논문 상세보기
도로 하부에 동공이 발생하게 되면 지반재료의 거동이 크게 변화하게 된다. 최근, 동공은 GPR장치를 활용하여 탐지가 가능하며 탐지된 동공은 그 위험도에 따라 적당한 보수 대책을 마련하게 된다. 지하의 동공은 다양한 위치에 다양한 모양으로 생성될 수 있으며 이에 따른 강도 저하가 발생하는데 특히 위치 및 형상에 따라 도로함몰에 미치는 위험도가 다르다. 따라서 도로 하부에 발생한 다양한 동공의 위험도를 평가하기 위한 많은 연구가 실내시험 및 수치해석을 통해 수행되었다.
Hewage and Renuka(2012)는 시료 내에 글루코스 블록을 통해 동공을 모사한 삼축압축 시험을 수행 하여 동공이 발생한 지반재료의 공학적 거동을 파악하였다. 그러나 글루코스 블록을 통하여 모사된 동공 은 물에 용해되는 과정을 거치며 초기 블록의 모양과는 다르게 형성되기에 다양한 위치, 모양을 구현하는 데 한계점이 있다. 따라서 이러한 실내 시험의 어려움 때문에 본 연구에서는 수치 해석적 방법을 이용하 여 동공의 위치와 형상이 지반재료의 강도와 변형에 미치는 영향을 알아보았다. 연구에 사용한 해석방법 은 개별요소법(Discrete Element Method)으로 시간의 흐름에 따라 개별 입자의 이동이 발생하여 동공의 변화에 따른 연속적인 해석이 가능하다. 본 연구에서는 동공의 위치 및 형상을 모사한 삼축압축 모델 테 스트를 진행하였다.
한편, 박형민 등(2016)은 DEM기반의 PFC-2D 프로그램을 이용하여 입도분포곡선을 반영한 삼축시험 모델링 해석을 수행하였으며 실내시험 데이터와 비교한 결과 그 타당성을 입증하였다. 이를 바탕으로 특 정 시료에 대한 입도분포 알고리즘을 적용하여 동공의 위치와 구속압 조건, 형상에 대한 영향을 알아보기 위한 수치해석을 진행하였다.
동공의 위치에 따른 영향을 알아보기 위하여 모델링 된 시료에 상, 중, 그리고 하부에 동공을 생성하여 해석을 수행한 결과 동공이 시료의 윗부분에 위치할수록 낮은 축차응력 수치를 보였다. 또한, 실제 동공 이 존재하는 지반 조건을 깊이 별로 모사하기 위하여 시료 내 동공은 동일한 위치에 생성한 후 지반의 깊 이를 구속압으로 표현해 각각 약 1m, 2m, 3m 깊이에 해당하는 구속압 조건에서 해석을 수행하였다. 결 과 동공이 깊은 깊이(75kPa구속압)에 위치한 경우 동공 발생으로 인해 감소한 강도가 얕은 깊이일 때 보 다 낮은 변형률에서 다시 회복되어 증가하는 현상을 확인 할 수 있었다. 또한 지반 내에서 동공은 여러 형태로 생성 될 수 있기 때문에 동공의 면적과 중심점은 동일한 조건에서 동공의 형상을 변화하여 해석을 수행하였으며 그 결과 동공의 초기 강도는 높이보다 폭에 의해 더 큰 영향을 받으며 더 큰 부피 변화를 수반하는 것을 확인 할 수 있었다.
본 연구의 결과를 토대로 도로 하부의 동공을 탐지한 경우 동공의 형상과 위치에 따라 위험도를 평가 하여 그에 따른 관리 대책을 수립 할 수 있을 것으로 기대한다.
