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Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering

Volume 150, Issue 2 (February 2024) / https://ascelibrary.org/toc/jggefk/150/2

구태서

건국대학교

tsku@konkuk.ac.kr

논문집 개요 소개

논문집 개요 소개 | 2023년 12월 제 39권 12호

지반-기초말뚝 상호작용을 고려한 응답스팩트럼의 적용 한계가속도

신종영 (정회원, 롯데건설 기술연구원 토목기술연구팀 사원)

송수민 (정회원, 연세대학교 건설환경공학과 박사과정)

정상섬 (정회원, 연세대학교 건설환경공학과 교수, soj9081@yonsei.ac.kr)

본 연구에서는 입력가속도의 한계 범위를 흙의 상대밀도, 지하수위, 지반 조건을 고려하여 시간이력해석과 응답스펙트럼해석 으로 분석하였다. 시간이력해석은 FLAC3D로 응답스펙트럼해석은 FB-Multipier를 이용하여 여러 지반 조건에 대한 수치해석을 실시하였다. 말뚝 주변 지반은 탄소성 물질로 가정하였다. FLAC3D 해석의 주변 지반은 Mohr-Coulomb과 Finn 모델로 설정하였고, FB-Multiplier 해석은 비선형 p-y 곡선을 이용하여 해석하였다. 비선형 지반 거동을 갖는 가속도의 한계범위는 주변 지반의 상대밀도에 비례함을 보였다. 해석 결과 SP soil이 SM soil보다 지반의 가속도의 한계범위가 훨씬 크고 지하수위는 지반조건에 관계없이 입력가속도의 한계범위를 감소시키는 경향이 있음을 알 수 있다. 또한 가속도의 한계 범위는 주로 전단탄성계수의 영향을 받는 것으로 나타났다.

함수비에 따른 토양의 다짐도와 경도의 관계를 이용한 철항의 인발저항력 예측 연구

최인혁 (정회원, 한양대학교 대학원 건설환경시스템공학과 박사과정)

허기석 (정회원, 한양대학교 대학원 건설환경시스템공학과 박사과정)

이진영 (정회원, 한양대학교 대학원 건설환경시스템공학과 박사과정)

곽동엽 (정회원, 한양대학교 ERICA 공학대학 건설환경공학과 부교수, dkwak@hanyang.ac.kr)

농림축산식품부는 강풍에 의한 비닐하우스의 인발파괴에 대응하기 위해 30년 빈도의 풍속에 대비할 수 있는 내재해형 비닐하우스 설계 기준을 고시하였다. 하지만 여전히 많은 비닐하우스가 기존 규격시설인 농가 보급·지도형으로 유지 및 신설되고 있다. 농가 보급·지도형 비닐하우스에는 인발파괴에 저항하기 위한 보강 수단으로 소형말뚝 종류 중 하나인 철항이 사용된다. 철항의 인발저항력은 토양의 환경과 철항의 관입 형태에 따라 변화한다. 이번 연구에서는 양토와 사양토에 설치되는 철항의 인발저항력을 토양경도계를 사용하여 유추할 수 있는 상관관계를 제시하였다. 토양의 환경인 함수비와 다짐도에 따른 철항의 인발저항력을 유추하기 위해 흙의 다짐시험과 모형토조시험, 현장시험을 수행하였다. 흙의 다짐도를 간단하게 확인할 수 있는 토양경도계를 사용하여 다짐도를 측정하였으며, 이를 이용하여 흙의 다짐시험과 모형토조의 다짐도에 대한 상관관계를 분석하였다. 또한, 모형토조에서의 철항의 인발저항력으로 현장에서의 인발저항력을 추정하는 상관관계를 제시하였다. 이번 논문의 결과는 환경 변화에 따른 철항의 관입 형태별 인발저항력의 예측에 활용될 것으로 기대된다.

인공신경망을 활용한 동적 물성치 산정 연구

민대홍 (정회원, 대전대학교 재난안전공학과 박사과정)

김영석 (정회원, 한국건설기술연구원 북방인프라특화팀 선임연구위원)

김세원 (정회원, 한국건설기술연구원 지반연구본부 연구원)

최현준 (정회원, 한국건설기술연구원 북방인프라특화팀 수석연구원)

윤형구 (정회원, 대전대학교 재난안전공학과 부교수, hyungkoo@dju.ac.kr)

