탄성파의 매질 내 이동속도 산정방법 비교

김태식(Taesik Kim) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.5

탄성파는 지반 및 지반환경 관련 과업에서 다양한 형태로 활용되어 왔다. 일반적으로는 현장에서 탄성파 탐사를 수행하여 시추조사와 더불어 지반의 물성값을 평가하는 목적으로 사용되고 있으며, 지하공동의 위치파악 등에도 사용되고 있다. 환경복원이 필요한 버려진 부지에 매립된 유류 저장시설의 위치 파악 등 지반환경공학과 관련하여서도 탄성파의 활용은 활발히 이루어지고 있다. 또한 지반의 미소변형률 구간에서의 지반 거동 분석에도 탄성파를 활용하고 있다. 탄성파의 매질 내 이동속도가 주요 인자로서 활용되고 있는데, 이는 시간 영역과 주파수 영역에서 산정할 수 있다. 시간 영역에서의 탄성파의 이동속도 평가방법은 동일 위상을 갖는 특정한 점들의 시간차이를 분석하는 방법, 상호상관법을 활용한 방법으로 나뉠 수 있다. 주파수 영역에서의 탄성파의 이동속도는 진원과 수신점에서의 입력 파형과 수신파형의 위상 차이를 분석하여 산정할 수 있다. 본 연구에서는 시카고 지역에서 채취한 불교란 빙하퇴적 점성토 시료에 벤더 엘리먼트를 이용한 탄성파 시험을 실시, 동일한 탄성파에 대해 여러 가지 산정 방법을 적용하여 탄성파의 이동속도를 분석하였다. 시간영역에서 탄성파의 이동속도를 분석한 결과 데이터로거의 표본화 주파수에 영향을 크게 받는 것으로 분석되었으며, 신호에 포함되어있는 노이즈 및 수신파형의 요철 특성으로 인하여 같은 위상을 갖는 점을 정확히찾는 것은 불가능하였다. 상호상관법으로 분석한 경우도 입력 파형과 수신파형의 주기의 차이로 인해 탄성파의 정확한 이동속도를 산정하는 것은 불가능하였다. 주파수 영역에서의 이동속도 산정의 경우 영채우기를 통해 주파수 분해능을 개선시킬 수 있어 데이터로 거의 표본화 주파수에 영향을 받지 않았다. 과도파 사용으로 인한 지배주파수가 유일 값이 아닌 범위로 나타나는 단점이 있었으나, 지배주파수 범위 내의 탄성파의 이동속도의 범위는 시간 영역에서 산정한 값보다 정밀한 것으로 나타났다. In situ investigations and laboratory tests using elastic wave have become popular in geotechnical and geoenvironmental engineering. Propagation velocity of elastic wave is the key index to evaluate the ground characteristics. To evaluate this, various methods were used in both time domain and frequency domain. In time domain, the travel time can be found from the two points that have the same phase such as peaks or first rises. Cross-correlation can also be used in time domain by evaluating the time shift amount that makes the product of signals of input and received waveforms maximum. In frequency domain, wave propagation velocity can be evaluated by computing the phase differences between the source and received waves. In this study, wave propagation velocity evaluated by the methods listed above were compared. Bender element tests were conducted on the specimens cut from the undisturbed hand-cut block samples obtained from Block 37 excavation site in Chicago, IL, US. The evaluation methods in time domain provides relatively wide range of wave propagation velocities due to the noise in signals and the sampling frequency of data logger. Frequency domain approach provides relatively accurate wave propagation velocities and is irrelevant to the sampling frequency of data logger.

