• Evaluation of the Mechanical Characteristics of Frozen Sand, Considering Temperature and Confining Pressure Effects, in a Cryogenic Triaxial Compression Test

    동결 삼축압축시험을 통한 동결 사질토의 온도 및 구속압력에 따른 역학적 특성 평가

    Park, Sangyeong, Jung, Sanghoon, Hwang, Chaemin and Choi, Hangseok

    박상영, 정상훈, 황채민, 최항석

    Most studies have conducted cryogenic triaxial compression tests with frozen specimens prepared in a separate mold by one-directional freezing. This method has …

    대부분의 선행연구는 동결 삼축압축시험 수행 시, 몰드를 사용하여 시료를 조성하고 단방향으로 동결을 진행하였다. 이는 동결된 시료에 잔류응력이 발생할 가능성이 있기 때문에 인공동결공법이 …

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    Most studies have conducted cryogenic triaxial compression tests with frozen specimens prepared in a separate mold by one-directional freezing. This method has the potential to generate residual stress in a frozen specimen and cannot be adopted to simulate the application of the artificial ground freezing method in the field. Therefore, in this study, novel equipment and procedure for the cryogenic triaxial compression test were proposed to overcome the limitations of existing test methods. Therefore, the mechanical characteristics of frozen sand, considering the effect of temperature and confining pressure, were evaluated. As the freezing temperature decreased, the brittleness of frozen sand increased, and the strength increased due to a decrease in the unfrozen water content and an increase in the ice strength. A higher confining pressure resulted in an increase in interparticle friction and the pressure melting phenomenon, which caused strength reduction. Thus, it was found that the mechanical behaviors of frozen sand were simultaneously affected by both temperature and confining pressure.


    대부분의 선행연구는 동결 삼축압축시험 수행 시, 몰드를 사용하여 시료를 조성하고 단방향으로 동결을 진행하였다. 이는 동결된 시료에 잔류응력이 발생할 가능성이 있기 때문에 인공동결공법이 적용된 지반을 모사하는데 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 시험방법의 한계를 보완할 수 있는 시험장비 및 시험방법을 제안하고, 제안된 방법으로 온도 및 구속압력에 따른 동결 사질토의 역학적 특성을 평가하였다. 동결온도가 낮아질수록 동결 사질토는 취성이 증가하였고, 부동수분의 감소 및 얼음자체의 강도 증가로 인하여 강도가 증가하였다. 구속압력의 증가는 강도저감 효과를 발생시키는 압력융해 현상과 강도증진 효과를 발생시키는 흙 입자의 마찰력 증가 모두를 야기하였다. 이처럼 동결 사질토의 역학적 거동은 구속압력과 동결온도의 복합적인 영향을 받는 것으로 나타났다.

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    31 August 2022
  • Characterization of Deep Shear Wave Velocity Profiles in the Gimhae Plains Using the Microtremor Array Method

    상시미동 표면파 분석에 의한 김해평야 퇴적층 심부 전단파 속도 결정

    Kim, Jae Hwi and Jeong, Seokho

    김재휘, 정석호

    To characterize the dynamic properties of Gimhae Plains sediments, we calculated natural frequencies using microtremor horizontal-to-vertical spectral ratios and derived shear wave …

    김해평야 퇴적층의 동적 특성을 결정하기 위해 6개의 위치에서 상시미동 수평-수직비(HVSR)법으로 지반 고유진동수(f0)를 도출하고 High frequency f-k방법과 Modified Spatial Autocorrelation …

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    To characterize the dynamic properties of Gimhae Plains sediments, we calculated natural frequencies using microtremor horizontal-to-vertical spectral ratios and derived shear wave velocity profiles by inversion of Rayleigh-wave dispersion curves obtained by the high frequency-wavenumber and modified spatial autocorrelation methods. Our results suggest that in this region, strong amplification of ground motion is expected in the vibration frequency (f ≥ 1 Hz). Additionally, obtained velocity profiles show that shear wave velocities are ~200 and 400 m/s for the shallow marine and old fluvial sediments, respectively. Bedrock is possibly encountered at depths of 60-100 m at most sites. We developed a simplified shear wave velocity model of shallow sediments based on the obtained profiles. Our results suggest that a large area in the Gimhae Plains could be categorized as an S6 site based on the Korean seismic design code (KDS 17 10 00).