동적 물성치는 지반의 상세한 거동을 예측하기 위한 필수인자이나, 샘플 채취와 추가적인 실험이 동반되는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 정적 지반 물성치를 기반으로 동적 지반 물성치를 예측하는 것으로 인공신경망을 활용하고자 하였다. 정적 물성치는 점착력, 내부마찰각, 함수비, 비중 그리고 일축압축강도로 선정하였으며 출력 값인 동적물성치는 압축파 속도와 전단파 속도로 결정하였다. 인공신경망 적용시 결과값의 신뢰성을 높이기 위해 Levenberg-Marquardt와 Bayesian regularization 방법을 적용하였으며, 각 최적화 방법에 따른 신뢰성을 비교하였다. 인공신경망 모델의 정확도는 결정계수로 나타냈으며, train과 test 과정 모두 0.9 이상의 값을 보여 해당 연구에서 구축한 인공신경망의 신뢰성이 높은 것으로 나타났다. 또한, 구축된 인공신경망 모델의 검증을 위해 새로운 입력 데이터에 대해서도 출력 값의 신뢰성을 검증하였으며, 그 결과 높은 정확도를 보였다.

풍하중이 경사지 태양광 발전시설의 기초 안정성에 미치는 영향 분석

우종원 (비회원, 인하대학교 토목공학과 석사과정)

유정연 (정회원, 인하대학교 토목공학과 석사과정)

송기일 (정회원, 인하대학교 사회인프라공학과 교수, ksong@inha.ac.kr)

현재 국내에 경사지에 설치된 태양광 발전시설에 대해서 강우 혹은 태풍과 같은 자연재해로 매년 태양광 발전시설의 강우에 의해 토사가 유출되어 기초부에 손상을 입거나, 풍하중에 의해 기초부가 이탈하는 등 피해사례가 발생하여 이와 관련된 문제가 대두되고 있다. 하지만 위와 같은 실정에도 지반과 구조물의 상호작용은 고려하지 않고, 외부 하중에 따른 구조물 자체의 안정성만 분석을 시행하며, 설비 부지의 안정성 검토는 태양광 구조물을 제외한 사면에 대한 안정성 검토만 진행중이다. 따라서 본 논문에서는 각 영향인자에 대해서 말뚝의 횡방향변위와 휨응력, 경사지의 안전율의 변화양상을 검토하기 위해 지반과 말뚝의 거동을 모사할 수 있는 유한차분법 해석을 실시하였다. 영향인자는 말뚝의 지름, 말뚝 사이의 간격, 말뚝의 근입 깊이, 풍하중, 건기와 우기 조건 등의 인자를 가정하였으며, 횡방향 변위와 휨응력, 경사지의 안전율에 큰 영향을 미치는 인자를 검토하였다. 말뚝의 횡방향 변위와 휨응력은 말뚝 사이의 간격과 풍하중에 큰 영향을 받는 것으로 나타나았으며, 경사지의 안전율의 경우 말뚝의 근입 깊이에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 해석을 실시한 조건에서 일부분은 국내의 설계기준을 만족하지 못하는 것으로 검토되었다.

원심모형실험을 활용한 점토지반에 설치된 하이브리드 석션 버켓기초의 수평방향 지지력 평가

김재현 (정회원, 강원대학교 문화예술·공과대학 건축토목환경공학부 토목공학전공, 조교수)

이철주 (정회원, 강원대학교 문화예술·공과대학 건축토목환경공학부 토목공학전공, 교수)

신희정 (비회원, 동명기술공단, 회장)김성환 (비회원, 동명기술공단 부설연구소, 연구위원)

구정민 (정회원, 동명기술공단 부설연구소, 책임연구원)

정충열 (정회원, 동명기술공단 부설연구소, 책임연구원)

전영진 (정회원, 강원대학교 산업기술연구소, 선임연구원, civiljyj@kangwon.ac.kr)

석션 버켓(suction bucket)은 해양 구조물 지지를 위해 사용되는 기초구조물 중 하나로 펌프를 이용해 빠르게 기초시공이 가능한 장점이 있다. 최근 기초 지지력을 효과적으로 증가시키고 건설 비용을 절감하기 위해 단일 석션 버켓이나 다수의 석션 버켓이 매트기초와 결합된 하이브리드 석션 버켓기초(hybrid suction bucket foundation)가 제안되었다. 하지만 현재까지 수중구조물과 같이 작은 수직하중(자중)과 모멘트 하중 조건에서 수평하중에 대한 하이브리드 석션 버켓기초의 저항 메커니즘과 지지력에 관한 실험적 연구가 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 점토지반에 설치된 하이브리드 석션 버켓기초의 수평방향 저항 메커니즘과 지지력을 평가하기 위해 하중재하시스템을 구축하고 원심모형실험을 수행하였다. 본 연구에서는 원형매트와 단일 버켓이 결합된 하이브리드 석션 버켓기초와 사각형 매트와 4개의 버켓기초가 결합된 하이브리드 그룹 석션 버켓기초를 대상으로 하였다. 본 연구를 통해 매트기초와 석션 버켓기초의 스커트(skirt) 길이가 수평방향 지지력 증진에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 그 결과, 작은 수직하중과 모멘트 하중조건에서 하이브리드 석션 버켓기초의 매트와 버켓기초 스커트가 기초의 수평방향 지지력 증진에 효과가 있음을 확인하였다.

