횡방향 전단파괴면 발생에 따른 쏘일네일의 거동
Behavior of Soil Nail Induced by the Development of Transversal Shear Failure Surface
초록/요약
쏘일네일 보강 지반이 활동 파괴되어 쏘일네일에 전단변형이 발생하면 쏘일네일 주변지반에는 수동토압이 유발되고, 전단변형의 증가는 주변지반의 토압 변화와 쏘일네일의 변형 및 부재력 변화를 야기한다. 본 연구에서는 횡방향 전단 파괴면 발생에 따른 쏘일네일의 거동을 규명하기 위해 대형 직접전단시험기를 이용하여 전단면에서 이격된 쏘일네일의 정착부 길이(6D, 8D, 10D, 12D)를 변수로 전단시험을 실시하였다(D, 그라우트의 직경).쏘일네일의 수직방향으로 전단변형을 유발하면서 쏘일네일의 응력과 전면 지반 내 토압의 변화경향을 실험적으로 분석하였으며, 그 결과를 수치해석을 통해 검증하였다. 모형시험 결과 쏘일네일 보강으로 인해 모형지반의 전단 저항력과 주변지반의 토압이 현저히 증가하였다. 전단면에서 쏘일네일이 회전하는 변형을 보이므로 주변지반의 토압분포가 변화하였으며, 토압은 전단면을 중심으로 4D 이내의 범위에서 토압이 집중되었다. 쏘일네일의 부재력은 10D 이상의 길이에서 일정한 값으로 수렴하였으며, 축력 및 전단력 분포는 전단면을 기준으로 대칭이고, 휨 모멘트는 점대칭의 형태를 보였다. 또한 모형시험에서는 그라우트의 손상으로 인해 60mm 이상의 변위에서 변형률이 급격히 증가하는 경향을 보였다. 모형시험과의 비교․검증을 위해 실시한 수치해석결과 토압 및 부재력 변화는 모형시험과 유사한 경향을 보였으며, 기존 연구에서 최대토압이 전단면에서 발생한다고 제시한 것과는 달리 본 시험조건에서는 쏘일네일의 변형으로 인해 최대토압의 위치가 전단면에서 0.15m 이격된 위치에서 집중되는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 분석된 전이길이는 0.2m로 Schlosser(1982)가 제시한 0.1m와는 분명한 차이가 있으며, 전단 영향범위는 전이길이의 3배인 0.6m로 분석되어 전단에 대한 영향범위를 확대하여 적용할 필요가 있을 것으로 판단된다.
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요 약 문 ⅰ
그림목차 ⅴ
표 목 차 ⅷ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 동향 2
1.3 연구목적 및 필요성 4
1.4 연구내용 및 범위 5
제 2 장 이론적 배경 6
2.1 개요 6
2.1.1 쏘일네일 공법 6
2.1.2 쏘일네일 공법의 발전 7
2.2 쏘일네일의 메커니즘과 거동특성 9
2.2.1 구조적인 거동원리 9
2.2.2 쏘일네일 보강지반의 특성 12
2.2.3 흙과 네일의 상호작용 13
2.2.4 쏘일네일의 인발저항 16
2.2.5 전단에 의한 쏘일네일의 거동 21
2.2.6 전단에 의한 쏘일네일 주변지반의 상호작용 27
2.3 쏘일네일의 설계방법 30
제 3 장 모형시험 35
3.1 개요 35
3.2 시험 변수 36
3.2.1 모형지반 및 응력 조건 36
3.2.2 쏘일네일 재료 및 규격 37
3.2.3 모형시험 변수 38
3.3 모형지반 39
3.3.1 모형지반의 물리적 특성 39
3.3.2 모형지반의 역학적 특성 40
3.3.3 모형지반의 기본물성 산정결과 41
3.4 모형 시험기 41
3.5 쏘일네일 시험체 45
3.6 계측 시스템 48
3.7 시험 수행방법 49
제 4 장 모형시험 결과 51
4.1 개요 51
4.2 모형지반의 전단거동 51
4.3 쏘일네일 보강지반의 전단거동 52
4.4 모형지반에서 전단면 주변지반의 토압 54
4.5 쏘일네일 보강지반에서 전단면 주변지반의 토압 55
4.6 쏘일네일 부재력 변화 57
4.7 쏘일네일 변형형상 64
4.8 모형시험 결과 및 고찰 68
제 5 장 수치해석 및 분석 71
5.1 개요 71
5.2 비선형 수치해석 72
5.2.1 수치해석의 정의 72
5.2.2 수치해석의 종류 72
5.2.3 비선형해석 방법 74
5.3 Abaqus 프로그램 개요 76
5.4 전단변형을 고려한 수치해석 78
5.4.1 수치해석 개요 78
5.4.2 모형지반에 대한 예비 수치해석 79
5.4.3 쏘일네일 보강지반에 대한 예비 수치해석 82
5.5 비선형 수치해석 결과 87
5.5.1 전단변형에 따른 쏘일네일의 변형 87
5.5.2 전단변형에 따른 보강 지반의 전단력 변화 89
5.5.3 전단변형에 따른 주변지반의 토압 변화 90
5.5.4 전단변형에 따른 쏘일네일의 부재력 변화 91
5.5.5 정착부 길이변화에 따른 쏘일네일의 거동특성 95
5.6 모형시험과 비교․분석 및 고찰 97
제 6 장 결 론 101
참고문헌 104
부록 110
Abstract 127
