결과 실험 실적으로는 기포 콘크리트의 원료로 규사를 석분슬러지로 대체하여 사용하는 것이 가능할 것으로 나타났다.見解), 병진행료교감화교주(幷進行了校勘和校註), 재가어료현토급국어주석(再加於了懸吐及國語注釋), 이기갱유조어정확지리해원문적본의(以期更有助於正確地理解原文的本意). 보고하는 바이다. 관련된 부작용(ADR)이 발생하지 않았다. 따라서 UDB는 본 임상연구 기준에서 포함하는 모든 병력의 만성 간질환에서 ALT 수치가 지속적으로 상승해 있는 경우 효과적이고도 안전하게 투여할 수 있는 제제로 생각된다. pH는 4.4이었으며 최적온도(最適溫度)는 30^{\circ}C이었다. 3. CHS-3 균주(菌株)의 specific growth rate는 0.23\;h^{-1}, generation time 은 3.01h이었다. 4. CHS -13균주(菌株)의 기질소비율(基質消費率)은 81%이었다. 5. CHS-13 균주(菌株)의 형태학적(形態學的) 배양학적(培養學的) 특성(特性)을 조사(調査)한 결과(結果) Candida guilliermondii var. guilliermondii 로 동정(同定)되었다. 6. CHS-13 균주(菌株)를 당화액(糖化液)에 배양(培養)시켰을 때 Lowry-protein 함량은 0.72\;mg/m{\ell} 이었으며 , yeast extract 첨가(添加)하여 배양시(培養時)는 yeast e In most experimental researches on the liquefaction phenomenon, an earthquake as a random vibration has been regraded as a sinusoidal wave or a triangular wave with an equivalent amplitude. Together with the development in the part of signal control and data acquisition, dynamic experimental equipments in the soil dynamics have also developed rapidly and further more, several real earthquakes have been simulated in the large model test such as shaking table tests and centrifuge tests. In Korea, several elementary laboratory tests to simulate the real earthquake load were performed. From these test results, it was reported that the sinusoidal wave cannot reliably reflect the soil dynamic behavior under the real earthquake motion. In this study, 4 types of dynamic motions such as the sinusoidal wave, the triangular wave, the incremental triangular wave and several real earthquake motions which were classified with shock-type and vibration-type were loaded to find something new to explain the change of the excess pore water pressure under the real earthquake load. Through the detailed investigation and comparison on all test results, it is found that the dynamic flow is generated by the soil plastic deformation and the velocity head of dynamic flow is changed the pressure head in the un-drained condition. It can be concluded that the change of the excess pore water pressure is related to the pressure head of dynamic flow. Lastly, a new hypothesis to explain such a liquefaction initiation phenomenon under the real earthquake load is also proposed and verified.

해저지반에서 계측된 잔류과잉간극수압에 대한 비교 연구

양순보(Soonbo Yang) 한국항해항만학회 2013 한국항해항만학회지 Vol.37 No.2

파랑과 해저지반 그리고 해안ㆍ해양 구조물과의 상호작용은 지반공학뿐만 아니라 해안공학 분야에서도 중요한 이슈중의 하나이며, 파랑에 의해 해저지반 내부에 발생하는 응력 및 간극수압 거동의 파악은 다양한 해안ㆍ해양 구조물의 기초 설계 및 해저ㆍ연안 지반의 불안정성 검토에 있어서 중요한 과제이다. 해저지반의 불안정에 대한 문제 중, 파랑에 의한 해저지반의 액상화는 기존의 연구를 통하여, 두개의 메커니즘이 존재한다는 것이 밝혀졌으며, 이는 각각 파랑에 의해 해저지반 내부에 발생하는 과잉간극수압의 변동 특성 및 잔류 특성에 따른 것이다. 본 연구에서는 일본 시코쿠 코치(高知)현에 위치하고 있는 코치항에서 채취한 토사에 대한 동적 특성을 고려하여, 파랑에 의해 해저지반 내부에 발생하는 침투류에 의한 잔류과잉간극수압에 대하여 해석을 하였으며, 더 나아가, 코치항에서 계측된 값과 비교ㆍ분석을 하였다. The interaction among wave, seabed and marine structure is an important issue in coastal engineering as well as geotechnical engineering. Understanding variations of stresses and pore water pressures generated in seabed induced by waves is important for civil engineers who have to design the foundation for various marine structures and verify the instability of seabed. In the matters on seabed instability, particularly, in the case of wave-induced liquefaction of seabed, it is turned out there are two different mechanisms through previous studies. These are caused by the transient or oscillatory nature and the residual or progressive nature of excess pore water pressure generated in seabed, respectively. In this study, it is analyzed dynamic characteristics of soils sampled in seabed around the port of Kochi, Japan, through the dynamic triaxial tests and the residual excess pore water pressure in the seabed induced by seepage force of wave. In addition, the calculated residual excess pore water pressures were compared with the field data observed in the port of Kochi.