FDTD 수치해석을 이용한 다중 관로에 대한 GPR 탐지 신호 특성 분석

류희환 (정회원, 한국전력공사 전력연구원 구조건설연구실 책임연구원)

배주열 (비회원, 인하대학교 토목공학과 석사과정)

송기일 (정회원, 인하대학교 토목공학과 정교수)

이상연 (정회원, 인하대학교 토목공학과 박사과정, syd00011@gmail.com)

GPR을 활용한 지중 매설관로의 비파괴 탐사에 있어서 다중 관로의 경우 관로에 의한 음영영역이 탐사결과에 많은 영향을 미친다. 다중 관로의 음영영역은 관로들의 위치 및 직경에 의해 변화되며 음영영역 내에서는 신호가 전파되지 못하기 때문에 탐지가 불가능하다. 본 연구에서는 FDTD 수치해석을 활용하여 다중 관로의 배치 및 직경에 따라 쌍곡선 형태로 나타나는 관로신호의 특성을 분석하였다. 관로의 배치는 수평, 수직, 대각 배치로 총 3가지 형태에 대한 분석을 수행하였으며, AGC를 활용하여 신호를 증폭하고 각각의 배치형태에서 나타나는 음영영역과 신호 특성의 차이를 분석하였다. 수평 배치에서는 두 관로가 근접할수록 두 쌍곡선 형태 사이에 새로운 쌍곡선 형태가 나타난다. 수직 배치에서는 쌍곡선 좌우 신호가 탐색 가능하여 이를 활용하면 하단 관로를 탐지가능할 것으로 보이나, 상단 관로의 직경이 하단 관로보다 큰 경우에는 탐지가 힘들 것으로 판단된다. 대각 배치의 경우, 지표면의 음영영역의 위치에 따라 다른 특성을 보인다. 장비의 가탐범위 내에 음영영역이 존재하는 경우 신호의 비대칭형태의 신호 특성을 보이며, 음영영역이 가탐범위 외부에 존재하는 경우에는 두 관로의 신호 특성에 영향을 거의 미치지 않는 것으로 나타났다.

원심모형실험을 이용한 그룹 삼축 마이크로파일의 동적거동 평가

김윤아 (정회원, 한국과학기술원 건설 및 환경공학과 박사과정)

권태혁 (정회원, 한국과학기술원 건설 및 환경공학과 부교수, t.kwon@kaist.ac.kr)

김종관 (정회원, 한국건설기술연구원 지반연구본부 수석연구원)

한진태 (정회원, 한국건설기술연구원 지반연구본부 연구위원)

김재현 (정회원, 강원대학교 문화예술·공과대학 건축토목환경공학부 토목공학전공, 조교수)

안성율 (회원, (주)에스와이텍 대표)

최근 건축물 구조 기준의 개정으로 말뚝 기초의 내진성능 강화가 강조되고 있음에도 불구하고, 현재 건축물 기초의 내진설계는 비용과 시공상의 어려움으로 충분한 시행이 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 지진 시 수평 및 수직 하중에 효과적으로 대응할 수 있는 구조로 제안된 삼축 마이크로파일(TMP)의 지진 시 동적 거동을 평가하고자 하였다. 동적 원심모형실험을 통해 설치 각도가 15°인 그룹 삼축 마이크로파일과 설치 각도가 0°인 연직 군말뚝의 가속도, 변위, 휨모멘트, 축력 등의 동적 거동이 비교 분석되었다. 실험 결과에 따르면 가속도와 수평 및 수직 변위 결과를 바탕으로 살펴보았을 때 탁월 주기가 0.5 초 미만인 실지진파 가진 조건에서 경사진 그룹 삼축 마이크로파일의 내진성능은 연직 군말뚝보다 좋거나 비슷한 수준으로 평가된다. 그러나 Sine 2Hz와 같은 장주기의 강한 지진 가진 시에는 경사진 삼축 마이크로파일의 응답이 전반적으로 수직 마이크로파일보다 크게 나타났다. 협소한 공간에서 기존 시설물의 단주기 지진파에 대한 응답을 줄이는 내진보강이 필요한 경우 경사진 삼축 마이크로파일이 수직 마이크로파일의 대안으로 활용 될 수 있을 것으로 판단된다.

