• Research Article

    Two-phase Finite Volume Analysis Method of Debris Flows in Regional-scale Areas

    2상 유한체적모델 기반의 광역적 토석류 유동해석기법

    Jeong, Sangseom and Hong, Moonhyun

    정상섬, 홍문현

    To analyze the flow and density variations in debris flows, a two-phase finite volume model simplified with momentum equations was constructed in …

    본 연구에서는 토석류의 유동과 밀도 변화를 분석하기 위해 운동량방정식으로 단순화된 2상 유한체적모델(Landflow 모델)을 구성하였으며, Hershel-Buckley 유동모델을 사용하여 토석류의 내부 및 기저 마찰과 …

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    To analyze the flow and density variations in debris flows, a two-phase finite volume model simplified with momentum equations was constructed in this study. The Hershel-Buckley rheology model was employed in this model to account for the internal and basal friction of debris flows and was utilized to analyze complex topography and entrainments of basal soil beds. In order to numerically solve the debris flow analysis model, a finite volume model with the Harten-Lax-van Leer-Contact method was used to solve the conservation equation for the debris flow interface. Case studies of circular dam failure, non-Newtonian fluid dam failure, and multiple debris flows were analyzed using the proposed model to evaluate shock absorption capacity, numerical isotropy, model accuracy, and mass conservation. The numerical stability and correctness of the debris flow analysis of this analysis model were proven by the analysis results. Additionally, the rate of debris flow with various rheological properties was systematically simulated, and the effect of debris flow rheological properties on behavior was analyzed.


    본 연구에서는 토석류의 유동과 밀도 변화를 분석하기 위해 운동량방정식으로 단순화된 2상 유한체적모델(Landflow 모델)을 구성하였으며, Hershel-Buckley 유동모델을 사용하여 토석류의 내부 및 기저 마찰과 복잡한 지형 및 연행침식을 분석하였다. 또한 토석류 해석 모델을 수치적으로 해결하기 위하여 Harten-Lax-van Leer-Contact(HLLC) 방법을 포함한 관련 유한체적모델을 도입하여 토석류의 경계면에 대한 해를 구하였다. 충격흡수능력, 수치적 등방성, 모델 정확도, 질량보존을 검증하기 위해 제안된 모델을 기반으로 원형 댐파괴, 비뉴턴 유체의 댐파쇄 및 다중 토석류 사례분석을 수행하였다. 해석 결과로부터 본 해석모델의 토석류 해석에 대한 수치적 안정성과 정확도를 확인하였다. 또한, 다양한 유동학적 특성의 토석류 흐름을 체계적으로 시뮬레이션하고 토석류 유동특성이 거동에 미치는 영향을 분석하였다.

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    30 April 2022
  • Research Article

    Performance Evaluation of Pull-out Load of a New Type of Double-wall Pile Foundation for Easy Demolition

    기초구조물 회수가 용이한 신형식 이중벽 말뚝기초의 인발하중 성능평가

    Kim, Jae-Hyun, Kim, Jeong-Soo, Lee, Minjy, Falcon, Sen Sven, Choo, Yun Wook and Hwang, Sung-Pil

    김재현, 김정수, 이민지, Falcon Sen Sven, 추연욱, 황성필

    Steel pile foundations are widely used for offshore constructions due to their high bearing capacity and efficiency. Typically, offshore structures that have …

    강재형 말뚝기초는 안정적인 지지력 확보와 높은 시공성으로 해양구조물 기초로 널리 활용되고 있다. 일반적으로 설계수명에 도달한 해양구조물은 해체수순을 밟게 되는데 말뚝기초는 높은 인발하중과 …

