In this paper, a dynamic centrifuge model test was conducted on a 24.8-meter-deep excavation consisting of a 20 m sand layer and 4.8 m bedrock, classified as S3 by Korean seismic design code KDS 17 10 00. A braced excavation wall supports the hole. From the results, the mechanism of seismically induced earth pressure was investigated, and their distribution and loading points were analyzed. During earthquake loadings, active seismic earth pressure decreases from the at-rest earth pressure since the backfill laterally expands at the movement of the wall toward the active direction. Yet, the passive seismic earth pressure increases from the at-rest earth pressure since the backfill pushes to the wall and laterally compresses at it, moving toward a passive direction and returning to the initial position. The seismic earth pressure distribution shows a half-diamond distribution in the dense sand and a uniform distribution in loose sand. The loading point of dynamic thrust corresponding with seismic earth pressure is at the center of the soil backfill. The dynamic thrust increased differently depending on the backfill's relative density and input motion type. Still, in general, the dynamic thrust increased rapidly when the maximum horizontal displacement of the wall exceeded 0.05 H%.

The seismic deformation method is conventionally used as a seismic design for a multi-utility tunnel in Korea. In the seismic deformation method, the soil ground’s natural period is one of the most critical factors for calculating the ground displacement using cosine functions. Correction factors for the natural period and shear wave velocity have been used to consider the non-linearity of dynamic soil properties. However, the correction factors have been issued because the correction factors have not been sufficiently studied to consider Korea’s regional conditions. This paper aims to evaluate the natural periods for the seismic deformation method considering Korea’s ground conditions. Ground response analysis was performed using seven real earthquake records on twelve sites with different soil conditions where actual multi-utility tunnels are installed. As a result, natural periods of the sites were analyzed and new correction factors were proposed according to seismic performance and Korea’s regional conditions.

본 연구는 원심 모형 시험을 위한 동적 현장 지반의 모사 기법을 제안하였다. 현장지반 모사를 위해서 현장 지반의 층상구조 및 전단파 속도 주상도에 대한 자료를 바탕으로 모형시료를 조성하고, 구속압 별 공진주 시험을 수행하였다. 그리고 공진주 시험을통하여 지반의 특성계수와 구속압 영향계수를 구하고, 모형 지반의 전단파 속도를 예측하였다. 이를 현장의 전단파 속도 주상도와 비교하여 시료 조건을 결정하였다. 그리고 결정된 시료 조건을 바탕으로 원심모형시험 모델을 제작하고, 인-플라이트 상태에서 벤더 엘리먼트시험을 수행하여 제안된 기법의 타당성을 검증하였다. 그리고 대형지진시험이 수행된 적이 있는 대만 화련의 현장 지반을 대상으로 축소모델링 기법을 적용하였다.

현행 국내 내진 성능 평가 기준에서 사용하고 있는 필댐의 동적 상세 해석에 대한 안전성 평가 기준은 지진 하중 조건에 의해 발생되는 댐마루 연직방향, 횡방향 최대 변위가 정적하중에 의한 변위를 포함하여 제체 높이의 1% 이하로 규정하고 있다. 그러나 이는 이론적 근거가 부족하여, 평가 기준에 대한 합리성 검토가 필요하다. 중약진 지역에 속하는 국내 지진학적 특성상 지진시 댐 계측 데이터로 근거를 마련하기가 어려운 실정으로, 본 연구에서는 국외 계측 데이터 D/B 등 다양한 자료를 바탕으로 안전성 평가 기준을 검토하였다. 추가적으로 원심모형시험과 수치해석을 함께 수행하여, 변형 기준을 검토하였다. 또한, 수치시뮬레이션을 통하여 매개 변수 분석을 수행하고, 댐체의 횡방향 변위와 침하에 대한 영향을 분석하고 변형 기준과 비교, 검토하였다.

