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표제지

요지

목차

제1장 서론 10

1.1. 연구배경 및 목적 10

1.2. 연구내용 및 방법 12

제2장 이론적 배경 13

2.1. 흙막이벽의 종류 13

2.1.1. 강성벽체와 연성벽체의 구분 13

2.1.2. 벽체의 강성에 따른 지반거동 14

2.2. 아칭효과 16

2.3. 변형구속법(CCM, Convergence Confinement Method) 19

2.3.1. 변형구속법의 개요 19

2.3.2. 변형구속법의 3대 요소 22

2.4. 탄소성 해석법 26

2.4.1. 응력이론 26

2.4.2. 변형이론 30

제3장 강성벽체에 작용하는 예측토압 33

3.1. 토압산정 개요 33

3.2. 변형구속법에 의한 토압산정 36

3.2.1. 평형토압산정식의 유도 36

3.2.2. 평형토압의 산정 38

제4장 실내모형실험 41

4.1. 실내모형실험 개요 41

4.1.1. 모형실험장치 41

4.1.2. 실험방법 및 모형지반 44

4.2. 계측 변형률의 토압환산방법 46

4.3. 실험결과 분석 및 고찰 48

4.3.1. 굴착단계별 변형률 분포 48

4.3.2. 굴착단계별 토압 분포 50

4.3.3. 초기변위에 따른 평형토압의 비교 52

제5장 결론 55

참고문헌 57

ABSTRACT 63

감사의글 65

표목차

표 2.1. 토류형식 비교 14

표 3.1. 토압 산정에 사용된 지반 물성치 39

표 3.2. 토압 산정에 사용된 모형벽체 물성치 39

표 3.3. 평형토압과 정지토압, 주동토압의 비교 39

표 4.1. 모형지반 사용모래의 특성 46

표 4.2. 예측변형률 산정결과 49

표 4.3. 예측변형률과 굴착시 각 단의 계측변형률의 비교 49

표 4.4. 예측평형토압과 굴착시 각 단의 계측토압의 비교 51

표 4.5. 계측토압, 정지토압, 주동토압, 평형토압 비교 52

표 4.6. 각 단의 반경방향 최종변위 53

표 4.7. 초기변위를 고려한 평형토압 54

그림목차

그림 2.1. 연성벽체와 강성벽체의 구분 13

그림 2.2. 벽체의 강성과 지반조건에 따른 인접지반 거동현상 (오정환, 1999) 15

그림 2.3. 아칭효과에 의한 응력 재분배 (신영완, 2004) 17

그림 2.4. 원형공동에 의한 아칭효과 (Fara 등, 1963) 18

그림 2.5. 암반에 굴착된 원형터널 (Carranza 등, 2000) 20

그림 2.6. 터널 굴착시의 아칭효과 (Carranza 등, 2000) 21

그림 2.7. 터널막장의 굴진에 따른 지보재에 작용되는 압력의 변화양상 (Carranza 등, 2000) 21

그림 2.8. 변형구속법의 개요 (Carranza 등, 2000) 23

그림 2.9. 터널의 탄소성 이론 (Hoek 등, 1980) 27

그림 2.10. 암석의 파괴로 인한 체적팽창 (이인모, 2001) 31

그림 3.1. 중력의 영향을 고려한 변형구속법에 의한 원형수직구 토압 (Wong 등, 1988) 34

그림 3.2. 지반 및 벽체 반응곡선 (Ladayni, 1974) 35

그림 3.3. 변형구속법 개념도 (Duncan Fama, 1993) 35

그림 3.4. 원형 벽체 (Hoek, 2000) 36

그림 3.5. 평형토압과 정지토압, 주동토압의 비교 40

그림 4.1. 모형토조전경 42

그림 4.2. 피스톤 작동 43

그림 4.3. 토조하부의 유압장치 및 모래배출장치 43

그림 4.4. 변형률 게이지의 부착 및 계측 44

그림 4.5. 모형지반조성 전경 45

그림 4.6. 모형지반의 입도분포 곡선 45

그림 4.7. 균등한 압력을 안과 밖에서 받는 원형실린더 47

그림 4.8. 굴착에 따른 변형률 변화 49

그림 4.9. 굴착에 따른 토압변화 51

초록보기

현재 수직구의 설계에서 흙막이벽체에 작용하는 토압은 정지 또는 주동토압이 주로 적용되고 있다. 그러나 기존의 여러 연구자들은 수직구의 원통형벽체에 작용하는 토압은 응력이완에 의한 굴착면의 변위발생과 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 주동토압 보다 작은 토압이 작용할 것이라고 지적하였다. 또한 기존의 원형수직구 흙막이벽에 대한 대부분의 연구는 엄지말뚝과 토류벽콘크리트와 같은 연성벽체에 대한 것으로 Diaphragm wall과 같은 강성벽체에 대한 연구는 거의 전무하다. 강성벽체의 경우는 시공방법이나 벽체변위가 연성벽체의 경우와 다르기 때문에 작용하는 토압도 다를 것으로 예상된다.

따라서 본 연구에서는 사질토 지반의 원형수직구에 설치된 강성흙막이 벽에 작용하는 토압을 연구하기 위하여 변형구속법을 이용하여 산정한 깊이별 토압과 원형수직구에 설치된 강성흙막이벽을 모사한 실내모형실험을 수행하여 계측된 변형률로 토압을 환산하여 이를 비교ㆍ분석하였다.

실내모형실험을 통하여 굴착순서에 따른 변형률 변화, 토압분포를 확인한 결과, 변형구속법에 의한 토압분포는 계측값과는 전반적으로 일치하였고, 정지토압의 약 85%, 주동토압의 약 140% 정도의 값을 나타내었다. 또한 변형률 및 토압은 최종 5단 굴착시 급격히 감소하는 양상을 보였는데 이는 하부 미굴착 지반의 지지에 의해 벽체 하부에 작용하는 토압이 작아지는 것에서 기인한 것으로 판단되었다.

결과적으로 제안된 평형토압을 적용함으로써 원형수직구에 설치되는 강성벽체(Diaphragm wall) 설계시 주로 사용되는 정지토압보다는 경제적인 설계가 될 수 있으며, 주동토압을 적용하는 것은 불안전한 설계를 초래할 수 있음을 확인할 수 있었다. 그러나 벽체 하단의 토압감소효과는 고려하지 못하는 것으로 나타났다.

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