반복하중을 받는 보강토 옹벽의 거동 해석에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 반복하중 재하시 지오그리드 보강토의 거동 특성을 파악하기 위하여 보강토 옹벽과 무보강 옹벽에 대한 실내 반복하중 재하 시험을 수행하였다. 보강토 옹벽의 경우 하중재하 위치를 전면판으로 부터 0.4m, 0.7m, 1.0m로 바꾸어 가며 총 3회의 실험을 수행하였으며, 각각의 실험 케이스 별로 하중을 1.1q_(s), 1.25q_(s), 1.5q_(s), 1.7q_(s)의 4단계로 변화시켜 주었다. 반복하중의 크기(q_(s))는 정하중 재하 실험을 통해 구해진 파괴 하중(q_(R))을 기준으로 결정되었으며, 반복하중 재하시 파괴가 발생하지 않도록 안전율 3.0을 적용시켰다. 실내 반복하중 재하 시험을 통해서 무보강 옹벽과 보강토 옹벽의 각 시험별로 연직·수평변위 및 토압, 지오그리드의 인장력과 변형률 결과를 얻을 수 있었다. 실제 시공이 완료된 보강토 옹벽의 거동을 예측하기 위하여 실제 보강토 옹벽 단면에 대한 유한요소 수치해석을 수행하였다. 먼저, 수치해석에 사용될 물성치의 검증을 위하여 실내시험과 동일한 단면에 대한 수치해석을 수행하여 실내시험 결과와 비교 검증하였다. 이 후, 현장 단면에 대한 수치해석을 수행하여 열차의 반복하중에 대한 거동을 예측하였다. 본 연구를 통해서 보강토 옹벽과 무보강 옹벽의 하중직하 지점에서의 연직토압과 침하량 예측이 가능한 수식을 도출하였다. 반복하중 재하시 지오그리드에 유발되는 인장력의 분포는 0.25H 지점에서 가장 크게 발생하였으며, 정규화 최대 인장력 분포는 Allen & Bathurst(2003)가 제안한 사다리꼴 분포와 일치하였다. 실제 보강토 단면에 대한 유한요소 수치해석 결과 전면벽체의 변위가 가장 크게 발생한 부분은 0.3H~0.4H 지점으로 나타났다. 실제 보강토 옹벽의 유한요소 수치해석 결과 전면판 변위, 수평토압 및 지오그리드 인장변형률 등의 거동은 열차의 설계속도 증가에는 큰 영향을 받지 않았으나 뒤채움재의 강성 변화에는 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.; In this study, cyclic loading tests to reinforced and non-reinforced soil retaining wall models were performed to understand the behavior of geogrid -reinforced soil retaining wall(GRS-RW) under cyclic loading. In case of GRS-RW, 3 cases of tests were performed by variation of loading points, and the magnitude of cyclic loading were varied in 4 steps(1.1q_(s) ~ 1.75q_(s)). The magnitude of cyclic loading was determined by applying factor of safety(3.0) to static failure loading, in order to no failure occur during cyclic loading tests. From laboratory tests, the results of vertical/horizontal earth pressure, settlement, and tensile force and strain of geogrid were obtained. The finite element numerical analysis for existing GRS-RW was performed to predict the behavior of already constructed GRS-RW. First, to identify the input properties, numerical analysis for the same section as laboratory tests were performed. Then numerical analysis for the section of existing GRS-RW was performed with the use of identified properties, to predict the behavior of exiting GRS-RW. From this study, numerical formulas to predict vertical earth pressure and settlement of reinforced and non-reinforced soil retaining walls under cyclic loading were suggested. Tensile force of geogrid was largest at 0.25H under cyclic loading, and normalized maximum tensile force distribution along with height was formed trapezoid shape. As a result of numerical analysis for existing GRS-RW section, horizontal displacement of wall was largest at 0.3H ~ 0.4H height. The behavior of existing GRS-RW was little affected by design velocity of train, but largely affected by variation of stiffness of backfill materials.