    김해평야 퇴적층의 동적 특성을 결정하기 위해 6개의 위치에서 상시미동 수평-수직비(HVSR)법으로 지반 고유진동수(f0)를 도출하고 High frequency f-k방법과 Modified Spatial Autocorrelation 방법을 적용하여 상시미동 기반 표면파 분석을 수행하였다. 레일리파 분산곡선과 지반 고유진동수를 바탕으로 역해석을 실시하여 전단파 속도 주상도를 도출하였다. 분석 결과에 의하면 김해평야 퇴적층 지역은 1hz 이상의 진동수 대역에서 상당한 규모의 지반운동 증폭이 예상된다. 천부 퇴적층은 대체로 200m/s 내외의 전단파 속도를 보이고 60m~100m 사이의 깊이에서 기반암이 존재할 것으로 추정되며, 다수의 위치에서 천부 퇴적층과 기반암 사이에 Vs=400m/s 가량의 하성 퇴적층이 존재하는 것으로 나타났다. 역해석 결과를 바탕으로 김해평야 퇴적층의 전단파 속도-깊이 모델을 도출하였으며, 본 연구에 따르면 김해평야 퇴적층 지역에서 내진설계일반(KDS 17 10 00)의 S6지반에 해당하는 위치의 면적은 상당할 것으로 예상된다.

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    31 August 2022
  • Finite Element Analysis based on the Macroelement Method for the Design of Vacuum Consolidation

    진공압밀공법 설계를 위한 Macro-element법 기반 유한요소해석

    Kim, Hayoung and Kim, Kyu-Sun

    김하영, 김규선

    A three-dimensional analysis is required to interpret the drainage behavior of an improved ground with vertical drains, and the macroelement method enables …

    연직배수재로 개량된 지반의 배수거동을 해석하기 위해서는 3차원 해석이 필요한데, Macro-element법을 이용하면 2차원 평면변형 조건으로 연직배수재의 3차원 배수효과를 고려한 효과적인 해석이 가능하다. 본 …

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    A three-dimensional analysis is required to interpret the drainage behavior of an improved ground with vertical drains, and the macroelement method enables efficient interpretation considering the three-dimensional drainage effect of vertical drains under two-dimensional plane strain condition. In this study, a novel finite element analysis program was developed by applying the macroelement method to the vacuum consolidation method used in ground improvement practice. The conventional macroelement method was used to calculate the amount of drainage from the vertical drain by setting the excess porewater pressure in the drainage material to zero; however, the program developed in this study was improved to consider negative excess porewater pressure as an actual vacuum consolidation condition. To verify the performance of the program, because of a comparison with the measurement values at the site where the vacuum consolidation method was applied, results predicted by the program and field measurement data showed similar settlement behavior.


    연직배수재로 개량된 지반의 배수거동을 해석하기 위해서는 3차원 해석이 필요한데, Macro-element법을 이용하면 2차원 평면변형 조건으로 연직배수재의 3차원 배수효과를 고려한 효과적인 해석이 가능하다. 본 연구에서는 지반개량에서 적용되는 진공압밀공법에 Macro-element법을 적용하여 새로운 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. 기존의 Macro-element법은 배수재의 과잉간극수압을 0으로 하여 연직배수량을 산정하였으나, 본 연구에서 개발된 프로그램은 부(-)의 과잉간극수압을 실제 진공압밀 조건과 동일하게 고려할 수 있도록 개선하였다. 프로그램의 성능 검증을 위해 진공압밀공법 적용 현장의 계측치와 비교한 결과, 프로그램으로 예측한 결과와 현장 계측데이터는 동일한 침하거동을 나타내었다.

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    31 August 2022
  • Prediction of Slope Failure Arc Using Multilayer Perceptron

    다층 퍼셉트론 신경망을 이용한 사면원호 파괴 예측

    Ma, Jeehoon and Yun, Tae Sup

    마지훈, 윤태섭

    Multilayer perceptron neural network was trained to determine the factor of safety and slip surface of the slope. Slope geometry is a …

    사면의 안전율과 임계활동면을 다층 퍼셉트론 신경망(multi-layer perceptron, MLP)을 이용하여 구할 수 있도록 훈련하였다. 사면의 형상은 한국의 설계기준을 참고한 단순 사면으로, 건조한 경우와 …

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    Multilayer perceptron neural network was trained to determine the factor of safety and slip surface of the slope. Slope geometry is a simple slope based on Korean design standards, and the case of dry and existing groundwater levels are both considered, and the properties of the soil composing the slope are considered to be sandy soil including fine particles. When curating the data required for model training, slope stability analysis was performed in 42,000 cases using the limit equilibrium method. Steady-state seepage analysis of groundwater was also performed, and the results generated were applied to slope stability analysis. Results show that the multilayer perceptron model can predict the factor of safety and failure arc with high performance when the slope’s physical properties data are input. A method for quantitative validation of the model performance is presented.