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    Steel pile foundations are widely used for offshore constructions due to their high bearing capacity and efficiency. Typically, offshore structures that have reached the end of their design life are required to be demolished. However, pile foundations are often left on site due to technical and economic limitations. The pile left on the site not only pollutes the environment, but can also cause obstacles for the construction of new structures. Therefore, research is required to completely eliminate these foundations at the site. In this study, a new type of double-wall pile foundation that can drastically reduce the pull-out load was conceptually proposed, and a series of model tests were performed to validate the performance of the double-wall pile foundation. The installation and extraction of the double-wall pile were simulated in dry sand in the model test, and the measured up-lift load was compared to that of the conventional pile. According to the result, the maximum up-lift load induced by the decommissioning of the double-wall pile was reduced by 45% when compared to the traditional pile in dense sand. This study verified the mechanism for reducing the up-lift load of the double-wall foundation and confirmed the possibility of completely decommissioning a pile that has reached the end of its nominal service life.


    강재형 말뚝기초는 안정적인 지지력 확보와 높은 시공성으로 해양구조물 기초로 널리 활용되고 있다. 일반적으로 설계수명에 도달한 해양구조물은 해체수순을 밟게 되는데 말뚝기초는 높은 인발하중과 경제적인 이유로 예외적으로 현장에 존치되는 경우가 많다. 현장에 존치된 기초는 환경오염뿐만 아니라 신규구조물을 건설하는데 장애요인이 될 수 있으므로 말뚝기초 완전해체를 위한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 인발하중을 획기적으로 저감시킬 수 있는 신형식 이중벽 말뚝기초를 제안하고 축소모형실험을 통해 인발하중 저감성능을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 축소된 이중벽 말뚝기초를 제작하고 건조된 모래지반에서 말뚝 설치 및 인발 거동을 모사하였으며, 측정된 인발하중을 동등한 단면의 일반말뚝과 비교하였다. 그 결과, 조밀한 모래지반에서 이중벽 말뚝의 최대 인발력이 일반말뚝에 비해 45% 감소되는 것을 확인하였다. 본 연구를 통해 이중벽 말뚝의 인발하중 저감 성능과 메커니즘을 검증하였으며, 설계수명에 도달한 기초를 완전히 회수할 수 있는 가능성을 확인하였다.

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    30 April 2022
  • Research Article

    A Study on Clogging during Installation of Compaction Pile

    다짐말뚝 시공 시 공극 막힘 현상 분석 연구

    Choi, Jeong Ho, Park, Seong Jin, Choo, Yun Wook, Kim, Il Gon and Kim, Byeong Kyu

    최정호, 박성진, 추연욱, 김일곤, 김병규

    A series of model tests were performed in this study to demonstrate the clogging mechanism created during the installation of a compaction …

    본 논문에서는 연약지반개량을 위해 활용되고 있는 다짐말뚝공법 시공 시 발생하는 공극 막힘을 규명하고자 일련의 축소모형실험을 수행하였다. 다짐말뚝 타설 시 Air-jet에 의한 골재 …

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    A series of model tests were performed in this study to demonstrate the clogging mechanism created during the installation of a compaction pile to improve soft ground. The application of an air-jet to extrude sand or aggregates from a casing during the installation of a compaction pile imposes a remarkably high-pressure difference between the composite soil layers of clay and sand (or aggregates), resulting in severe clogging. Therefore, a one-dimensional testing system was developed to simulate composite soil layers consisting of clay and sand (or aggregates) and to apply a high-pressure differential at both boundaries, thus replicating the extrusion process used in compaction pile installation. Herein, the performance of two construction materials for compaction piles of crushed stone and grading-controlled aggregates was compared. A series of one-dimensional model tests were performed under multiple pressure settings, with clogging depth and permeability measured in each case. Results indicate that, blinding clogging mechanisms and blocking defined by previous studies were observed for crushed stone, and a new mechanism of “infiltration” was revealed and defined. Whereas, the controlled aggregates performed excellently against clogging because only blinding was observed.