지반특성에 따른 지중 연성관의 거동특성

장용채(Chang Yongchai),김용휴(Kim Yonghyu),이승은(Lee Seungeun),박기철(Park Kichul),노진숙(No Jinsuk) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.4

표준사로 형성된 지반 10㎝아래에 연성관을 매설하여 각각의 상대밀도에서 지반거동에 따른 관의 변형을 관찰을 하였다. 지반보강 상태에서의 관의 거동을 파악하기 위하여 지오그리드를 매설관 하부에 설치한 후 각각 지반에서의 관의 변형을 관찰하였다. 관아래 지오그리드를 설치한 후 보강된 지반의 관 변형형태를 관찰하였다. 지오그리드로 보강한 지반은 수직하중이 높아질수록 보강재에 인장력이 형성되어 보강유무에 따른 동일한 수직하중에서 침하가 감소하였다. 상대밀도 100%지반과 70%지반 변형분포가 차이가 나타났다. 보강 70%지반에서는 최종침하 100㎜일 때 무보강 100%지반의 최종침하에서의 지반반력에 가깝게 수렴 하였다. 매설관의 하부 변형 형태에서도 무보강 100%지반의 매설관 변형 형태와 유사한 것으로 보아 연약지반에서 지오그리드의 보강효과가 기대된다. A flexible pipe was buried 10cm below the ground formed with standard sand to observe changes in the shape of the pipe according to the behavior of ground at each relative density. Changes in the shape of the pipe in each ground were observed to examine the behavior of the pipe under the state of reinforced ground after installing geogrid under the pipe. Ground reinforced using geogrid formed tensile force on the reinforcement material with increase in the vertical load and showed reduction in settlement under identical vertical load with existence of reinforcement. Distributions of ground deformation of 100% relative density and 70% relative density had clear difference. Reinforced ground with 70% density converged to the ground reaction of final settlement of non-reinforced ground with 100% density at final settlement of 100 mm. Because the shape of lower part strain of the buried pipe is similar to that of un-reinforced ground with relative density of 100%, reinforcement effect by geogrid in soft ground can be anticipated.

지중에 설치된 가열관에 의한 실트질모래 지반의 열확산 해석

박민철(Mincheol Park),이금성(Kumsung Lee),장재호(Jaeho Jang),한희수(Heuisoo Han) 한국지반환경공학회 2013 한국지반환경공학회논문집 Vol.14 No.5

본 연구에서는 지반의 열적거동을 해석하기 위해 선형열원모델, 상용프로그램(Temp/W) 및 현장 가열실험을 수행하여 지반의 열적거동을 파악한 후 그 결과를 비교하였다. 현장실험결과, 선형열원모델 방정식과 상용프로그램 해석결과가 유사하였으며 분석 결과, 모든 결과치가 유사한 로그형 거동을 보였다. 가열현장의 경우 지속적인 수증기 배출현상이 발생하였고, 3일간 지속가열 후 온도 증가범위가 가열관의 반경 1m 정도까지 확대되는 것을 확인할 수 있었다. 굴착을 통해 지반가열범위를 육안으로 판단한 결과 심도에 상관없이 직경 20cm 지점까지는 완전 건조 소결된 것으로 나타났으며, 가열이 지반의 말뚝효과를 유발하여 연약지반개량에 효율적으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 지반가열로 인해 발생한 수증기가 상부로만 배출되고, 열이 상대적으로 횡방향으로 많이 전달되는 것을 현장실험으로도 확인할 수 있었다. Three different mechanisms : line source model, commercial program(Temp/W) and filed test were used to analyse the thermal behavior of soil in this study. The results of in-site test were similar to line source model and program, the resulted graph showed log pattern curves. After 3 days of soil heating, the vapor emission was continuous with increased range of temperature whose radius is about 1m. The ground was excavated to examine with naked eyes where about 20cm range from pipe heater was completely sintered. Therefore, the soil heating through pipe in ground could be used to soil improvement successfully. In addition, the vapor caused by soil heating was emitted to upward and the most heat was transferred to horizontal direction.