    사면의 안전율과 임계활동면을 다층 퍼셉트론 신경망(multi-layer perceptron, MLP)을 이용하여 구할 수 있도록 훈련하였다. 사면의 형상은 한국의 설계기준을 참고한 단순 사면으로, 건조한 경우와 지하수위가 존재하는 경우를 모두 고려하였으며 사면을 구성하는 토질의 물성은 세립분을 포함한 사질토로 고려하였다. 훈련에 필요한 데이터를 만들 때 한계평형해석법을 이용하여 42,000가지 경우의 사면안정해석을 수행하였고, 지하수위가 고려된 도메인의 해석에서 불포화토의 모관흡수력으로 인한 유효응력 증가를 고려하였다. 지하수와 유효응력의 분포를 사면안정해석에 적용할 수 있도록 정상상태 침투 해석을 수행하였다. 사면을 표현하는 물성을 입력하면 안전율과 원호 파괴면을 예측할 수 있는 MLP 모델과 모델의 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 방법을 제시하였다.

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    31 August 2022
  • VS Prediction Model Using SPT-N Values and Soil Layers in South Korea

    표준관입시험 및 시추공 정보를 이용한 국내 전단파속도 예측

    Heo, Gi-Seok and Kwak, Dong-Youp

    허기석, 곽동엽

    The national ground survey database (GeoInfo) distributes numerous ground survey data nationwide. Many standard penetration test results exist in this database; however, …

    국토지반정보 통합DB센터(GeoInfo)는 전국 건설현장에서 생산되는 많은 수의 지반조사결과 자료를 배포하고 있다. GeoInfo에는 많은 수의 표준관입시험(Standard Penetration Test, SPT) 자료가 존재하지만, 전단파속도(VS …

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    The national ground survey database (GeoInfo) distributes numerous ground survey data nationwide. Many standard penetration test results exist in this database; however, the number of shear wave velocity (VS) data is small. Hence, to use abundant standard penetration test-N values to predict VS, this study proposed a new empirical N-VS relationship model using GeoInfo data. The proposed N-VS model is a single equation regardless of geological layer types; the layer type only specifies the upper limit of VS. To validate the proposed model, residual analysis was performed using a test dataset that was not used for the model development. Therefore, this study’s proposed model performed better than N-VS models from previous studies. Since the N-VS model in this study was developed using sufficient data from GeoInfo, we expect that it is the most applicable to GeoInfo dataset for VS prediction.


    국토지반정보 통합DB센터(GeoInfo)는 전국 건설현장에서 생산되는 많은 수의 지반조사결과 자료를 배포하고 있다. GeoInfo에는 많은 수의 표준관입시험(Standard Penetration Test, SPT) 자료가 존재하지만, 전단파속도(VS) 데이터는 아직 부족한 실정이다. 따라서 풍부한 SPT 데이터로부터 VS를 예측하기위해 본 연구에서는 GeoInfo에서 배포하는 자료를 이용하여 새로운 N-VS 모델을 제안하였다. 본 연구는 지층 또는 토층에 구분없이 하나의 모델을 제안한다. 단, 지층에 따라 VS의 최대값을 설정하여 N치의 과대 예측에 의한 VS의 과대 예측을 방지하였다. 모델 개발에 사용하지 않은 검증용 데이터를 활용하여 선행연구에서 제시한 N-VS모델과 본 연구에서 개발한 모델을 비교해 본 결과, 본 연구에서 제안한 모델이 가장 우수한 성능을 보여주었다. 제안한 N-VS 모델은 GeoInfo의 많은 데이터로부터 유추된 경험식이기에 GeoInfo의 SPT 데이터를 VS로 변환하는데 가장 적합할 것으로 판단된다.

