In this study, centrifuge model tests were performed to evaluate the seismic response of multi-DOF structures with shallow foundations. Also, elastic time history analysis on the fixed-base model was performed and compared with the experimental results. As a result of the centrifuge model test, earthquake amplification at the fundamental vibration frequency of the soil (= 2.44 Hz) affected the third vibration mode frequency (= 2.50 Hz) of the long-period structure and the first vibration mode (= 2.27 Hz) of the short-period structure. The shallow foundation lengthened the periods of the structures by 14-20% compared to the fixed base condition. The response spectrum of acceleration measured at the shallow foundation was smaller than that of free-field motion due to the foundation damping effect. The ultimate moment capacity of the soil-foundation system limited the dynamic responses of the multi-DOF structures. Therefore, the considerations on period lengthening, foundation damping, and ultimate moment capacity of the soil-foundation system might improve the seismic design of the multi-DOF building structures.

PURPOSES : In this study, a numerical clogging model that can be used to realistically visualize the movement of particles in cylindrical permeability test equipment was proposed based on the system coupling of computational fluid dynamics with the discrete element method and experimental permeability test results. This model can also be used to simulate the interaction of dust particles with bedding particles. METHODS: A 4-way system coupling method with multiphase volumes of the fluid model and porous media model was proposed. The proposed model needs to consider the influence of flow on the dust particles, interaction between the dust particles, and interaction between the dust particles and bedding layer particles. The permeability coefficient of the bedding layer in cylindrical permeability test equipment was not calculated by using the permeability test result, but was estimated by using the particle packing model and Ergun model. RESULTS : The numerical simulation demonstrated a good agreement with the experimental test results in terms of permeability and drain time. Additionally, the initial movement of particles due to the sudden drain hole opening was successfully captured by the numerical model. CONCLUSIONS : A 4-way coupling model was sufficient to simulate the water flow and particle movement in cylindrical permeability test equipment. However, additional tests and simulation are required to utilize the model for more realistic block pavement systems.

PURPOSES : In this study, a series of fundamental falling head permeability tests were conducted on a binary particle mix bedding to determine the minimum water level, bedding layer thickness, and amount of dust that can result in the stable permeability with high repeatability. The determined condition is used to develop a CFD-DEM coupled clogging model that can explain the movement of dust particles in flowing water of a block pavement system. METHODS: A binary particle mixture is utilized to experimentally simulate an ideal bedding layer of a block pavement system. To obtain a bedding layer with maximum packing degree, the well-known particle packing degree model, i.e., the modified Toufar model, was utilized. The permeability of the bedding layer for various water levels, bedding layer thicknesses, and amounts of dust was calculated. The permeability for a small water level drop was also plotted to evaluate the effect of dust on the bedding layer clogging. RESULTS: It was observed that a water level of 100 mm, bedding depth of 70 mm, and dust amount of 0.3 g result in a stable permeability condition with high repeatability. The relationship between the minimum dust amount and surface clogging of the bedding layer was suggested based on the evaluation of the volumetric calculation of the particle and void and the permeability change in the test. CONCLUSIONS: The test procedure to determine the minimum water level, bedding thickness, and dust amount was successfully proposed. The mechanism of clogging on the surface of the bedding layer was examined by relating the volumetric characteristics of dust to the clogging surface.

Soil-foundation-structure interaction (SFSI) is one of the important issues in the seismic design for evaluating the exact behavior of the system. A seismic design of a structure can be more precise and economical, provided that the effect of SFSI is properly taken into account. In this study, a series of the dynamic centrifuge tests were performed to compare the seismic response of the single degree of freedom(SDOF) structure on the various types of the foundation. The shallow and pile foundations were made up of diverse mass and different conjunctive condition, respectively. The test specimen consisted of dry sand deposit, foundation, and SDOF structure in a centrifuge box. Several types of earthquake motions were sequentially applied to the test specimen from weak to strong intensity of them, which is known as a stage test. Results from the centrifuge tests showed that the seismic responses of the SDOF structure on the shallow foundation and disconnected pile foundation decreased by the foundation rocking. On the other hand, those on the connected pile foundation gradually increased with intensity of input motion. The allowable displacement of the foundation under the strong earthquake, the shallow and the disconnected pile foundation, have an advantage in dissipating the earthquake energy for the seismic design.