    본 논문에서는 연약지반개량을 위해 활용되고 있는 다짐말뚝공법 시공 시 발생하는 공극 막힘을 규명하고자 일련의 축소모형실험을 수행하였다. 다짐말뚝 타설 시 Air-jet에 의한 골재 압출 공정 과정에서 점토-골재 복합지반 사이에 상당한 압력이 재하 되어 소산되는 과정에서 공극 막힘이 심화되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 다짐말뚝이 시공된 연약지반을 1차원 점토-골재 복합지반으로 모사하고 양단경계에 시공 시 발생하는 압력 차이를 재하하는 실험시스템을 개발하였다. 개발된 실험시스템을 이용하여 다짐말뚝 시공 조건에서 발생하는 공극 막힘의 메커니즘을 규명하고자 하였다. 본 연구에서는 쇄석과 공극 막힘 현상을 개선하기 위해 제안된 입도조정골재에 대하여 압력재하실험을 수행하여 재료에 따른 공극 막힘을 비교하였다. 실험 결과, 압력 조건에 따른 쇄석과 입도조정골재의 점토 혼입 메커니즘을 관찰하고, 점토-골재 복합지반으로의 유입과 유출 유량의 측정을 통하여 통수능을 비교·분석하였다. 다짐말뚝의 시공 조건에서는 일반적인 공극 막힘 형태인 Blinding과 Blocking현상이 관측되었고, 이에 더하여 Infiltrating현상이 새롭게 발견되었다. 또한, 쇄석은 Blinding, Blocking과 Infiltrating 현상이 모두 관찰되었으나, 입도조정골재는 Blinding현상만이 관측되어, 공극 막힘이 거의 발생하지 않아, 쇄석에 비하여 배수성능이 우수하게 나타났다.

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    30 April 2022
  • Research Article

    Evaluation of the Soil-Structure Interaction of a MDOF Column Type Structure on Group Piles Based on the Large Scale 1g Shaking Table Test and the Numerical Analysis

    대형 진동대 실험 및 수치해석을 이용한 다자유도 기둥 구조물과 군말뚝 기초의 지반-구조물 상호작용 평가

    Chae, Jonghoon, Yoon, Hyungchul, Ahn, Jaehun and Jung, Jongwon

    채종훈, 윤형철, 안재훈, 정종원

    Many 1g shaking table tests with an SDOF structure supported by a single pile were performed to evaluate the soil-structure interaction (SSI) …

    동적 하중 재하시 지반-구조물 상호작용 확인을 위해 최근까지 단말뚝을 고려한 진동대 실험이 많이 시행됐다. 그러나, 실제 구조물의 대부분은 군말뚝 기초로 지지되는 기둥 …

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    Many 1g shaking table tests with an SDOF structure supported by a single pile were performed to evaluate the soil-structure interaction (SSI) effect. Since most structures supported by group piles are MDOF structures with columns, the SSI effect is simulated using a large 1g shaking table test and numerical analysis. According to the results, the movement in the piles tends to increase with input acceleration and when the input frequency is similar to the natural frequency. Furthermore, the slope of the dynamic p-y curve remains constant regardless of the variation of acceleration and input frequency. According to the results of the dynamic p-y backbone curve and the moment of group piles, a center pile with a leading pile has more soil resistance than side piles with a trailing pile, and the effect of group piles is observed above the 7D center to center pile distance.


    동적 하중 재하시 지반-구조물 상호작용 확인을 위해 최근까지 단말뚝을 고려한 진동대 실험이 많이 시행됐다. 그러나, 실제 구조물의 대부분은 군말뚝 기초로 지지되는 기둥 형태의 다자유도 구조물이므로 본 연구에서는 이를 고려하여 대형 진동대 실험 및 수치해석을 통해 지반-구조물 상호 작용을 분석하였다. 연구 결과, 다자유도 기둥 구조물은 가속도의 증가 및 구조물의 고유 진동수와의 일치 여부에 따라 말뚝의 모멘트는 증가하였다. 또한, 동적 p-y 곡선의 기울기는 가속도 및 입력 진동수의 변화에 상관없이 일정한 기울기를 나타내었다. 다자유도 기둥 구조물의 동적 p-y 중추 곡선 및 군말뚝의 모멘트에 대한 분석 결과, 반복하중에 의해 배후말뚝 조건인 양 측면말뚝보다 선두말뚝의 중심말뚝에서 큰 지반 저항력을 나타내며, 군말뚝 효과는 기존 연구와는 상이하게 7D 이상에서도 발현되는 것으로 나타났다.