탄소섬유 배합비에 따른 전도성 그라우트 재료의 주입특성평가

최효준,조완제,허형석,방태완,윤찬영 한국지반환경공학회 2023 한국지반환경공학회논문집 Vol.24 No.1

The grouting method is a method of construction for the purpose of waterproofing and reinforcing soft ground. When grout is injected into the ground, there are various types of penetration and diffusion of grout depending on the shape of the ground, the size of soil, the porosity, and the presence or absence of groundwater. the current situation. Therefore, in this study, to investigate the penetration performance of the grouting to conductive material, laboratory tests were performed on the addition of the conductive material. In the injection test, 0%, 3%, and 5% of the mixed water were added as conductive materials to the grout, and the original ground condition was composed of various types of ground composed of gravel and silica sand. Conductive grout is injected by pressure into the model ground using a dedicated injection device, and the injection time (t), pressure (p), flow rate (v) and injection amount (q) are measured, and the hardened body injected in the model ground is collected. Penetration performance was evaluated. In the results of the grout injection experiment, the amount of conductive material used and the grout injection rate showed an inverse relationship, and it was confirmed that the penetration pattern was changed according to the size of the soil particles in the model ground. The grout containing the conductive material has relatively good penetration into the ground and excellent strength and durability of the hardened body, so it was judged that it could be used as an additive for measuring the penetration range of the grout. 그라우팅 공법은 연약지반의 차수 및 보강을 목적으로 시공되는 공법이다. 그라우트가 지반 내에 주입될 때, 지반을 구성하는 지반의 형태, 토립자의 크기, 공극율 및 지하수의 유무에 따라 그라우트가 침투 및 확산하는 형태가 다양하게 나타나고 있으나, 그라우팅 설계 시에는 이러한 요인을 적용하기 어려운 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 전도성 재료를 함유한 그라우트를 지반 내로 주입하는데 있어서 전도성 재료 첨가에 따른 그라우트의 침투 성능을 파악하기 위하여 실내시험을 수행하였다. 주입시험에서는 전도성 재료를 혼합수의 0%, 3% 및 5%를 그라우트에 첨가하고, 원지반 조건을 자갈과 규사로 구성된 다양한 지반으로 조성하였다. 전도성 그라우트는 전용주입장치를 사용하여 모형지반 내로 압력에 의해 주입되면서 주입시간(t), 압력(p), 유속(v) 및 주입량(q)를 계측하고, 모형지반 내 주입된 경화체를 채취하여 침투성능을 평가하였다. 그라우트 주입실험 결과에서는 전도성 재료의 사용량과 그라우트 주입율은 역의 관계를 나타내었으며, 모형지반 토립자 크기에 따라 침투형태가 변화되는 것을 확인하였다. 전도성 재료를 함유한 그라우트는 지반 내 침투가 비교적 양호하고 경화체의 강도 및 내구성이 우수하여 그라우트의 침투범위 측정을 위한 첨가제로 사용하는 것이 가능하다고 판단하였다.

인공신경망을 기반으로 한 C.G.S 공법의 개량효과 예측시스템 개발

김정훈(Jeonghoon Kim),홍종욱(Jongouk Hong),변요셉(Yoseph Byun),정의엽(Euiyoup Jung),서석현(Seokhyun Seo),천병식(Byungsik Chun) 한국지반환경공학회 2013 한국지반환경공학회논문집 Vol.14 No.9

