• Research Article

    Analysis of the Reinforcement Effect of Aging Reservoir Reinforced byEnvironmental Soil Stabilizer as Chemical Grouting Material

    친환경 지반안정재를 약액주입재로 사용하여 보강한 노후 저수지의 보강효과 분석

    Se-Min Kim, Se-Gwan Seo, Dae-sung Cho

    김세민, 서세관, 조대성

    In this study, a study related to laboratory and pilot test were performed to use an environmental soil stabilizer developed to induce ...

    본 연구에서는 산업부산물인 고로슬래그와 순환유동층 보일러의 연소재를 주재료로 사용하여 시멘트와 유사한 경화반응을 유도하도록 개발된 친환경 지반안정재를 약액주입재로 사용하기 위한 실내시험과 시험시공에 관련된 ...

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    In this study, a study related to laboratory and pilot test were performed to use an environmental soil stabilizer developed to induce a hardening reaction similar to that of Ordinary Portland Cement (OPC) by using industrial by-products of blast furnace slag and the combustion ash of a circulating fluidized bed boiler as the main material. For this, specimens were prepared using liquid A of sodium silicate and silica sol, and liquid B of an environmental soil stabilizer (or OPC), and laboratory tests were performed to analyze the strength and environmental characteristics. And pilot test was performed on the aging reservoir, field permeability test and electrical resistivity survey were performed in the field to analyze the applicability. As a result of the laboratory test, the homo-gel compressive strength of the chemical injection material using the environmental soil stabilizer as liquid B was about 2.88 to 3.23 times greater than that of OPC. In addition, the elution amount of most heavy metals was lower than that of OPC, and the survival rate in the fish, acute toxicity test was 100%. Therefore, when judged based on the results of the laboratory test, it was analyzed to be superior to OPC in terms of strength and environment. In the results of the pilot test in the aging reservoir, when the environmental soil stabilizer was reinforced with liquid B of the chemical injection material, the coefficient of permeability in the aging reservoir decreased to 1/50 level. In addition, as a result of the electrical resistivity survey, it was analyzed that the electrical resistivity inside the aging reservoir increased as time passed, the saturation zone disappeared, and the overall reinforcement.


    본 연구에서는 산업부산물인 고로슬래그와 순환유동층 보일러의 연소재를 주재료로 사용하여 시멘트와 유사한 경화반응을 유도하도록 개발된 친환경 지반안정재를 약액주입재로 사용하기 위한 실내시험과 시험시공에 관련된 연구가 진행되었다. 이를 위해 실내시험에서는 규산소다 및 실리카졸을 A액, 친환경 지반안정재(또는 OPC)를 B액으로 사용하여 시편을 제작하고, 실내시험을 실시하여 공학적・환경적 성능을 분석하였다. 그리고 실제 노후저수지에 시험시공을 실시하고, 현장에서의 투수시험, 전기비저항탐사를 실시하여 적용성을 분석하였다. 실내시험 결과, 친환경 지반안정재를 B액으로 사용한 약액주입재의 호모겔 압축강도는 보통 포틀랜드 시멘트와 비교하여 약 2.88~3.23배 큰 값을 나타내었다. 또한 대부분의 중금속 용출량이 보통 포틀랜드 시멘트와 비교하여 적고, 어독성 시험에서의 생존율도 100%로 나타났다. 따라서 실내시험 결과를 토대로 판단 할 때 OPC에 비해 강도적, 환경적으로도 우수한 것으로 분석되었다. 노후 저수지에서의 시험시공 결과에서는 친환경 지반안정재를 약액주입재의 B액으로 사용하여 보강한 경우, 저수지 내부에서의 투수계수는 1/50 수준까지 감소하였다. 그리고 전기비저항 탐사결과 노후 저수지 내부의 전기비저항은 시간이 경과함에 따라 증가하여 포화대는 사라졌으며, 전반적으로 보강되는 것으로 분석되었다.

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    June 2021
  • Research Article

    Numerical Evaluation of Geosynthetic Reinforced Column Supported Embankments

    개량체 기둥지지 성토공법의 지오그리드 보강효과에 대한 수치해석

    Duhwoe Jung, Sidong Jeong

    정두회, 정시동

    Pile or column supported embankments have been increasingly employed to construct highway or railway embankments over soft soils. Piles or columns of ...

    최근 연약지반에 도로 또는 철도 제방을 축조하는 경우 말뚝 또는 개량체 기둥을 연약지반에 설치한 후에 성토하는 말뚝(또는 기둥)지지 성토공법이 많이 ...

