Journal of the Korean Geotechnical Society ISSN:1229-2427(Print) 2288-646X(Online) 한국지반공학회 논문집

구조물의 깊은기초 형태는 기성말뚝(강관말뚝, PHC말뚝 등)과 현장타설말뚝이 주를 이루고 있으며, 지진 발생시 수평력을 효과적으로 지지하여 안정성을 확보하는 중요한 요소이다. 지진에 대한 내진설계는 다양한 방법으로 수행되어 왔으나, 주로 정적하중을 기반한 증폭 계수로 지진하중을 간접적으로 결정하고 지반 특성을 단순화하는 유사 정적 해석 방법을 설계에 적용하는 것이 통상적인 현실이다. 본 연구에서는 이러한 설계 실무에서 이용되는 경험적 이론식(Chang, 1937; Reese and Matlock, 1960; Broms, 1964 등)에서 기반한 수평저항 깊이(1/β)가 실제 지진하중의 동적특성과 복잡한 지반-말뚝 상호작용이 충분히 고려된 것인지에 대하여 실규모 지진을 이용한 수치해석의 결과와 비교하였으며, 기존 경험값과 해석 결과를 비교·분석하여 말뚝기초의 수평저항 깊이(1/β) 특성을 연구하였다. 특히, 주요 설계 변수로 고려되는 말뚝의 직경비(L/D), 휨강성비(EI/L) 등의 특성을 집중적으로 고려하여 분석하였으며, 경험적 이론식에 비해 최소 0.3배~최대 9.3배까지 깊게 저항하는 특성을 나타내었다. 연구 결과, 말뚝의 특성(직경비, 휨강성비)에 대한 수평저항 깊이 간의 관계는 비선형적으로 증가하는 경향을 보였으며, 회귀분석을 통하여 말뚝의 특성과 수평저항 깊이와의 관계를 분석한 결과 유사정적 해석의 경험적 방법에 비해 지진시 말뚝이 보다 더 깊은 심도까지 수평력에 저항하며, 말뚝의 직경비 및 휨강성도가 수평저항 깊이(1/β)에 큰 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 이는, 지진시 말뚝기초의 수평저항 깊이는 단순한 최대 지표면가속도(PGA)에 의해 결정되는 것이 아니라, 표면파(Rayleigh, Love wave) 도착시 발생하는 수평방향 모드 전환과 이에 따른 지반-말뚝 간 상대 변위의 급격한 순간적 에너지 파형 변화가 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 결국, 보수적인 경험적 방법보다는 현재 발전된 기술을 이용한 다양한 해석적 방식의 접근이 필요하다 판단된다.

본 연구에서는 하중분산형 가설앵커의 구조적 특성을 반영하여 기존 내적안정 검토항목을 보완하고 국내 사질토 지반의 표준관입시험(SPT) N값 데이터를 수집하여 확률변수로 적용하여 굴착깊이(10m, 20m, 30m)에 따라 목표신뢰도지수 3.1을 만족하는 하중-저항계수를 산정하였다. 저항계수 산정결과 저항계수(Φ_i)는 0.07~1.00까지 산정되었으며 모든 한계상태식에서 굴착깊이가 깊어짐에 따라 저항계수가 증가하는 경향이 나타났다. 이후 하중-저항계수의 비(γ/Φ)와 굴착깊이에 대한 회귀분석 결과 R²이 0.30~0.81로 나타났으며 모든 항목에서 굴착깊이가 깊어짐에 따라 γ/Φ가 급격히 감소하는 반비례 관계를 보이는 것으로 분석되었다.

본 연구는 동결–융해 반복 환경에서 바이오폴리머 혼합 화강풍화토의 물리적 특성 변화를 분석하기 위해 공시체 시험을 수행하였다. 바이오폴리머 혼합 여부에 따라 공시체를 제작하여 동결–융해 반복시험을 진행하고, 일축압축시험과 직접전단시험을 통해 동결–융해 반복 횟수에 따른 압축 및 전단 거동 변화를 비교·평가하였으며, 유출 시험을 통해 침식 저항성 변화를 분석하였다. 시험 결과, 바이오폴리머를 혼합토 공시체는 초기 강도가 크게 발현되었고 동결–융해 반복 작용 이후에도 상대적으로 높은 강도 수준이 유지됨을 확인하였다. 또한 전단강도 정수 분석에서 내부마찰각 변화는 동결-융해 반복 횟수와의 상관성이 제한적인 반면, 점착력은 바이오폴리머 혼합에 의해 저하가 억제되고 오히려 증가하는 경향이 나타났다. 유출 시험에서는 바이오폴리머 혼합토 공시체에서 동결-융해 작용이 발생하여도 거의 유실이 확인되지 않았다.