본 연구는 C.G.S공법 적용 지반을 설치 직경, 설치 간격, 면적 치환율, 지반강성에 따른 모델링을 실시함으로써 주변 지반의 거동을 파악하고자 하였고, 인공신경망의 매개변수 연구를 통해 본 연구에 가장 적합한 인공신경망 모델을 선정하여 수치해석과 인공신경망 연계를 통한 인공신경망 예측 모델을 개발하였다. 그 결과, C.G.S 말뚝 침하량 및 지반 침하량은 직경, 설치 간격, 면적 치환율, 지반강성 별로 일치하여 하나의 곡선으로 나타났으며, 이는 C.G.S 공법 적용 지반의 거동양상이 일정한 형태로 나타남을 의미하는 것으로, 이러한 결과를 바탕으로 3차원 거동에 대한 인공신경망 학습이 가능한 것으로 파악되었다. 인공신경망의 내적인자 연구 결과, 은닉층 뉴런수 10개, 모멘텀 상수 0.2, 학습률의 경우 0.2를 사용할 경우 입력과 출력간의 관계가 적절히 표현되는 것으로 나타났다. 이러한 인공신경망 모델의 최적구조를 이용하여 C.G.S 공법의 지반 거동을 평가한 결과는 결정계수 값이 C.G.S 말뚝 침하의 경우는 0.8737, 지반 침하의 경우는 0.7339, 지반 융기의 경우는 0.7212로 나타나 충분한 신뢰도를 보이고 있음을 알 수 있었다. In this study installation diameter, interval, area replacement ratio and ground hardness of applicable ground in C.G.S method should be mastered through surrounding ground by conducting modeling. Optimum artificial neural network was selected through the study of the parameter of artificial neural network and prediction model was developed by the relationship with numerical analysis and artificial neural network. As this result, C.G.S pile settlement and ground settlement were found to be equal in terms of diameter, interval, area replacement ratio and ground hardness, presented in a single curve, which means that the behavior pattern of applied ground in C.G.S method was presented as some form, and based on such a result, learning the artificial neural network for 3D behavior was found to be possible. As the study results of artificial neural network internal factor, when using the number of neural in hidden layer 10, momentum constant 0.2 and learning rate 0.2, relationship between input and output was expressed properly. As a result of evaluating the ground behavior of C.G.S method which was applied to using such optimum structure of artificial neural network model, is that determination coefficient in case of C.G.S pile settlement was 0.8737, in case of ground settlement was 0.7339 and in case of ground heaving was 0.7212, sufficient reliability was known.

표준관입저항치와 정적콘관입저항치의 상관성에 관한 연구-영동지역의 연약지반을 중심으로-

김지남,박흥규 한국지반환경공학회 2006 한국지반환경공학회논문집 Vol.7 No.5

We have conducted standard penetration tests and static cone penetration tests that are widely used the land base examination on the soft ground subsurface of Yongdong area, and examined the correlation between them. We have also made a comparative analysis of the correlation between the indoor tests on the materials collected on the site and on-the-spot penetration tests. The results are as follows : The relationship between Standard Penetration Test N-value and Dutch Cone Tset show 1.93N+0.29 for organic soil, 2.19N+0.20 for clay, 2.34N+1.06 for silt, 3.02N+0.54 for silty sand, and 3.47N +0.46 for sand. In this case of sand/N increases when the soil particles are larger. The relationship between standard penetration test N-value and Unconfined Compression Strength show = 0.11N+0.03 for organic soil, = 0.11N+0.25 for clay, and = 0.18N-0.03 for silt. 현장 지반조사시 널리 사용되고 있는 표준관입시험과 정적콘관입시험을 행하여 상관관계를 구하고 현장에서 채취한 시료를 실내시험을 행하여 현장관입시험과의 상관성에 관하여 비교 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 표준관입시험의 N값과 Dutch Cone Test의 의 관계는 유기질토 지반에서는=1.93N+0.29, 점토지반은 =2.19N+0.20, 실트지반은 =2.34N+1.06으로 나타났고, 사질토층의 경우 실트질모래지반은 =3.02N+0.54, 모래지반은 =3.47N+0.46 으로 나타났으며, 입자가 큰 토층일수록 /N값이 증가하였다. 표준관입시험의 N값과 일축압축강도 의 관계는 유기질토는= 0.11N+0.03, 점토는 = 0.11N +0.25, 실트는 = 0.18N-0.03으로 나타났다.