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    Pile or column supported embankments have been increasingly employed to construct highway or railway embankments over soft soils. Piles or columns of stiffer material installed in the soft ground can provide the necessary support by transferring the embankment load to a firm stratum using a soil arching. However, there has been reported to occur a relatively large differential settlement between the piles and the untreated soils. Geosynthetic reinforced pile or column supported embankment (GRPS) is often used to minimize the differential settlement. Two dimensional finite element anlyses have been performed on both the column supported embankments and the geogrid reinforced column supported embankments by using a PLAXIS 2D to evaluate the soil arching effect. Based on the results obtained from finite element analyses, the stress reduction ratio decreases as the area replacement ratio increases in the column supported embankments. For the geogrid reinforced column supported embankments, the geogrid reinforcemnt can reduce differential settlements effectively. In additon, the use of stiffer geogrid is appeared to be more effective in reducing the differential settlements.


    최근 연약지반에 도로 또는 철도 제방을 축조하는 경우 말뚝 또는 개량체 기둥을 연약지반에 설치한 후에 성토하는 말뚝(또는 기둥)지지 성토공법이 많이 적용되고 있다. 이 공법은 지반아칭 현상을 이용해서 제방하중의 상당한 부분을 말뚝 또는 기둥을 통해서 지지층으로 전달함으로써 기초지반의 전단파괴를 방지하고 또한 침하량을 효율적으로 경감시킬 수 있다. 그러나 말뚝 또는 기둥지지 성토제방의 경우 말뚝(또는 기둥)과 미개량 원지반 사이의 부등침하로 인하여 노면의 요철이 발생하는 문제점이 노출되었다. 이러한 부등침하를 경감시키기 위하여 토목섬유로 보강한 토목섬유보강 말뚝(또는 기둥)지지 성토공법을 적용하고 있다. 본 논문에서는 2차원 유한요소 프로그램인 PLAXIS 2D를 이용하여 시멘트 개량체 기둥으로 지지된 성토제방과 지오그리드를 이용해서 보강한 기둥지지 성토제방의 지반아칭 효과를 비교・분석하였다. 유한요소해석 결과 기둥지지 성토제방의 경우 면적치환비가 증가할수록 응력감소비가 감소하는 것을 알 수 있었다. 지오그리드로 보강한 기둥지지 성토제방의 경우 면적치환비와 지지형식에 따라 부등침하량과 응력감소비의 경감효과가 다소 간의 차이를 보이기는 하나 상대적으로 강성이 큰 지오그리드로 보강하였을 경우 부등침하량과 응력감소비 경감효과가 더 크게 나타났다. 그리고 지오그리드로 보강하면 부등침하를 효율적으로 경감시킬 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다.

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    June 2021
  • Research Article

    A Study on the Reinforcement Effect Analysis of Aging Reservoir using Grout Material recycled Power Plant Byproduct

    발전부산물을 재활용한 그라우트재의 노후 저수지 보강효과 분석에 관한 연구

    Se-Gwan Seo, Jong-Hwan An, Dae-sung Cho

    서세관, 안종환, 조대성

    In Korea, many reservoirs have been built for the purpose of solving the food shortage problem and supplying agricultural water. However, the ...

    우리나라는 식량부족문제를 해결하고, 농업용수의 공급을 목적으로 많은 저수지의 건설이 이루어졌으나, 현재 75.6%에 달하는 저수지가 준공년도로부터 50년 이상 경과되어 노후화가 심각한 ...

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    In Korea, many reservoirs have been built for the purpose of solving the food shortage problem and supplying agricultural water. However, the current 75.6% of the reservoirs are in serious aged as more than 50 years have passed since the year of construction. In the case of such an aging reservoir, the stability due to scour and erosion inside the reservoir is very reduced, and if concentrated rainfall due to recent abnormal weather occurs, the aging reservoir may collapse, leading to a lot of damage to property and human life. Accordingly, each agency that manages aging reservoirs uses Ordinary Portland Cement (OPC) as an injection material and applies the grouting method. However, in the case of OPC, it may deteriorate over time and water leakage may occur again. And there are environmental problems such as consumption of natural resources and generation of greenhouse gases. So, there is a need to develop new materials and methods that can replace the OPC. In this study, an laboratory test and analysis were performed on the grout material developed to induce a curing reaction similar to that of OPC by recycling power plant byproduct. In addition, test in the field such as electric resistivity survey, Standard Penetration Test (SPT), and field permeability test were performed to analyzed to reinforcement effect and determine the possibility of using instead of OPC. As a results of the test, in the case of recycled power plant byproduct, the compressive strength was 2.9 to 3.2 times and the deformation modulus was 2.3 to 3.3 times higher, indicating that it is excellent in strength and can be used instead of OPC. And it was analyzed that the N value of the reservoir was increased by 1∼2, and the coefficient of permeability (k) decreased to the level of 8.9∼42.5%. showing sufficient reinforcing effect in terms of order.