국내 하중계 성능검증과 신뢰성 시험 연구

김영배 (정회원, 대진대 토목환경공학과 박사수료, 한국건설계측검교정센터(주) 대표)

박영배 (비회원, 대진대 스마트시티 건설융합공학과 박사과정, 서울교통공사 부장)

이성원 (정회원, 한국건설기술연구원 지반연구본부 선임연구위원, swlee@kict.re.kr)

이강일 (정회원, 대진대학교 스마트건설환경공학부 교수)

흙막이 현장에서 계측은 굴착으로 인한 지보재와 지반의 안정성 확인을 위해 필수적으로 수행해야 하는 중요한 요소이다. 특히, 굴착지반에서 전달되는 버팀대의 하중 전달 추이를 확인하는 하중계는 정확도 유지가 필수적이다. 그러나, 건설 현장에서는 하중계의 정확도를 파악할 수 있는 검증 방법, 규정 등의 연구가 부족하여 제대로 된 성능검사 없이 설치됨에 따라 문제가 되고 있다. 본 연구에서는 국내 현장에 사용되는 하중계를 전수조사하여 성능검사를 실시하고 외국 제품과의 비교를 통해 불량 원인을 파악하였다. 하중계의 성능검증을 통해 성능검사 기준을 제시하였으므로 본 연구 결과는 신뢰성 높은 하중계를 선택하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

전기비저항 탐사를 활용한 동결 지반의 거동 평가

장병수 (정회원, 대전대학교 재난안전공학과 박사과정)

김영석 (정회원, 한국건설기술연구원 북방인프라특화팀 선임연구위원)

김세원 (정회원, 한국건설기술연구원 지반연구본부 연구원)

최현준 (정회원, 한국건설기술연구원 북방인프라특화팀 수석연구원)

윤형구 (정회원, 대전대학교 재난안전공학과 부교수, hyungkoo@dju.ac.kr)

해당 연구의 목적은 비파괴 탐사 기법의 일환인 전기비저항 탐사 방법을 활용하여 동결 지반의 거동을 평가하는 것으로, 현장 실험을 통해 그 특성을 살펴보았다. 현장 실험은 동결된 상태를 가속화하기 위하여 유체를 주입한 인위적인 동결 지반을 만들었으며, 결과를 비교하기 위하여 이와 근접한 지역에서 자연적으로 동결된 지반에도 실험을 진행하였다. 실험은 전기비저항 탐사 외에 측정 값의 신뢰성을 비교할 수 있도록 동적 콘 관입 실험(Dynamic Cone Penetration Test)를 추가적으로 활용하였으며, 지반의 함수비도 평가하기 위해 Time Domain Reflectometry (TDR) 탐사도 수행하였다. 현장 실험은 대기 온도가 영하인 2월과 영상 조건을 보이는 5월에 각각 진행하였다. 전기비저항 탐사로 측정된 결과는 온도에 의존하는 경향이 있어 각 측정 값들은 온도 보상을 수행한 후 결과를 비교하였다. 측정 결과 동결 조건에서는 지반이 고체 특성을 보여 고비저항 구간이 다소 나타났으며 이를 간극률로 환산하였다. 환산된 간극률은 DCPT 결과로 유추한 간극률과 비교하여 신뢰성을 검증하였으며, 동결토에서 측정한 결과가 타당한 값으로 나타났다.

채용공고

회원동정

2024년 2월 신규가입자

12703, 강상욱, 종신회원, 부산대학교 토질연구실 대학원생

12704, 곽지훈, 종신회원, KCC건설 토목부 부장

12705, 신호준, 정회원, 한국전력공사 토건운영부 사원

12706, 이상용, 종신회원, 부산광역시청 도시계획과 과장(기술서기관)