역해석을 이용한 지반 강성 산정 및 굴착 지지벽체의 변형 평가

김태식(Taesik Kim),정영훈(Young-Hoon Jung) 한국지반환경공학회 2020 한국지반환경공학회논문집 Vol.21 No.12

인천에 위치한 OO 깊은 굴착 현장을 대상으로 굴착에 따른 지반 물성값의 변화를 역해석을 통해 분석하였다. 굴착 단계별로 유한 요소 해석을 통해 예측한 굴착 지지 벽체의 수평방향 변위와 현장에서 지중경사계를 이용하여 계측한 값을 비교하여 지반의 강성을 업데이트하였다. 업데이트한 지반의 강성을 다음 굴착 단계에서 굴착 지지 벽체의 거동 예측에 사용하였다. Hardening Soil 모델을 이용한 유한요소해석 기법을 사용하였으며, 굴착 지지 벽체가 위치하는 지층을 역해석 대상 지층으로 선정하였고, 그 지층의 강성값을 역해석 대상으로 선정하였다. 굴착 초기 단계의 지반의 강성값은 당초 설계에서 사용한 강성값에 비해 큰 것으로 나타났다. 굴착이 진행됨에 따라 재역해석을 통해 산정한 지반의 강성값은 초기에 역해석으로 도출한 값에 비해 감소한 것으로 나타났다. 따라서, 굴착 단계에 따라 적절한 지반의 강성값을 입력해야 유한 요소 해석을 통해 정확한 굴착 지지 벽체의 변형을 산정할 수 있을 것으로 판단한다. In this study, the evolution of soil engineering property values according to excavation was analyzed through the inverse analysis for the OO deep excavation site located in Incheon. The stiffness of the ground was updated by comparing the horizontal wall deformation of the excavation support wall calculated by the finite element analysis at each stage of excavation and the value measured using an inclinometer. The updated stiffness was used to predict the response of the excavation support wall in the next excavation step. The finite element analysis method using the Hardening Soil model was used, and the stratum where the excavation support wall is located was selected as the stratum for the inverse analysis. The inverse analysis results showed that the stiffness value at the stiffness value at the initial stage of excavation is larger than the stiffness used in the original design. As the excavation proceeds, the stiffness calculated through the second inverse analysis was found to decrease compared to the value derived by the first inverse analysis. Therefore, it can be stated that the deformation of the excavation support wall can be accurately calculated through finite element analysis when an appropriate stiffness value is input according to the excavation stage.

현장 계측 결과와 시공단계를 고려한 역해석기법을 이용한 연약지반의 특성값 재산정에 관한 연구

이규진,윤형석,이상조 한국지반환경공학회 2006 한국지반환경공학회논문집 Vol.7 No.5

A primary factor affecting on the design of soft ground is to determine the soil properties (Compression index, Coefficient of consolidation) and the depth of soft ground. It could be the basic sources to estimate settlement behavior of soft ground. Even though the reliable soil examination equipment was used to examine soil to determine the depth of soft ground, it's very hard to find out the accurate properties of soft ground, because the condition of indoor experiment cannot reproduce the circumstances of ground perfectly. Therefore, this study was re-estimated to find out the most reliable soil properties by using back-analysis with field monitoring data of "Site preparation for Airplane Mooring of Incheon International Airport Phase II Development" for 317days. 연약지반 설계시 영향을 미치는 주요 요인으로는 연약지반의 심도 및 지반의 특성값(압축지수, 압밀계수)을 결정하는 것이다. 이것은 연약지반의 설계시 지반의 침하거동을 예측할 수 있는 기초 자료가 된다. 신뢰성이 높은 지반조사 장비로 연약층의 심도를 결정하였더라도, 연약지반의 역학적 특성을 찾기 위한 실내시험 조건이 실제 지반환경을 완벽하게 재현하지 못하기 때문에 정확한 지반 특성값을 결정하는 것은 상당히 어려운 것이 현실이다. 따라서, 본 연구에서는 가장 신뢰성 있는 지반 특성값을 재산정하기 위해 인천국제공항 2단계 여객계류장 부지조성시의 317일간의 현장 계측데이터를 역해석 기법을 이용하여 지반의 특성값을 재산정하였다.

