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Evaluation of seismic earth pressure on cantilever retaining structures for dry cohesionless sand = 건조 사질토 지반의 캔틸레버 옹벽에 작용하는 지진 시 동적 토압 평가
서명 / 저자 Evaluation of seismic earth pressure on cantilever retaining structures for dry cohesionless sand = 건조 사질토 지반의 캔틸레버 옹벽에 작용하는 지진 시 동적 토압 평가 / Seong Bae Jo.
저자명 Jo, Seong Bae ; 조성배
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2016].
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초록정보

The problem of retaining soil is one of the oldest problems in geotechnical engineering and some of the earliest and most fundamental principles of soil mechanics were developed to allow for rational design of earth retaining structures. Therefore, their design for static and seismic loading has always been an important subject in geotechnical engineering. Semi-gravity retaining wall (e.g. inverted T-shape cantilevered wall) is the combination of gravity and cantilever type of retaining wall. Its cross-section is less than gravity type, but the soil weight above the wall base is substituted for reduced weight of gravity wall. In engineering practice, the dynamic earth pressure that is the most important compo-nent in the seismic design, is conventionally evaluated using the pseudo-static approach. The seismically induced lateral earth pressure on retaining structures was initially investigated in the 1920s, generally known as the Mononobe-Okabe method, which considers earthquake loads as pseudo-static loading. Even through the Mononobe-Okabe methods are easy to use in practice for seismic design, they have apparent discrepancies between the assumptions and the real behavior, such as the rigid behavior of soil wedges and plane-failure surfaces. In addi-tion, pseudo-static methods consider maximum transient seismic loading as steady static load-ing. Despite the confusion about the distribution of the dynamic earth pressure, most engi-neers designing retaining walls consider an inverted triangular shape for the dynamic earth pressure in practice. Moreover, pseudo-static methods suppose that all inertial forces of the soil wedge are applied simultaneously along the wall height, and ignore the interaction be-tween the wall and the soil. Therefore, a comprehensive study of the dynamic earth pressure on retaining wall is required. This study investigated seismic behavior of retaining wall through experiments using a geotechnical centrifuge. Numerical studies were also conducted to simulate the test results and to perform parametric study. The thesis consists of three main subjects: 1) Effects of wall flex-ibility on dynamic earth pressure, 2) Seismic behavior of inverted T-shape retaining wall lo-cated on the soil layer, and 3) Parametric study using numerical analysis. In order to investigate the magnitude and distribution of the dynamic earth pressure, measured dynamic earth pressures were compared with analytical estimation used in practice. In addition, finite difference analyses were carried out and validated through the centrifuge test results. In order to investigate the effect of wall flexibility and wall height, parametric studies were conducted. Despite the inherent limitations of numerical analysis, computed re-sults using FLAC analysis is able to qualitatively capture qualitatively the essential system re-sponses observed in the centrifuge experiments. Based on the results, the problems in domes-tic seismic design codes are raised. Finally, recommendations for existing domestic seismic design methods for retaining wall are suggested.

옹벽 구조물은 지반공학 분야에서 오래 전부터 중요한 역할을 수행하고 있으며 토압 이론과 같이 가장 기본적인 원리 중 일부는 옹벽 구조물의 합리적인 설계를 위하여 제안되었다. 따라서, 정적 및 동적 토압 평가는 지반공학분야에서 항상 중요한 비중을 차지하고 있다. 역 T형 옹벽과 같은 반중력식 옹벽은 중력식 옹벽과 캔틸레버 옹벽과 비교하면, 벽체 뒤채움 지반의 사하중으로 옹벽을 지지하고 옹벽 구조물의 단면을 감소시켜 경제적이고 안전한 구조 형태이다. 현업에서 옹벽의 내진 설계 시, 동적 토압을 평가하기 위하여 주로 유사정적 해석 방법을 사용하고 있다. 대표적인 방법으로 1920년대에 제안된 Mononobe-Okabe 방법은 Coulomb의 토압 이론으로부터 확장되었으며, 사용의 편의성으로 인하여 옹벽의 내진 설계 시 동적 토압 평가에 널리 사용되고 있다. 하지만 지진 시 지반의 거동을 정적 상태로 고려하기 위하여 뒤채움 지반의 강체 거동 및 파괴면 가정 등의 많은 가정사항을 포함하고 있다. 유사정적 방법은 지진 시 발생하는 최대 토압을 정적 상태로 고려하고 있기에 이는 지진 시 거동을 과다평가 한다는 문제점이 제기되고 있다. 동적 토압의 분포가 명확히 검증되지 않아 정적 토압과 같은 삼각형 분포 또는 역삼각형 분포가 모두 사용되고 있어 현업에서 혼란이 일고 있는 상황이다. 또한, 유사정적 방법에서는 중력식 옹벽에 대하여 뒤채움 지반의 관성력을 동적 토압으로 간주하고 있어 벽체와 지반의 지진 시 상호작용에 대하여 전혀 고려하지 못하고 있다. 따라서, 중력식 옹벽이 아닌 캔틸레버 형식의 옹벽에 대하여 동적 토압에 대한 심도 깊은 연구가 필요하다. 본 연구에서는 원심모형실험을 활용하여 캔틸레버 옹벽의 지진 시 거동 및 동적 토압을 실험적으로 평가하였으며, 실험 결과를 바탕으로 수치해석 모델을 검증하고 이를 활용하여 변수 연구를 수행하였다. 본 학위 논문은 다음과 같은 구성으로 이루어져 있다. 1) 변위가 고정된 옹벽에 대하여 벽체 강성이 동적 토압에 미치는 영향 평가, 2) 기초지반 위에 위치한 역 T 형 옹벽의 지진 시 거동 및 동적 토압 평가, 3) 수치해석 모델 검증 및 이를 활용한 변수 연구. 동적 토압의 분포 및 크기 평가를 위하여, 실험적으로 계측된 동적 토압과 유사정적 이론식을 비교하였다. 벽체 강성 및 높이에 대한 동적토압 영향 평가를 위하여, 수치해석을 활용하였으며 실험적으로 확인이 어려운 지반-구조물 상호작용에 대하여 정성적 평가가 가능함을 확인하였다. 실험 및 수치해석 결과를 바탕으로 국내 내진 설계 기준의 문제점을 제시하고, 현행 동적 토압 평가를 위한 내진설계 기준의 개선점을 제언하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCE 16006
형태사항 xvii, 195 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 조성배
지도교수의 영문표기 : Dong-Soo Kim
지도교수의 한글표기 : 김동수
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 건설및환경공학과,
서지주기 References : p. 179-187
주제 retaining walls
dynamic earth pressure
Mononobe-Okabe
centrifuge modelling
soil/structure interaction
옹벽
동적토압
유사정적해석
원심모형실험
지반-구조물 상호작용
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