강우시 토사사면내의 간극수압변화에 관한 실험적 고찰

정의중(Jeung Eujung),김홍택(Kim Hongtaek),장현익(Jang Hyunik),김경석(Kim Kyungsuk),강인규(Kang Inkyu) 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.1

본 연구는 강우시 토사사면의 침투거동 특성을 규명하기 위한 기초연구로서 강우재현장치를 활용하여 실내모형실험을 실시하여 유한사면내의 간극수압의 변화를 측정하였으며, 이를 바탕으로 강우지속시간에 따른 강우시 유한사면내의 침투거동 특성을 분석하였다. 분석결과 강우가 지속적으로 발생됨에 따라 사면내의 간극수압은 점차 증가하는 것을 알 수 있으며, 강우초기에는 사면 중앙부 표면에서 간극수압이 크고 강우가 점차 지속됨에 따라 사면내로 강우가 침투하여 사면붕괴 직전에는 사면내부의 간극수압이 크게 증가되는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 실시한 실내실험은 계측기의 민감도가 높고 조작이 용이하지 못하여 많은 실험결과를 얻지 못하였으며, 향후 다양한 사면경사에서의 유한사면에 대한 강우시 침투거동 특성에 대해 실험적 연구가 필요하다고 생각된다. In this research, model tests have been performed for researching the seepage characteristics in the finite soil slope during the rainfall using a manufactured rainfall simulator. On the basis of the results, it has been analyzed how to change the seepage characteristics due to the duration time of rainfall. We are found that the pore-water pressure was gradually increased as increasing the duration time of rainfall. Specially, at the beginning of rainfall, the pore-water pressure in the middle surface of slope was measured larger than any point. As increasing the duration time of rainfall, the pore-water pressure at the inner part of slope was increased greatly at the collapse due to infiltrating the pore-water within the slope. In the research, it was not easy to get various test results because measuring instruments are high sensitivity and difficult to handle. For the future, the model test results are needed for the various slope angle.

경사적 방파제의 간극수압 결정을 위한 수치해석

전인식,박현주,이달수 한국해안해양공학회 2002 한국해안해양공학회 논문집 Vol.14 No.2

경사식 방파제의 파동장 및 간극수압을 결정하기 위한 기존의 수치모델(박 등, 2002)을 개선하여 간극 수압의 예측성을 제고하기 위한 수치해석기법을 수립하였다. 내부 간극수압이 수치적 재현이 매우 어려운 전사면(前斜面) 비선형 파동장에 크게 의존함을 고려하여 본 수치해석에서는 수리실험을 통하여 前斜面 파압정보(진폭과 위상)를 도출, 수치해석에 입력하였다. 경계요소법을 이용하여 내부 파동장을 해석한 다음, 내부의 간극수압을 결정하였다. 기존의 계측결과와 비교한 결과, 계산치와 계측치의 일치 정도가 현저히 개선된 것으로 나타났다. An existing numerical model fo r determining the wave field and pore pressures inside rubble mound breakwater was reformulated here especially to enhance the predictability of interior pore pressures. The pore pressures strongly depend on the nonlinear wave field occurring along frontal slope which is very difficult to be numerically reproduced. In the present study, hence, the amplitude and phase informations of wave pressures along the frontal slope are obtained directly through a hydraulic model test and are incorporated into the numerical model. The interior wave field is analyzed by a boundary element method, and thereby the pore pressures are determined. It was found that the calculated pore pressures agreed quite well with experimental values.