Earthquake induces serious damage to the social infrastructures, such as harbor. Owing to the deadly earthquakes, several cases of damage in port and harbor structures are reported worldwide historically. To reduce the earthquake induced damage of quay wall, seismic design method has been evolving till nowadays. Due to its uncertainty and complicity, seismic design of the quay wall is a difficult problem. Research efforts on the quay wall have been focused on the revision of design codes. However, complex interactions in the quay wall system were not reflected in the design codes.The quay wall system consists of the followings: quay wall structure, water, soil, and earthquake. During an earthquake, components of the quay wall system interacts with each other. This interaction is called fluid-soil-structure-interaction (FSSI). In previous studies, deformation of soil and quay wall structure appeared to be affected by FSSI effect. Hence, understanding the behavior of port and harbor structures is important for a safe seismic design.However, previous studies have not focused on two major problems related to the behavior of quay wall. Firstly, deformation characteristics of soil and quay wall structure regarding the FSSI have not been evaluated extensively. Although several experiments and numerical modelings were conducted to evaluate the behavior of quay wall, a lack of its experimental cases and insufficient evaluation has hindered the comprehensive understanding of dynamic behavior of quay wall. In previous studies, the analysis of the experimental cases were done by simply observing reponses during the earthquake at each respective location, but not by evaluating relationships between them. Secondly, difference of behavior of quay wall, according to the condition of surrounding soil is not clear. In the field, reinforcement techniques such as densification, soil compaction pile (SCP), and deep cement mixing (DCM) are often employed on the foundation soil. However, understanding of behavior of quay wall constructed on the foundation soil, on which reinforcement technics are employed, is insufficient. Due to the difficulties in simulating the remediation of soil in physical modeling, the majority of previous studies were done only in simple models, consisting of a quay wall structure and sand.For a better understanding of the behavior mechanism of gravity-type quay wall, following two subjects are discussed in this study. Firstly, mechanism of dynamic behavior of gravity-type quay wall are evaluated. Investigation of the frequency characteristics of the quay wall and understanding its behavior regarding the EPWP, liquefaction, and fluid-soil–structure interaction are aimed to enlighten the behavior mechanism. Secondly, comparison of behavior of quay wall with different subsoil conditions (untreated, densified, DCM reinforced) are conducted. Deformation characteristics of quay wall was evaluated as the way in which quay walls dissipate energy during a shake. In each test models with different subsoil conditions, the stiffness of sliding and rocking along with the way in which energy is dissipated is discussed. Moreover, a more beneficial reinforcement method for subsoil, between densifying and utilizing DCM, for constructing a quay wall is proposed.
지진은 항만과 같은 사회기반시설에 심각한 피해를 야기하며 역사적으로도 강진에 의한 항구 및 항만 구조물의 여러 피해 사례가 기록되어있다. 지진으로 인한 항만 구조물의 피해를 줄이기 위해 현재까지 항만의 내진 설계 방법이 발전해왔으며, 지진 시 안벽 거동에 대한 연구는 내진 설계 기준을 개정하고 검증하는 것에 집중되었다. 하지만 항만구조물의 복잡한 상호작용은 내진 설계 기준에 반영되지 않은 것이 현실이다.항만 구조물은 안벽, 물, 그리고 지반으로 구성되어있다. 지진 시에는 안벽, 물, 그리고 지반이 서로 상호작용하게 된다. 이러한 상호작용을 유체-지반-구조물 상호작용이라고 일컫는다. 많은 선행 연구에서 안벽과 주변 지반의 변형이 유체-지반-구조물 상호작용에 영향을 받아 발생한다는 사실이 밝혀졌다. 따라서, 항만 구조물의 안정성을 확보하기 위해 안벽의 지진 시 거동을 복합적으로 이해하는 것이 중요하다.하지만 선행연구에서는 안벽의 동적 거동과 관련된 두 가지를 고려하지 못하고 있다. 첫 번째로, 유체-지반-구조물 상호작용에 의한 안벽과 주변 지반의 거동 메커니즘에 대한 이해가 충분하지 않다. 안벽의 동적 거동을 평가하기 위해 많은 연구가 진행되었지만, 대부분이 안벽과 주변 지반에서의 응답을 분석하는 것에 그쳤으며 안벽과 주변 지반 사이의 상호작용에 분석이 충분히 이루어지지 않았다. 두 번째로, 주변 지반 조건에 따른 안벽의 동적 거동 비교가 부족하다. 안벽이 실제로 설계될 때, 주로 하부 지반에 다짐공법, 모래치환법 (SCP), 혹은 심층혼합처리공법 (DCM)을 시공하여 안벽의 지지력을 확보한다. 하지만 이러한 지반 개량 공법을 실험 모델에 적용하기에는 어려움이 존재하므로, 지반 개량 공법이 적용된 하부지반 위에 놓인 안벽의 지진 시 거동에 대한 연구가 진행된 바는 없다.따라서 본 연구에서는 안벽의 동적 거동 메커니즘을 이해하기 위해 다음과 같이 두 가지 부분에 집중하고자 했다. 첫 번째로, 안벽의 주파수 특성을 분석하였으며 과잉 간극 수압, 지반 액상화, 그리고 유체-지반-구조물 상호작용을 고려한 안벽의 동적 거동을 분석하였다. 두 번째로, 서로 다른 하부 지반 조건에 따른 안벽의 동적 거동 비교를 수행하기 위해 안벽이 지진 시 에너지를 소산하는 방식을 분석하였다. 안벽의 회전 강성(Rocking stiffness), 미끄러짐 강성 (Sliding stiffness), 그리고 회전과 미끄러짐으로 소산되는 에너지의 비율에 대한 분석을 통해, 안벽의 동적 거동에 따른 변형에 유리한 하부 지반 개량 방법을 제안하였다.