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    30 April 2022
  • Research Article

    Comparison of Liquefaction Assessment Results with regard to Geotechnical Information DB Construction Method for Geostatistical Analyses

    지반 보간을 위한 지반정보DB 구축 방법에 따른 액상화 평가 결과 비교

    Kang, Byeong-Ju, Hwang, Bum-Sik, Bang, Tea-Wan and Cho, Wan-Jei

    강병주, 황범식, 방태완, 조완제

    There is a growing interest in evaluating earthquake damage and determining disaster prevention measures due to the magnitude 5.8 earthquake in Pohang, …

    지진으로부터 상대적으로 안전지대라고 여겨졌던 한반도에서 2017년 규모 5.4의 강진이 포항지역에 발생함으로써 액상화 현상이 민가, 농지에서 광범위하게 나타났고 이에 액상화 현상을 예측하는 액상화 …

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    There is a growing interest in evaluating earthquake damage and determining disaster prevention measures due to the magnitude 5.8 earthquake in Pohang, Korea. Since the liquefaction phenomena occurred extensively in the residential area as a result of the earthquake, there was a demand for research on liquefaction phenomenon evaluation and liquefaction disaster prediction. Liquefaction is defined as a phenomenon where the strength of the ground is completely lost due to a sudden increase in excess pore water pressure caused due to large dynamic stress, such as an earthquake, acting on loose sand particles in a short period of time. The liquefaction potential index, which can identify the occurrence of liquefaction and predict the risk of liquefaction in a targeted area, can be used to create a liquefaction hazard map. However, since liquefaction assessment using existing field testing is predicated on a single borehole liquefaction assessment, there has been a representative issue for the whole targeted area. Spatial interpolation and geographic information systems can help to solve this issue to some extent. Therefore, in order to solve the representative problem of geotechnical information, this research uses the kriging method, one of the geostatistical spatial interpolation techniques, and constructs a geotechnical information database for liquefaction and spatial interpolation. Additionally, the liquefaction hazard map was created for each return period using the constructed geotechnical information database. Cross validation was used to confirm the accuracy of this liquefaction hazard map.


    지진으로부터 상대적으로 안전지대라고 여겨졌던 한반도에서 2017년 규모 5.4의 강진이 포항지역에 발생함으로써 액상화 현상이 민가, 농지에서 광범위하게 나타났고 이에 액상화 현상을 예측하는 액상화 재해도 작성에 관한 연구수요가 높아지고 있다. 액상화 현상이란 느슨한 사질토에서 지진과 같은 큰 동적응력이 짧은 시간 작용할 때 과잉간극수압의 급격한 증가로 지반의 강도가 완전히 상실되는 현상을 의미한다. 액상화는 액상화 가능지수(liquefaction potential index, LPI)를 통해 평가할 수 있지만 LPI는 단일 시추공 별로 산출되기 때문에 해당지역의 대표성에 대한 문제가 발생하게 된다. 이러한 대표성의 문제는 지리정보시스템(geographic information system, GIS)을 활용한 공간보간을 통해 보완될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 지구통계학적인 공간보간 기법 중 하나인 크리깅(kriging)을 활용하여 지반정보의 대표성 문제를 해결하고자 하였으며 액상화 평가를 위한 지반정보DB를 구축하고자 하였다. 또한 구축된 지반정보DB를 활용하여 재현주기 별 액상화 재해도를 작성하였으며 액상화 재해도 결과는 교차검증을 통하여 정밀도 검증을 수행하였다.

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    30 April 2022