12707, 이승인, 종신회원, 부산대학교 토질연구실 대학원생

12708, 이승준, 정회원, ㈜삼영기술 지반터널부 부장

12709, 이원효, 종신회원, ㈜유덕엔지니어링 지반부 이사

12710, 정헌욱, 종신회원, 퍼즐기초 영업&사업관리 이사

12711, 한동균, 종신회원, ㈜삼영기술 지반터널부 과장

12712, 고중길, 정회원, 금호건설 토목사업팀 부장

12713, 권현욱, 정회원, 부산도시공사 단지사업처 처장

12714, 김경선, 종신회원, 서울대학교 지반공학연구실 박사과정

12715, 김내원, 정회원, 인천대학교 지반공학연구실 석사과정

12716, 김동균, 정회원, 인천대학교 건설환경공학과 석사과정

12717, 김동혁, 정회원, 부산시설공단 교량시설팀 과장

12718, 김영태, 정회원, ㈜두아즈 대표이사

12719, 김준우, 종신회원, 서울대학교 지반시스템연구실 대학원생

12720, 서인표, 정회원, 한국도로공사 창원지사 도로안전팀 대리

12721, 오경준, 종신회원, 고려대학교 지반공학연구실 대학원생

12722, 이도원, 정회원, 동의대학교 지반공학 대학원생

12723, 이민호, 종신회원, 서울대학교 건설환경공학부 석사과정

12724, 이현수, 종신회원, 고려대학교 지반공학연구실 석사과정

12725, 장창환, 정회원, 대진대학교 스마트건설환경공학부 부교수

12726, 황    정, 정회원, 대전대학교 재난안전공학과 교수

12727, Diego Herrera, 정회원, KICT Geotechnical department Student researcher

총 25명(정회원 13명/종신회원 12명)

학생회원

111212, 최지원, 학생회원, 부경대학교 토목공학과

111213, 길성진, 학생회원, 명지대학교 토목환경공학과

111214, 김재원, 학생회원, 명지대학교 토목환경공학과

111215, 김현석, 학생회원, 가천대학교 토목환경공학과

111216, 유지연, 학생회원(여), 경희대학교 사회기반시스템공학과

111217, 전지윤, 학생회원(여), 가천대학교 토목환경공학과

111218, 최우영, 학생회원, 경희대학교 사회기반시스템공학과

승급회원

12728, 오지석, 종신회원, 한양대학교 지반역학및재료연구실 석박통합과정

안녕하십니까, 2024년 갑진년 새해가 힘차게 출발하고 움츠러들었던 긴 겨울을 지나 어느덧 따스한 봄기운이 다시 찾아왔습니다. 개인적으로는 새로운 학년과 학기가 시작되는 3월의 캠퍼스 속에서 학생들의 북적임을 통해 더욱 활기찬 봄의 에너지를 느끼며, 연초의 초심을 다시 한번 상기하곤 합니다. 회원님들 모두 새해에 다짐하셨던 목표와 계획들이 순조롭게 진행되고 있기를 바랍니다.

최근 ChatGPT를 비롯한 인공지능의 등장은 과거 PC의 보급, 인터넷 및 스마트폰의 등장만큼이나 현 시대의 새로운 패러다임의 변화를 불러올 것으로 예상됩니다. 이런 급격한 시대적 변화에 발맞추어 이번 호의 권두언에서는 앞으로 지반공학자들이 인공지능의 잠재력을 어떠한 방식으로 충분히 활용하고 확장할 수 있을지에 대한 박두희 부회장님의 고견을 들을 수 있었습니다. 특별테마 기사로 이번 호부터 고준위방사성폐기물 처분장 부지선정과 관련한 해외 선도국가들의 기준들이 연재될 예정이며, 그 첫 번째 기사로 핀란드의 사례를 소개하고 있습니다. 기술기사로는 기존의 O-Cell 시험을 보완한 새로운 SLOT 수평제어형 양방향 재하시험 공법이 소개되었고, 흙, 돌, 그리고 나 섹션에서는 김성렬 교수님과 신중호 박사님께서 각각 해외 학술대회 참관과 관련한 귀중한 경험 및 흥미로운 인문학적 견해 등을 공유해 주셨습니다. 또한, 미국 노스웨스턴 대학교에서 박사후 연구원으로 재직 중인 젊은 지반공학자 권영만 박사님의 소개와 다양한 전문기술위원회 소식 등 학회와 관련된 알찬 내용들을 담고자 노력하였습니다.

무엇보다 바쁘신 일정에도 불구하고 소중한 원고를 작성해주신 회원님들께 편집위원회를 대신해 깊은 감사의 말씀을 드립니다. 올 한해에도 편집위원회는 초심을 잃지 않고 더욱 분발하여 보다 풍성하고 유익한 기사들을 전할 수 있도록 최선을 다하겠습니다. 감사합니다.

구태서

편집위원회 부위원장

건국대학교 교수