유한요소해석을 통한 다층지반에서의 버킷기초 수직지지력 산정

Abstract

해양구조물을 지지하기 위해 사용되는 버킷기초를 설계하는데 있어 수직지지력을 정확하게 예측하는 것은 중요하다. 사질토 또는 점성토 지반에 설치된 버킷기초의 수직지지력에 대한 실험적, 이론적 연구가 많이 수행되었지만,실제와 같은 다층지반에서의 산정방법은 명확하게 제시되지 않았다. 본 연구에서는 2차원 축대칭 유한요소해석을수행하여 점성토 지반 위의 사질토 층에 설치된 버킷기초의 수직지지력을 산정하였다. 사질토의 마찰각, 점성토의비배수전단강도, 사질토 층 두께, 기초의 장경비가 다양한 조건에 대하여 매개변수 해석을 수행하였으며, 이들의 영향에 따른 지반의 파괴 메커니즘 차이를 분석하였다. 최종적으로 수치해석을 수행하여 얻어진 극한지지력의 결과를바탕으로 버킷기초 설계에 사용할 수 있는 지지력 산정 차트를 제시하였다. 또한 설계차트에 직접 제시되어 있지않은 조건에 대해서는 차트에 제시된 값에 선형보간법을 적용하여 버킷기초의 선단지지력을 예측할 수 있는 것으로 나타났다. Estimation of vertical bearing capacity is critical in the design of bucket foundation used to support offshore structure. Empirical formula and closed form solutions for bucket foundations in uniform sand or clay profiles have been extensively studied. However, the vertical bearing capacity of bucket foundations in alternating layers of sand overlying clay is not well defined. We performed a series of two-dimensional axisymmetric finite element analyses on bucket foundations in sand overlying clay soil, using elasto-plastic soil model. The load transfer mechanism is investigated for various conditions. Performing the parametric study for the friction angles, undrained shear strengths, thickness of sand layer, and aspect ratios of foundation, we present the predictive charts for determining the vertical bearing capacities of bucket foundations in sand overlying clay layer. In addition, after comparing with the finite element analysis results, it is found that linear interpolation between the design charts give acceptable values in these ranges of parameters.