소결공법은 점토지반 가열을 통해 강도를 증진시키는 공법으로써 기존의 개량공법에 비해 시공 기간이 짧고 별도의 재료를 필요로 하지 않는 장점을 가진다. 그러나 현재 연구 부족으로 인해 온도 분포와 강도 증가 간의 정량적 관계가 명확히 제시되지 않아 설계 적용에 한계를 가지고 있다. 이에 본 연구는 소결공법의 강도증진 효과를 정량적으로 설계하기 위한 온도 의존 강도증진 모델을 개발하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 연구에서는 초기온도 및 선행압밀하중 조건을 달리하여 실내 가열시험을 수행하였으며 온도변화에 따른 강도 증가거동을 분석하였다. 연구결과는 온도비(T/T_o)와 강도비(q_u/q_uo), 선행압밀압력(Pc)을 이용한 경험적 모델을 제시하였으며 회귀변수 a는 0.025, 회귀변수 b는 0.75로 제안하였다.

기존 사질토 기반의 성토재료는 시간 의존적 변형(Creep)이 제한적일 것으로 인식되어 현행 기준에서는 세립분 함량을 25% 이하로 관리하고 있으나, 실제 고성토 구간에서는 기준을 만족하는 재료에서도 장기 침하 및 부등침하 사례가 지속적으로 보고되고 있다. 이에 본 연구는 현행 기준의 한계를 검증하기 위해, 국내 고속도로 현장에서 채취한 성토재를 대상으로 세립분 함량이 Creep 거동에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였다. 이를 위해 대형 압축 실험과 1차원 압축 실험을 수행하여 시간 의존적 변형 특성과 내부 구조 전이를 분석하고, 전환 세립분 함량(Transitional Fines Content, TFC)을 도출하였다. 실험 결과, 세립분 함량이 약 15%를 초과하는 구간에서 Creep 변형률이 비선형적으로 증가하였다. 또한, 고세립분(25%) 조건에서는 전체 변형 중 Creep에 의한 변형이 약 43% 이상으로 나타났으며, TFC는 약 21~25% 범위로 평가되어 현행 기준 상한치와 중첩됨을 확인하였다. 반면, 공학적으로 안정한 최적 세립분 함량 범위는 약 10~20%로 도출되었다. 이는 현행 기준이 지반 거동 특성이 변화하여 거동 전이가 발생하는 물리적 경계 영역에 해당할 가능성을 시사한다. 따라서 고성토 구조물의 장기 안정성 확보를 위해 세립분 함량 관리 기준의 적용성 및 적정 수준에 대한 재검토가 필요하며, 특히 15~20% 범위와 관련된 성능 기반 관리 기준에 대해서는 추가적인 검증을 바탕으로 한 논의가 요구된다.

부유식 해상풍력 석션앵커 연구에서 인발지지력 산정은 매우 중요하다. 현재까지 연구 결과를 바탕으로 본 연구에서는 점착력을 가진 실트질 모래지반에 대해 앵커의 회전오차까지 고려한 인발지지력에 대한 파괴포락선을 제안하였다. 기하학적 및 수치해석 두 방법을 이용하였다. 파괴포락선을 이용한 실트질모래의 인발지지력은 점착력을 고려하여 석션앵커의 주면마찰력을 추가함으로써 산정할 수 있다. 앵커의 회전오차 β=0~20° 범위에서는 수정 파괴포락선에 의한 인발지지력에 대해 기하학적 방법이 유사한 양상을 띄고, β=30~45° 범위에서는 파괴포락선에 비하여 기하학적 방법이 크게 산정되었다. 또한 수정 파괴포락선의 인발지지력은 수치해석 방법에 비하여 인발지지력이 작게 산정되어 보수적인 평가로 판단된다. 본 연구결과를 활용하면 점착력이 있는 지반의 앵커 회전오차 발생에 대해 간편하게 석션앵커의 인발지지력를 평가할 수 있다.