    우리나라는 식량부족문제를 해결하고, 농업용수의 공급을 목적으로 많은 저수지의 건설이 이루어졌으나, 현재 75.6%에 달하는 저수지가 준공년도로부터 50년 이상 경과되어 노후화가 심각한 상태이다. 이러한 노후 저수지의 경우, 제체 내부에서의 세굴과 침식으로 인한 안정성이 매우 감소한 상태이며, 최근 이상기후로 인한 집중강우가 발생할 경우 노후 저수지가 붕괴되어 많은 재산 및 인명피해로 이어질 수 있다. 이에 따라 노후 저수지를 관리하는 각 기관에서는 보통 포틀랜드 시멘트를 주입재로 사용하여 그라우팅 공법을 적용하고 있다. 그러나 보통 포틀랜드 시멘트의 경우, 시간이 경과함에 따라 열화가 발생하여 누수가 다시 발생할 수 있고, 환경적으로도 천연자원의 소비 및 온실가스의 발생과 같은 문제가 있어 보통 포틀랜드 시멘트를 대체할 수 있는 새로운 재료 및 공법의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 국내 산업기준을 만족하지 못해 재활용에 어려움을 겪고 있는 발전부산물을 활용하여 보통 포틀랜드 시멘트와 유사한 경화반응을 유도할 수 있도록 개발된 고화재를 노후 저수지의 그라우트재로 사용하였다. 이를 위해 실내시험을 통한 기본적인 성능 분석과 현장에서의 시험시공 후, 전기비저항탐사, 표준관입시험, 현장투수시험을 실시하고, 보강효과를 분석하였다. 연구결과, 발전부산물을 재활용한 그라우트재의 경우 압축강도는 2.9∼3.2배, 변형계수는 2.3∼3.3배 큰 값을 나타내어 강도적으로 우수하여 보통 포틀랜드 시멘트를 대체하여 사용이 가능한 것으로 분석되었다. 또한 현장에서의 표준관입시험 및 투수시험 결과, 제체의 N값은 1∼2 상승하고, 투수계수는 8.9∼42.5% 수준으로 감소하여 차수 측면에서도 충분한 보강효과를 나타내어 보통 포틀랜드 시멘트의 대체가 가능할 것으로 분석되었다.

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    June 2021
  • Research Article

    Sub-structuring Technique of High-speed Train-bridge Interaction Analysis for Foundation Design

    기초 설계를 위한 고속철도 교량-열차 상호작용 해석의 부구조화 기법

    Kang-Il Lee, Myung-Kwan Song

    이강일, 송명관

    In this paper, the sub-structuring technique-applied train-bridge interaction analysis model, which is formulated based on the simplified three-dimensional train-bridge interaction analysis model ...

    본 논문에서는 고속철도 교량-열차 상호작용 해석을 위한 단순 3 차원 상호작용 해석모델을 기반으로 하여 정식화한 부구조화 기법 적용 상호작용 해석모델을 제시한다. 부구조화 ...

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    In this paper, the sub-structuring technique-applied train-bridge interaction analysis model, which is formulated based on the simplified three-dimensional train-bridge interaction analysis model for high-speed bridge-train interaction analysis, is presented. In the sub-structuring technique, the super-structure and the supporting structure of railway bridges can be modeled as sub-structures, and train-bridge interaction analysis can be efficiently performed. As a train analysis model, two-dimensional train model is used, and the Lagrange equation of motion is applied to derive the equation of motion of two-dimensional train. In the sub-structuring technique, the number of degrees of freedom can be reduced by using the condensation method, thus reducing the time and cost for calculating the eigenvalues ​​and eigenvectors, and the time and cost for the subsequent calculation. In this paper, Guyan reduction method is used as sub-structuring technique. By combining simplified three-dimensional bridge-train interaction analysis and Guyan reduction method, the efficient and accurate bridge-train interaction analysis can be performed.


