성토체를 지지하는 DCM 기둥의 휨거동에 관한 유한요소해석
- Alternative Title
- Finite Element Analysis on the Bending Behavior of DCM Column Supported Embankment
- Abstract
- Finite Element Analysis on the Bending Behavior of DCM Column Supported Embankment
Min-Gil, Lee
Department of Civil Engineering, Graduate School
Pukyong National University
Abstract
Currently, the stability analysis of embankments founded on soft ground stabilized with DCM (Deep Cement Mixing) columns has been performed based on a limit equilibrium analysis by using a composit shear strength. Recent research efforts based on centrifuge tests, numerical analyses, and case studies revealed that the group of DCM columns might fail by several failure modes governed not only by shear failure but also by bending or tilting failure. So, the applicability of current practice for the stability analysis of embankments founded on soft ground stabilized with DCM columns is uncertain. Therefore, the bending capacity of DCM columns needs to be incorporated in the stability analysis.
Two-dimensional finite element analysis has been performed to investigate the bending behavior of DCM columns due to embankment loading. Prior to performing finite element analysis, the validity of numericalmodels adopted in this study has been verified by comparing the results obtained from the finite element analysis to those measured from the centrifuge model test performed by Inagaki et al. (2002) The effect of several factor on the behavior of DCM columns has been evaluated through the finite element analysis. The factor evaluated in the study included the area replacement tario, the type of column, and the inclusion of geogrid over columns. Based on the results of the study, the factors considered in the study has affected the bending behavior of DCM columns. The settlement and lateral deflection of soil is decreased as the area replacement ratio is increased. The stress reduction ratios significantly decreased as the area replacement ratio is increased. The type of column end conditions has also affected both the settlement and the lateral deflection of soil. The inclusion of geogrid can reduce the lateral deflection of soil, but the settlement of soil is nor affected by the inclusion of geogrid. Also, the inclusion of geogrid can reduce the shear stress and the bending moment of DCM columns. The bending moment is increased as the stiffness of DCM column is increased.
- Issued Date
- 2013
- Awarded Date
- 2013. 2
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 토목공학과
- Advisor
- 정두회
- Table Of Contents
- 목 차
표 목 차 ⅰ
그 림 목 차 ⅱ
Abstract ⅴ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 및 범위 3
제 2 장 연구동향 4
제 3 장 이론적 고찰 12
3.1 쇄석 기둥으로 지지된 성토제방의 안정해석 12
3.1.1원호활동 해석법 13
3.1.2 평균전단강도법 15
3.1.3 Profile method 17