지질학적 탄소 저장(CCS)에서 초임계 이산화탄소(scCO₂)의 주입 효율과 치환 거동은 주입 전략, 유량, 유체 조성, 공극 구조의 상호작용에 의해 결정된다. 기존 마이크로모델 연구는 계면활성제가 사전 분포된 단순주입 조건을 주로 가정하였으나, 실제 저장 환경에서는 계면활성제 수용액과 scCO₂가 순차적으로 주입되는 교대 주입(Surfactant-Alternating-Gas, SAG) 조건이 적용될 수 있다. 이에 본 연구는 Polydimethylsiloxane (PDMS) 기반 공극 네트워크 마이크로모델에서 단순주입(continuous injection)과 SAG 조건의 scCO₂ 치환 거동과 주입 효율을 정량 비교하였다. 단순주입에서는 주입 속도 0.001-0.1 mL/min 범위에서 효율이 지속적으로 증가하였으며, 계면활성제 적용 시 전 구간에서 추가 향상이 관찰되었다. 특히 Glucopon 600 CSUP 조건은 고유량(0.1 mL/min)에서 최대 90.53%의 효율로 가장 높은 치환 성능을 보였다. Sodium dodecylbenzenesulfonate(SDBS) 조건에서는 효율이 59.44-90.53% 범위에서 PV 및 유량에 따라 변동하였으나 증가 양상은 비일관적이었다. SDBS는 저유량에서 0.1 PV 대비 0.87 PV에서 약 11.4%p 증가하였으나, 중·고유량에서는 0.44 PV에서 최대 87.05%를 기록한 후 감소하였다. Glucopon은 고유량에서 74.87%에서 90.53%까지 증가했으나, 단순주입-계면활성제 조건을 일관되게 초과하지는 못하였다. 종합적으로 SAG는 비계면활성제 단순주입 대비 최대 20%p 이상 향상되었으나, 계면활성제가 균일 분포된 단순주입 조건에 대해서는 일관된 우위를 보이지 않았다.

2017년 포항지진을 계기로 국내에서 액상화 현상에 대한 관심이 증가하였으며, 케이슨식 안벽과 같은 항만 구조물의 내진 안정성 확보가 중요한 과제로 대두되고 있다. 기존 수치해석 기반의 피해 예측은 반복해석에서 많은 시간이 소요되며 대형 모형시험 또한 다양한 조건에 대한 반복수행이 어렵다는 한계를 가진다. 이에 본 연구에서는 FLIP 수치해석을 통해 다양한 지반 조건(N치), 지진동 세기(0.1~2.0m/s²)에 따른 침하량 및 수평변위 데이터를 구축하고 이를 기반으로 딥러닝 모델의 예측성능을 검토하였다. 구축된 시계열 응답 데이터를 대상으로 여러 알고리즘의 성능을 비교·분석하였으며 RMSE, 결정계수(R²)을 이용하여 모델 성능을 평가하였다. 분석결과 딥러닝 기반 접근법은 케이슨식 안벽의 액상화 피해 예측에 있어 적용 가능성이 있음을 확인하였다.

본 연구는 산림 피복 조건이 다른 비탈면을 대상으로 강우 침투에 의한 지중 함수비 관측값과 수치해석으로 시뮬레이션한 불포화 침투 거동을 비교하였다. 동일 강우 조건에서 체적함수비(Volumetric Water Content, VWC) 모니터링 자료와 불포화 침투해석 결과를 비교하여, 매설 깊이별 함수비의 시간적 변화를 분석하였다. 그 결과, 수치해석은 수풀지역보다는 벌목지역에서 관측된 체적함수비 변화 경향을 비교적 유사하게 재현하였으며, 특히 강우 초기의 급격한 함수비 증가 특성이 현장 계측과 수치해석 결과가 유사하게 묘사되었다. 반면 수풀에 의한 강우 차단 효과와 수풀-토층 구조 변화 등 식생 피복의 복합적인 영향으로 수치해석 결과와 수풀지역의 실제 침투 거동 간에 차이가 발생하였다. 이러한 해석 결과는 식생 피복 조건을 고려하지 않은 불포화 침투해석이 실제 사면의 함수비 변화를 완전하게 재현하는 데에는 제한이 있음을 시사한다. 식생 피복에 따른 수리특성 변화와 식물 뿌리의 토양 환경 영향 등을 반영할 수 있는 해석 접근 방법이 필요할 것으로 판단된다.

