Journal of the Korean Geo-Environmental Society ISSN:1598-0820(Print) 2714-1233(Online) 한국지반환경공학회 논문집

본 연구는 부분 반사율을 갖는 해상 구조물이 해역에 설치될 때 방파제에 기인한 주변의 파랑장을 조사한 것이다. 기본적인 이론은 프레넬 적분과 다항식 근사해법을 적용하여 방파제 배후 영역에서의 산란파에 대하여 비교·분석을 하였다. 이후 다항식 근사해법과 경계적분방정식을 기본으로 하는 수치해법인 경계요소법의 수치결과와도 비교·분석하였다. 해상 구조물은 도제 형태로서 파장에 대한 길이비와 파랑의 입사각도 변화에 따른 산란계수를 분석하였다. 파랑이 법선방향 및 경사진 방향으로 입사할 때 모두에서 프레넬 적분과 다항식 근사해법이 계산 결과 값이 완벽히 일치하였다. 다항식 근사해법과 수치해의 경우 방파제 배후에서의 약간의 차이를 제외하고는 거의 일치하였다. 수치해법을 사용하는 경우에는 프레넬 적분을 사용한 경우보다 약 30%의 시간 감소 효과가 나타났다. 본 연구의 결과를 통해 항만 걸설 시 방파제 및 해상 구조물을 배치할 때 각각의 구조물로 인하여 발생되는 산란의 영향을 제시할 수 있으며, 방파제 설계에 대한 제원 설정과 주변해역과의 상호작용에 대한 정보를 제공할 수 있다.

본 연구에서는 양단 후크형 강섬유를 혼입한 강섬유 보강 콘크리트 보의 휨 실험을 통해 휨 성능을 평가하고, 기존 선행연구에서 제시한 휨 내력 예측식을 활용하여 본 연구의 실험 결과와 비교를 진행하였다. 변수는 강섬유의 혼입률이며, 콘크리트 체적비의 0%, 0.5%, 1.0%만큼 혼입하였다. 강섬유 보강 콘크리트의 재료시험 결과, 압축강도의 향상은 나타나지 않았으나, 휨 강도와 쪼갬 인장강도는 모두 증가하였다. 강섬유 보강 콘크리트 보의 휨 실험을 통해 강섬유 혼입률이 증가함에 따라 부재의 최대하중, 처짐량, 연성지수가 증가하는 것으로 나타났다. 강섬유 보강 콘크리트 보의 휨 실험을 통해 강섬유의 혼입으로 철근콘크리트 부재의 연성 거동을 유도하는 것에 있어 효과적인 방안임을 확인하였다. 기존의 휨 내력 예측식을 활용하여 본 연구의 결과와 비교한 결과, 강섬유 혼입률 0.5% 이상 혼입하여 보강하였을 경우 인장철근에 의한 인장력의 57.59% 수준 이상의 보강 효과를 통해 휨 내력을 제고시키는 것이 가능함을 확인하였다.

지하 구조물에 작용하는 양압력은 지하수위 상승과 더불어 구조물의 부상, 균열, 단차 이동 등 다양한 안정성 문제를 유발할 수 있으며, 이를 제어하기 위한 배수 시스템의 필요성이 점차 부각되고 있다. 본 연구에서는 외부 에너지원 없이 수두차에 의해 자율적으로 작동하는 지하수 자연배수 시스템의 개념을 제안하고, 그 이론적 타당성과 구조물 안정성 확보에 대한 효과를 검토하였다. 해당 시스템은 유입부, 배수통로, 배출부의 세 가지 구성요소로 구성되어 구조물 내부 정체수위를 외부로 자연스럽게 유도함으로써 지속적인 수위 저감 효과를 기대할 수 있다. 이를 입증하기 위해, 본 연구에서는 Darcy의 법칙과 양압력 산정식을 활용하여 시스템의 작동원리를 수리학적으로 해석하고, 배관 설계 시 고려해야 할 유량과 부력의 상호작용을 반영한 직경 산정식을 제안하였다. 이를 통해 지하수 유출 능력과 부력 저감 효과 간의 연계성을 정량적으로 설명하였다. 결과적으로 제안된 시스템은 도시 지하 구조물의 기초 안정성 향상과 지반침하 예방에 기여할 수 있는 대안 기술로 평가되며, 기존 강제배수 방식에 대응하여 비배수 구조물 건설에도 우수한 성능을 보일 수 있음을 확인하였다.

마이크로파일의 지지특성을 확인하기 위한 연구는 대부분 정적 하중 조건 및 반복 하중 조건에 국한되어 확인되었을 뿐 지진과 같은 동적 하중 조건을 고려한 연구는 미비한 실정이이다. 이에 본 연구에서는 지진 하중 하에서 비탈면지반에 설치된 마이크로파일과 비탈면지반과의 동적상호작용을 분석하고 비탈면지반의 내진 보강공법으로 마이크로파일의 적용성을 확인하기 위해 1g 진동모형실험을 수행하였다. 그 결과 비탈면에 지반에 설치된 마이크로파일은 주동말뚝과 수동말뚝 조건이 복합적으로 나타나며, 3열 마이크로파일이 1열 마이크로파일에 비해 내진 보강 효과가 높게 나타났다.