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    31 August 2022
  • A Case Study on the Establishment of an Excavation Impact Range for Evaluating the Ground Stability of Deep Tunnels and Vertical Shaft Sections in Urban Areas

    도심지 대심도 터널 및 수직구 구간 지반안정성 평가를 위한 굴착영향범위 설정 사례

    Lee, Seohyun and Woo, Sang Inn

    이서현, 우상인

    The setting of the target area for ground stability evaluation during ground excavation is categorized into theoretical and empirical estimation methods and …

    지반굴착시 지반안정성 검토를 위한 대상지역의 설정은 이론식 및 경험식 추정방법과 수치해석에 의한 방법으로 구분한다. 일반적으로 적용되는 이론식 및 경험적 추정 방법은 Peck(1969)의 …

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    The setting of the target area for ground stability evaluation during ground excavation is categorized into theoretical and empirical estimation methods and numerical analysis methods. Generally, the applied theoretical and empirical estimation methods include those by Peck (1969), Caspe (1966), and Clough et al. (1990). The numerical analysis method comprehensively considered the current status of the task section (maximum excavation depth section, ground condition vulnerable section, etc.). It reflected the results of performing two and three-dimensional numerical analyses on the weakest section. Therefore, this study shows an example of setting the scope of influence when excavating the vertical and tunnel sections of a 000-line double-track private investment project through the above theoretical, empirical, and numerical analysis methods.


    지반굴착시 지반안정성 검토를 위한 대상지역의 설정은 이론식 및 경험식 추정방법과 수치해석에 의한 방법으로 구분한다. 일반적으로 적용되는 이론식 및 경험적 추정 방법은 Peck(1969)의 곡선방법, Caspe(1966)의 방법 및 Clough 등(1990)의 방법이 있다. 수치해석에 의한 방법은 과업구간의 현황(지반조건이 가장 취약한 구간, 최대 굴착심도 구간, 주요 인접 구조물 위치 구간 등)을 종합적으로 고려하여 가장 취약한 단면에 대해 2차원 및 3차원 수치해석을 수행한 결과를 반영하였다. 본 논문에서는 위와 같은 이론식 및 경험식, 수치해석을 통해서 000선 복선전철 민간투자사업의 수직구 구간 및 터널 구간 굴착시 영향범위를 설정한 사례를 보여주고자 한다.

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    31 August 2022
  • Applicability of the Tensile Test Performance Evaluation Baseline for Ground Anchors

    지반앵커에 대한 인장시험 성능평가 기준선의 적용성 고찰

    Kim, Dae Gun, Park, Tae Kwang, Park, Lee Keun and Kim, Tae-Hyung

    김대근, 박태광, 박이근, 김태형

    Currently, tension ground anchors are divided into temporary and permanent based on their purpose and period of use, and their performance evaluations …

    현재 인장형 지반앵커는 그 사용목적, 사용기간에 따라 가설과 영구로 구분하여 성능평가를 별도로 제시하고 있다. 현재의 성능평가 상한선과 하한선 기준을 실무에 적용하는 데 …

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    Currently, tension ground anchors are divided into temporary and permanent based on their purpose and period of use, and their performance evaluations are presented separately. Therefore, applying the current performance evaluation’s upper and lower limits to practice seems reasonable. However, because compression ground anchors have been mainly used as permanent, performance evaluation corresponding to permanent is conducted without distinction between temporary and permanent. This evaluation is a strict standard for ground anchors used as temporary, including the removal type. Because of examining the existing performance evaluation for the compression ground anchor, the lower limit can be applied without distinguishing between the temporary and permanent. However, the upper limit should be presented separately for the temporary and permanent. In applying the upper limit, it is necessary to adjust the upper limit of the anchor considering the anchored ground condition (rock or soil), the period of use, and particularly whether the load-displacement curve maintains the elastic state.


    현재 인장형 지반앵커는 그 사용목적, 사용기간에 따라 가설과 영구로 구분하여 성능평가를 별도로 제시하고 있다. 현재의 성능평가 상한선과 하한선 기준을 실무에 적용하는 데 있어 타당한 것으로 보인다. 하지만, 압축형 지반앵커는 주로 영구로 사용되어 온 점으로 인해 가설과 영구의 구분 없이 영구에 해당하는 기준이 제시되어 있어 제거형과 같이 가설로 사용하는 지반앵커에 있어서는 엄격한 기준이 되고 있다. 기존 성능평가 기준선을 고찰해 본 결과, 하한 기준선은 가설과 영구 구분 없이 적용할 수 있는 것으로 판단되나 상한 기준선은 가설과 영구를 구분하여 제시하는 것이 바람직한 것으로 판단된다. 압축형 지반앵커에서 상한선 기준의 적용에 있어서 앵커의 정착지반상태(암반 또는 토사), 사용기간, 특히 하중-변위 곡선의 탄성상태 유지 여부 등을 고려하여 상한선을 조정할 필요성이 있다.

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    31 August 2022