암반의 측압계수는 현지반시험을 통해 산정하는 것이 가장 바람직하나 현지반시험을 수행하기 위해서는 많은 시간과 고비용, 고난도의 기술이 요구되므로 쉽게 적용되지 못하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 터널 현장의 계측자료를 회귀분석하여 최종변위를 산정하고, 산정된 최종변위에 대한 역해석을 통해 암반의 심도별 측압계수를 산정하여 암반특성에 맞는 측압계수 산정방법을 제시하고자 하였다. 또한 계측자료에 의해 결정된 측압계수의 적정성을 평가하기 위해 대상 현장에서 시행된 현장시험 결과와 비교·분석하였다. 연구결과, 계측자료를 이용한 측압계수는 K_o=1.16~2.46, 수압파쇄시험을 이용한 측압계수는 K_o=1.86~2.61로 나타나 전반적으로 유사한 경향을 보였다. 또한 다양한 비선형 함수에 대한 회귀분석 결과, 연구 대상인 충북 ○○지역 암반의 심도별 측압계수는 역비례 함수의 형태가 가장 적합한 것으로 나타났으며 심도별 측압계수의 분포곡선은 K_o=1.020+35.388/z 함수식을 제안하였다.

본 연구는 건설 포렌식 전문가가 준수해야 할 윤리기준을 분석하여 감정제도 및 전문가 증거기준의 비교를 통해 건설포렌식의 표준화를 위한 체계적 정립 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 건설 분쟁의 전문가 의견은 재판 결과에 직접적인 영향을 미치는 핵심 요소로 작용하며(Kardon, 2015; Daubert v. Merrell Dow Pharmaceuticals, Inc., 1993), 이에 따라 높은 수준의 윤리 기준이 요구된다. 그러나 기존 연구에서는 전문가 편향, 검증 부족, 분석 방법의 불일치와 같은 문제가 지속적으로 제기되고 있다(Terwel et al., 2018; Mnookin et al., 2011). 본 연구는 Daubert 및 Kumho 판례와 ASCE(2018)와 같은 국제 기준을 분석하여 독립성, 객관성 및 검증 가능성을 핵심 윤리 원칙으로 도출하고, 이를 제도적으로 적용하기 위한 체계적 방안을 제시하였다. 이러한 연구 결과는 향후 공학적 사실과 분석 방법의 검증 가능성을 기반으로 전문가 증거의 신뢰성을 정량적으로 평가하기 위한 분석적 계층 과정 방법론을 활용하여 ERI(Evidence Reliability Index) 평가 체계 구축을 위한 기초 연구로 활용될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 침하 계측 자료만을 이용하여 압밀계수와 최종 압밀침하량을 동시에 추정할 수 있는 물리정보 신경망(PINN) 기반 역해석 기법을 제안하였다. 제안된 방법은 1차원 압밀 지배방정식과 침하량 제약조건을 통합한 손실함수를 활용하여, 추가적인 간극수압 계측 없이도 안정적인 매개변수 식별이 가능하도록 구성되었다. 합성 데이터에 대한 분석 결과, PINN 모델은 다양한 배수 및 하중 조건에서 기존 쌍곡선법 및 아사오카법 대비 높은 정확도를 보였으며, 특히 압밀 초기 단계와 점증재하 조건에서 우수한 성능을 나타냈다. 또한 실제 현장 데이터 적용 시에도 장기 침하 거동에 안정적으로 수렴하는 결과를 확인하였다. 본 기법은 압밀 초기 단계에서의 신뢰성 있는 지반정수 추정을 가능하게 하며, 실무 적용성이 높은 역해석 방법으로 활용될 수 있다.