    본 논문에서는 고속철도 교량-열차 상호작용 해석을 위한 단순 3 차원 상호작용 해석모델을 기반으로 하여 정식화한 부구조화 기법 적용 상호작용 해석모델을 제시한다. 부구조화 기법에서는 철도 교량의 상부 구조와 지지 구조를 각각 부구조로 모델링하고, 열차-교량 상호작용 해석을 효율적으로 수행할 수 있다. 열차 해석 모델로는 2차원 열차 모델을 사용하고, Lagrange 운동방정식을 적용하여 2차원 열차의 운동방정식을 유도한다. 부구조화 기법에서는 응축 방법을 사용하여 자유도(Degree of freedom)의 수를 줄일 수 있으므로 고유 값 및 고유 벡터 계산을 위한 소요 시간 및 비용과 후속 계산의 소요시간 및 비용이 줄어든다. 본 논문에서는 부구조화 기법으로 Guyan 감소 방법을 사용한다. 단순 3 차원 교량-열차 상호작용 해석과 Guyan 감소 방법을 결합하여 효율적이고 정확한 교량-열차 상호작용 해석을 수행할 수 있다.

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    June 2021
  • Research Article

    A Study on the Optimal Pre-loading Calculation of Strut of Retaining Wall through Numerical Interpretation

    수치해석을 통한 흙막이벽체 버팀보의 최적 선행하중 산정에 관한 연구

    In Jong Moon, Seung Ju Jang, Kang Il Lee

    문인종, 장승주, 이강일

    As the utilization of the underground space is activated, deep excavation of ground has been conducted for the installation of underground structures ...

    지하공간의 활용이 활성화됨에 따라 지중구조물의 설치를 위해 깊은 굴착이 이루어지고 있으며, 굴착지반의 변형을 최소화하기 위해 흙막이벽체가 많이 활용되고 있다. 특히 도심지에서의 깊은 ...

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    As the utilization of the underground space is activated, deep excavation of ground has been conducted for the installation of underground structures, the earth retaining wall has widely used to minimize deformation of the excavated ground. In particular, as deep excavation is actively progressing in an urban area where structures are concentrated, methods to minimize the deformation of wall have been devised to prevent damage to the structure adjacent to the wall, and one of these methods is the pre-loading method. This method is a method of suppressing the deformation of wall by actively applying a load on the strut to be installed in wall, and research on this method has been conducted recently. However, although related studies have been actively conducted, the management standard for the pre-loading of bracing has not been clearly presented until now. In addition, since the working force in the strut may increase depending on the depth of excavation or the soil condition of the backfill, the magnitude of the pre-loading that can be applied to the brace may decrease. Nevertheless, the magnitude of the pre-loading (more than 50% of the working load) proposed by the previous research results has been uniformly applied to the strut. In this study, 3D finite element analysis was performed to evaluate the application range of the pre-loading of H-beam strut according to the soil conditions of backfill. As a result of the analysis, it was found that there is a very high possibility that a problem may occur in the stability of the structure of strut due to the earth pressure and the pre-loading when the soil condition is weak and deep excavation proceeds. And it was found that the application range of the pre-loading was 5%∼70% of the working load in strut.


    지하공간의 활용이 활성화됨에 따라 지중구조물의 설치를 위해 깊은 굴착이 이루어지고 있으며, 굴착지반의 변형을 최소화하기 위해 흙막이벽체가 많이 활용되고 있다. 특히 도심지에서의 깊은 굴착이 진행함에 따라 벽체에 인접한 구조물의 피해가 발생하지 않도록 벽체 변형을 최소화하기 위한 방법들이 강구되어 왔으며, 이들 방법 중 하나가 버팀 선행하중 공법이다. 이 공법은 벽체의 버팀에 주동적으로 하중을 가해 벽체 변형을 억제하는 방법으로, 최근까지 이 공법에 관한 연구가 진행되어 왔다. 그러나 관련된 연구가 활발히 진행되었음에도 불구하고, 현재까지 선행하중에 대한 명확한 관리기준이 마련되어 있지 않다. 또한 굴착 깊이가 깊거나 배면지반의 상태에 따라 버팀의 작용력이 증가할 수 있으므로, 버팀에 가할 수 있는 선행하중의 크기가 감소할 수 있다. 그럼에도 불구하고 기존 연구결과에서 제안하고 있는 선행하중의 크기(작용하중의 50%이상)를 버팀에 일률적으로 적용하고 있다. 본 연구에서는 벽체의 배면지반조건에 따른 H-빔 버팀보의 선행하중 적용범위를 평가하고자 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 해석결과, 연약한 지반조건이고 깊은 심도 굴착이 진행하는 경우 토압과 선행하중에 의한 버팀구조의 안정성에 문제가 발생할 가능성이 매우 큰 것으로 나타났다. 그리고 선행하중의 적용범위는 버팀 작용하중의 5%∼70%인 것으로 나타났다.

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    June 2021