지중관로 매설 밀집도에 따른 지반함몰 발생 상관 분석

김진영(Jinyoung Kim),강재모(Jaemo Kang),최창호(Changho Choi) 한국지반환경공학회 2021 한국지반환경공학회논문집 Vol.22 No.11

최근 도심지를 중심으로 지반함몰이 꾸준하게 발생되고 있어 시민들의 안전을 위협하고 있다. 도로 하부에는 상수관로, 하수도관로, 통신관로 등 각종 지하 시설물이 매설되어 있다. 이러한 지하시설물의 노후화와 지하 난개발로 인해 지반함몰의 원인으로 작용하고 있다. 기존 관로의 노후도에 따라 지반함몰 발생 위험도를 분석된 결과가 있지만 지반 교란상태를 나타내는 관로의 밀집도를 활용한 지반 함몰 위험도를 분석한 결과는 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 서울시의 대표 지하 관로 6종 데이터를 활용하여 지하공간의 밀집도를 분석하여 지반함몰과 상관성이 있는지에 대한 연구를 수행하였다. 그 결과 지반함몰 발생 지역에서는 지하 시설물의 밀집도가 높은 것으로 나타나 지반함몰에 관로의 밀집도가 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. Recently, ground subsidence has been steadily occurring mainly in downtown areas, threatening the safety of citizens. Under the road, various underground facilities such as water supply pipe, sewage pipe, and communication pipe are buried. Due to the aging of these underground facilities and the reckless development of the underground, it is acting as a cause of ground subsidence. Although there is a result of analyzing the risk of ground subsidence according to the deterioration of the existing pipeline, there is no result of analyzing the risk of ground subsidence using the density of pipelines indicating ground disturbance. Therefore, in this study, the density of the underground space was analyzed using the data of six types of representative underground pipelines in Seoul, and a study was conducted on whether there is a correlation with the ground subsidence. As a result, it was found that the density of underground facilities is high in the area where the ground subsidence occurred, indicating that the density of pipelines have an effect on the ground subsidence.

유기산계 지반개량재를 혼합한 점토의 강도 특성에 관한 실험적 연구

임소영(Soyeong Im),천병식(Byungsik Chun) 한국지반환경공학회 2013 한국지반환경공학회논문집 Vol.14 No.8

본 연구에서는 저에너지, 친환경적인 방법의 지반개량을 목적으로 하는 유기산재의 지반개량재로서의 강도특성을 모색하였다. 이에 유기산재를 활용하여 재령 28일까지의 일축압축강도시험 및 삼축압축시험을 통한 흙의 강도 변화에 대해 분석하였다. 유기산 재료를 첨가한 점토의 강도는 재령이 길어질수록, 유기산재 혼합비가 커질수록 전반적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 유기산계 지반개량재 혼합에 따른 점토의 강도 증진 효과를 파악하는데 있어서, 일축압축강도시험과 삼축압축시험 결과를 통해 유기산재가 지반개량재로 쓰였을 때 가져오는 강도 증대효과가 있다는 것을 알 수 있었다. 결과적으로, 실내시험을 통해 지반개량에 있어 유기산계 지반개량재의 활용가능성을 볼 수 있었다. 향후 세부적인 시험과 현장시험이 좀 더 명확한 강도증진을 규명하는데 도움이 될 것으로 판단된다. In this study, it was examined a strength characteristic of organic acid material that is eco-friendly and low energy as a soil improving material. The object of this study is to analysis of strength changes with observing the clay mixed organic acid material through the unconfined compression strength test and triaxial compression test during 28 days. As a result of the tests, the strength of clay mixed organic acid material is increased when the more ages are prolonged, the more organic acid material mixture ratio growed. Therefore, in grasping the strength improvement effects of clay by organic acid material mixing, it confirmed that organic acid material as soil improving material is effective through unconfined compression strength test and triaxial compression test. Through this test, the definite strength increase is confirmed according to the mixture of the organic acid material and the possibility of soil improvement is also confirmed based on this result. From now on, detailed examination and field test will help closely to definite strength characteristics.