본 논문에서는 기 발표된 연구를 바탕으로 도로하부구조 안정처리기법 적용시 아스팔트 포장에서의 구조적인 거동을 비교 분석하였다. 도로하부재료의 비선형성을 고려한 유한요소법을 활용하여 단축 표준하중 하에서 공용성 지수를 추정하였으며 안정처리된 지반재료의 물리적 역학적 성질들은 실내시험 결과를 통하여 평가되었다. 유한요소 수치해석에 기초한 분석을 통하여 다양한 층두께와 안정제 함량에 따라 포장체에서 변형에 기초한 반응을 분석하였다. 결과 안정처리된 도로에 대한 구조적인 성능은 층두께와 안정제 함량에 따라 많은 영향을 받고 있었으며 결과를 분석하여 조립질 도로하부 안정처리인 경우에 대한 안정처리층의 적정한 두께와 안정제의 최소함량을 각각 제안하였다.

하부구조 안정처리 기법은 도로포장의 공용성을 증대시킬 뿐만 아니라 상부 포장층의 두께 절감할 수 있는 효과가 있다. 하부구조의 지반재료에 적절한 종류의 안정제를 배합함으로써 새로운 형태의 공학적인 지반재료를 구성하여 구조적 및 경제적으로 효과적인 층 구조를 형성하게 할 수 있다. 기존에는 안정처리기법을 경험에 근거하여 적용하여 왔으며 또한 설계시 본 기법을 적용할 수 있는 기준이 정립되어 있지 않다. 본 논문의 목적은 도로하부 지반재료에 적용을 위한 안정처리제의 역학적 특성을 평가하여 최적의 함량을 결정하고자 한다. 국내 포장하부구조의 대부분을 차지하고 있는 조립질 지반을 선정하여 안정제 혼합시 강도 및 변형특성을 일축압축실험과 반복재하식 회복변형계수 실내실험을 통하여 각각 알아보았다. 일축압축 실험결과, 안정제를 사용한 안정처리방법의 효과가 입도조정 안정처리 기법에 비하여 약 10배 이상의 일축압축강도가 증가 하는 것으로 나타났다. 또한 안정처리시 회복변형계수는 원시료와 비교하여 약 6×10배 이상 증가하며, 체적응력과 축차응력 그리고 안정제의 함량이 커질수록 증가하는 경향을 나타내었다.

교통하중하의 포장구조체에 대한설계나 비선형해석에 있어 도로하부재료의 회복변형특성이 활용되고 있으나 국내에서는 관련연구가 매우 미진한 실정이다. 또한 매우 제한적인 범위의 자료만이 회복탄성계수를 추정하는데 활용되고 있어 본 연구에서는 도로기초 지반재료인 보조기층과 노상토를 대상으로 비선형특성을 파악하기 위한 반복재하 회복탄성계수 시험을 실시하였다. 또한 이를 토대로 응력조건을 고려한 회복탄성계수 예측모델과 적합한 응력의존 모델을 결정하고 이를 이용하여 유한요소 해석방법을 활용하여 포장체 및 도로하부 지반재료에 대한 거동을 파악하였다.

본 연구에서는 액상화-종방향 영구지반변형에 대한 지중매설관로의 거동특성을 해석하기 위하여 수치해석 알고리즘을 개발하였다. 기존의 연구결과가 간략한 해석식의 제안을 중심으로 진행되어 왔으며 영구지반변형의 형상과 폭에 따라 해석방법이 달라지는 단점을 가지고 있었던 것을 고려한다면, 개발된 수치해석 기법은 다양한 영구지반변형의 형상과 폭을 단일한 알고리즘 내에서 처리할 수 있다는 특징을 가지고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 연속관 형태의 지중매설관로와 주변지반을 보요소와 등가지반강성으로 표현되는 탄-소성 지반 스프링을 이용하여 모형화하였으며, 지진발생시 실측된 지반변형에 기초하여 영구지반변형의 형상을 5가지의 대표적인 형태로 이상화하여 고려하였다. 국내 계기지진피해사례의 부족으로 인하여 영구지반변형의 크기와 지반변형의 폭은 기존의 연구결과를 참조하여 설정하였으며, 국내에서 사용되는 일반적인 강관을 대상으로 지반변형의 형상과 크기 및 폭, 매설관로의 관경, 관두께 등을 변화시켜 가면서 다양한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과, 종방향 영구지반변형에 대한 매설관로의 거동에 미치는 주요 인자들의 영향정도를 평가할 수 있었다.

지진파 전파로 인한 매설관에 작용하는 지진하중은 지진특성 및 지반조건에 따른 지반변형률로부터 산정되어야 한다. 그러나. 기존에 사용되고 있는 경험적인 방법에 의해 계산된 지반변형률 모형은 지진 및 지반의 지역적 특수성을 고려할 수 없는 문제점을 내포하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 지진특성 및 지반조선을 반영할 수 있는 수정된 지반변형률 모형을 제안하고 개발된 모형을 매설관로의 지진해석에 지진하중으로 적용하였다. 여기서, 지반변형률을 예측하기 위한 지진판 전파속도는 지반조건을 고려할 수 있도록 파 에너지분포에 근거한 분산곡선을 제안하여 산정하였다. 이러한 과정을 통해 얻어진 지반변형률 산정방법에 타당성을 파악하기 위해 예측한 지반변형률과 과거 지진으로 실측된 지반변형률을 비교하였다. 타당성이 입증된 지반변형률 모형을 매설관의 하중으로 적용하여 지진해석을 실시하였으며, 계산결과는 범용 유한요소해석을 통한 동해석 및 응답변위법에 의한 결과와 비교하였다. 이를 통해 지반 변형률 모형을 적용한 매설관 지진해석의 타당성을 검증하였다. 또한, 지진 및 지반환경이 다른 다양한 관의 특성을 반영하기 위해, 지진 지반 및 관의 영향 인자에 대해 매개변수 해석에 실시되었으며, 이로써 본 연구의 활용성을 검토하였다.