3.1.4 안정해석법의 비교 19
3.2 시멘트 개량체 기둥으로 지지된 성토제방의 안정해석 20
3.2.1 시멘트 개량체 기둥에 대한 설계과정 22
제 4 장 해석기법의 검증 30
4.1 모형시험에 대한 해석기법의 검증 30
4.1.1 Inagaki 등 (2002)의 원심모형시험 30
4.1.2 Inagaki 원심모형시험에 대한 수치해석자료 검토 32
4.2 수치해석 35
4.2.1 3차원 유한요소해석 모델 35
4.2.2 2차원 유한요소해석 모델 37
4.3 원심모형시험 결과와 수치해석 결과의 비교 40
제 5 장 2차원 유한요소해석 43
5.1 해석조건 43
5.2 해석결과 50
5.2.1 침하량 50
5.2.2 측방향 변위 53
5.2.3 수직응력 64
5.2.4 전단응력 66
5.2.5 휨모멘트 72
5.2.6 휨모멘트 저항력 78
5.2.7 성토체의 강성 변화에 따른 결과 84
5.2.8 개량체 기둥의 강성 변화에 따른 결과 91
제 6 장 결론 98
참 고 문 헌 100
감 사 의 글 101
표 목 차
표 2.1 Miyake 등(1991)이 수행한 원심모형시험 조건 5
표 4.1 Inagaki 등 (2002)이 제시한 재료 물성치 31
표 4.2 수치해석에 사용된 재료 물성치 34
표 5.1 유한요소해석에 사용된 매개변수 조건 44
표 5.2 유한요소해석에 사용된 DCM 개량체 기둥의 치환율 45
표 5.3 지오그리드의 물성치 45
그 림 목 차
그림 2.1 Miyake 등(1991)이 수행한 원심모형시험의 개요 5
그림 2.2 Kitazume 등(1996)의 원심모형시험 개요 6
그림 2.3 Kitazume 등(2000)의 원심모형 시험에서 나타난 시멘트
개량체 기둥의 전도 및 휨파괴 전경 7
그림 2.4 원심모형시험 결과와 원호활동해석 결과의 비교 8
그림 2.5 Inagaki 등(2002)의 원심모형시험 개요 10
그림 2.6 개량체 기둥의 파괴모드(Kivelo, 1998) 11
그림 3.1 원호활동면의 형상 13
그림 3.2 쇄석기둥의 스트립 모델(Barksdale and Bachus, 1983) 18
그림 3.3 원호활동면 20
그림 3.4 안정처리한 지반의 전단강도 발휘 (Kivelo, 1998) 22
그림 3.5 활동영역의 영역구분(Kivelo, 1998) 25
그림 3.6 도로 제방의 원호활동영역 구분(Ruin, 2002) 25
그림 3.7 석회-시멘트 개량체 기둥으로 지지된 성토제방에 대한
안정해석 흐름도(EuroSoilStab, 2002) 27
그림 3.8 주열식 개량체 기둥의 설계 흐름도(CDIT, 2002) 28
그림 3.9 말뚝식 개량체 기둥의 활동파괴 해석(CDIT, 2002) 29
그림 4.1 Inagaki의 원심모형실험 30
그림 4.2 수치해석 모형 32
그림 4.3 3차원 유한요소망 35
그림 4.4 3차원 해석 단면 결과 측정위치 36
그림 4.5 등가환산단면의 폭 38
그림 4.6 2차원 유한요소망 39
그림 4.7 측방향변위 결과 비교 42
그림 5.1 DCM 개량체의 보강위치 구분 44
그림 5.2 각 수치모형에 따른 해석단면 46
그림 5.3 지오그리드 보강에 따른 선단부상형식의 요소망 형상 48
그림 5.4 지오그리드 보강에 따른 선단지지형식의 요소망 형상 49
그림 5.5 침하량 결과 측정위치 50
그림 5.6 Zone B의 치환율에 따른 침하량 분포 52
그림 5.7 측방향변위 결과 측정위치 53
그림 5.8 치환율에 따른 측정지점 Ⓐ에서의 측방향 변위 56
그림 5.9 치환율에 따른 측정지점 Ⓑ에서의 측방향 변위 57
그림 5.10 치환율에 따른 측정지점 Ⓒ에서의 측방향 변위 59
그림 5.11 치환율에 따른 측정지점 Ⓓ에서의 측방향 변위 60
그림 5.12 각 측정지점에서 최대변위의 크기 63
그림 5.13 지오그리드가 설치된 경우 하중전이 매커니즘 64
그림 5.14 지지형식, 치환율 및 지오그리드 보강에 따른 응력감소비 65
그림 5.15 지지형식에 따른 전단응력의 측정위치 66
그림 5.16 치환율에 따른 측정지점 Ⓐ에서의 전단응력분포 69
그림 5.17 치환율에 따른 측정지점 Ⓑ에서의 전단응력분포 70
그림 5.18 각 측정지점에서 최대 전단응력의 크기 71
그림 5.19 치환율에 따른 측정지점 Ⓐ에서의 휨모멘트 75
그림 5.20 치환율에 따른 측정지점 Ⓑ에서의 휨모멘트 76
그림 5.21 지지형식, 치환율 지오그리드 보강에 따른 77
그림 5.22 DCM 개량체 기둥에 작용하는 응력분포 78
그림 5.23 DCM 개량체 기둥에 작용하는 축력분포 79
그림 5.24 치환율에 따른 측정지점 Ⓐ에서의 휨모멘트 저항력 82
그림 5.25 치환율에 따른 측정지점 Ⓑ에서의 휨모멘트 저항력 83
그림 5.26 성토체 강성 변화에 따른 침하량 85
그림 5.27 성토체 강성 변화에 따른 응력감소비 85
그림 5.28 성토체의 강성 변화에 따른 측방향 변위 87
그림 5.29 성토체 강성 변화에 따른 전단응력분포 88
그림 5.30 성토체 강성 변화에 따른 휨모멘트 분포 89
그림 5.31 성토체 강성 변화에 따른 휨모멘트 저항력 분포 90
그림 5.32 개량체 기둥 강성 변화에 따른 침하량 92
그림 5.33 개량체 기둥 강성 변화에 따른 응력감소비 92
그림 5.34 개량체 기둥의 강성 변화에 따른 측방향 변위 94
그림 5.35 개량체 기둥 강성 변화에 따른 전단응력분포 95
그림 5.36 개량체 기둥 강성 변화에 따른 휨모멘트 분포 96
그림 5.37 개량체 기둥 강성 변화에 따른 휨모멘트 저항력 분포 97
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