본 논문에서는 동반된 논문에서 제안된 수정 병렬 IWAN 모델의 적용성을 금강 모래와 토요라 모래를 대상으로 비틂전단실험을 수행하여 검증하였다. 두가지 사질토에 대해서 대칭 하중과 불규칙 하중을 반복 재하하여 실험을 수행하였다. 제안된 모델의 변수는 다양한 상대밀도와 구속압 조건하에서 대칭 반복하중을 재하하여 결정하였다. 시험 결과, 하중반복회수가 증가함에 따라 발생하는 사질토의 반복경화거동을 수정 병렬 IWAN 모델로 표현 가능하였으며, Pyke(1979)에 의해 제안된 불규칙 하중 형태를 이용한 실험결과를 실험 조건이 유사한 대칭 반복하중 재하실험 결과로 얻어진 모델 변수를 이용하여 예측한 결과 실험 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다.

세계적으로 기후변화 및 에너지 수요로 인하여, 신재생에너지 개발 수요가 증가하면서, 특히, 풍력에너지에 대한 세계시장이 지속적으로 성장하여왔고, 국내에서도 동일한 제주도를 시작으로 하여, 서남해 지역에도 2.5GW 해상풍력단지의 개발계획이 진행되고 있다. 풍력발전기의 제작기술이 급속히 발전하여 대형화되는 추세에 있고, 안정하면서 경제적이며 효율적인 지지구조물로 버켓기초가 제안되고 있다. 본 연구에서는 버켓기초형식의 지진하중에 대한 거동을 분석하는 실험연구를 수행하였다. 이를 위하여 동적원심모형실험을 수행하였다. 동적원심모형실험은 대전 K-water연구원에 설치되어 있는 대형 빔형 원심모형실험장비(유효반경 8 m, 용량 800 G-ton)에 탑재된 진동대를 활용하였다. 대상 구조물은 1/240 스케일로 축소모형으로 모사되었다. 상부구조물은 NREL 5MW reference turbine과 타워의 제원을 바탕으로 등가의 주파수특성을 가지는 1자유도구조물로 모사하였다. 모형지반은 SP로 분류되는 모래지반에 대해 수행되었다. 2개의 계측기록지진파와 2개의 인공파형이 통제점 기반암에 가진되었고, 거동을 분석하였다. 버켓기초의 지지를 받는 해상풍력타워구조물의 동적특성과 변형특성이 분석되었다. 향후 해상풍력구조물의 내진설계에 중요한 자료가 될 것으로 기대된다. 그러나, 점토지반을 포함하는 지반에 대한 연구가 필요하다.

In order to evaluate earthquake response of structures affected by shallow soft soil deposits, centrifuge tests were performed. The test specimen was composed of a single-degree-of-freedom structure model, a shallow foundation and sub-soil deposits in a centrifuge container. The structure response directly measured from the test showed that a large rocking rotation occurred due to the soil-foundation interaction. Thus, the acceleration of the structure was significantly smaller than the fixed base structure response.

본 연구에서는 원심모형시험기를 이용하여 강원도 강릉시 소재 장현 저수지의 축소 모형에 대하여 월류 시 제체의 붕괴 거동 특성을 파악하고, 제체보호공법을 고찰하였다. 원심모형시험 시 모형 단면은 1/50로 축소하여 축조하였고 LVDT, 간극수압계를 설치한 후 월류시험을 수행하였다. 월류시험은 차수매트 보강방법에 따라 미설치 시, 상류사면 및 제정부근 설치 시, 상하류 사면 전체 설치 시 등으로 나누어 수행되었다. 원심모형시험 결과 차수매트 설치 시 제체의 세굴과 토사의 유출을 방지할 수 있다는 것을 확인하였으며, 특히 차수매트의 보강을 최소한으로 한 상류사면 및 제정부근 설치 시에 하류사면의 유실은 불가피하게 발생하지만 상·하류방향으로 발생되는 제체의 절단은 막을 수 있는 것으로 나타났다. 앞으로 자치단체 소관 소규모 저수지에서 집중호우로 인한 월류 상황 발생을 사전에 예측하여 제체보호공법을 적용한다면 우기 시 빈번하게 발생하던 저수지 붕괴 사고는 막을 수 있을 것이라 사료된다.