스파이럴 기초를 국내 온실 기초로 사용한 사례는 거의 없으며 일본에서 스파이럴을 온실 기초로 사용한 사례가 있다. 현재 국내에서는 스파이럴 기초가 다른 분야에서 연약지반 보강 기초로 많이 사용되고 있어, 앞으로 온실기초의 보강을 위한 기초로 활용 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 스파이럴 기초의 기초 설계 자료를 제공할 목적으로 모형실험을 통해 기초의 매립깊이, 흙의 다짐률, 스파이럴 직경, 흙에 따른 인발하중 측정결 과를 비교분석하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다. 농경지 및 간척지 흙의 극한 인발저항력 비교결과 농경지 흙이 간척치 흙보다 상대적으로 1.2~3.0배 더 큰 값을 나타냈다. 또한 두 흙 모두 매립깊이, 다짐률이 증가할수록 극한 인발저항력은 증가하는 경향을 관찰할 수 있었고, 모두 비슷한 하중-변위 곡선을 보였다. 실험조건에 따른 극한 인발저항력은 매립깊이 증가에 따른 인발 하중 상승효과 보다 직경 크기 증가에 따른 상승효과가 더 크게 나타났다. 그리고 다짐률 증가에 따른 극한 인발저항력은 다른 조건들에 비해서 증가 폭이 상당히 큰 경향을 보였다. 따라서 일반적인 농경지뿐만 아니라 간척지와 같이 연약지반에 스파이럴 기초를 설치할 경우에도 기초의 매립깊이, 다짐율, 스파이럴 직경 등을 증가 시키면 인발저항력이 높아져 연약지반 보강 기초로 사용 가능 할 것으로 판단된다.

연약지반 도로의 파손 유형으로는 잔류침하로 인한 도로요철, 균열, 도로성토사면붕괴, 부등침하, 지반 함몰 및 도로파손등이 발생하고 있다. 현재 연약지반처리 후 잔류침하를 고려하여 단계별로 도로시공을 하는 점진공법(Stage Construction)을 사용하고 있으나 연약지반처리에 2년 이상의 시공기간 및 연약지반의 처리와 유지관리에 많은 비용이 소요된다. 이에 말뚝기초를 이용 할 경우 기존의 프리로딩, 드레인, 치환 등 연약지반처리과정을 생략하여 연약지반에 도로시공이 가능하며 또한 기존의 노상, 보조기층, 기층, 표층으로 구성된 포장단면을 경량콘크리트기층, 표층으로 단순화하여 시공과정을 단순화 및 도로건설용 재료절감효과를 기대할 수 있을 것이다. 말뚝기초의 경우 충격하중, 지진하중 등에 의하여 상당한 크기의 횡하중을 받게 되며, 따라서 이러한 연직하중을 받는 말뚝에 대하여서는 일찍부터 연구되어 설계에 유효하게 활용되고 있다. 그러나 말뚝에 의하여 지지되고 있는 구조물이 토압, 풍압, 파력 등을 받게 되면 말뚝상부에는 연직하중뿐만 아니라 횡하중과 모멘트도 동시에 작용하게 된다. 이러한 횡하중과 모멘트 하중을 받는 말뚝의 과도한 변위나 파괴는 상부구조물에 심각한 영향을 미칠 수 있으므로 이에 대한 검토가 수반되어야 한다. 본 연구에서는 연약지반에서의 경량콘크리트포장을 적용할 때의 안전성 평가를 위해 실제 포장체 사이즈의 1/30으로 축소한 모형을 이용하여 시험을 실시하였다. 모형토조를 이용하여 연약지반을 조성하였고 말뚝의 압축재하시험 중 완속재하시험방법을 사용하여 실험하였다.

근래에 3D 프린터를 활용한 3D모형물의 정밀한 공정이 가능하게 되어 활용도가 높아지고 널리 보급되었다. 이에 따라 3D프린터가 각종 의학, 공업 분야 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 3D프린터는 레이어를 한 장씩 쌓는 방식으로 모형물을 제작하기 때문에 정밀하고 세밀한 공정이 가능하여 실물과 흡사한 모형물을 제작할 수 있다. 이 모형을 이용한 실험결과는 토석류 저감 시설 개발에 이용할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 3D프린터의 특성을 활용하여 토석류 유출 저감 시설 모형을 제작하고 그것을 활용한 토석류실험을 진행하기 위한 기초연구를 진행하였다. 먼저 3D CAD를 이용하여 실험에 사용될 토석류 유출저감 시설의 실제 단면을 설계하고 실험수로에 적합한 축척으로 단면을 조정하여 최종 설계 단면을 완성하였다. 이를 토대로 3D 프린터를 활용하여 모형을 제작하였다. 모형 제작시 유출저감 시설의 형태와 제작 난이도에 따라 분류하여 부분적 혹은 전체를 제작하여 완성하는 형태로 모형 제작을 진행하였다.