한국지반공학회 논문집 · Journal of the Korean Geotechnical Society

Research Article

Quantification on Dam Condition Related to Internal Erosion of an Embankment Dam and its Applicability Evaluation
필댐의 내부침식과 관련된 댐 상태의 정량화 및 적용성 평가

Heo, Gun, Chung, Choong-Ki
허 건, 정충기

국내 농업용 댐 17,5000여개의 안전점검 결과를 바탕으로 필댐에 나타나는 내부침식(internal erosion)과 관련된 대표적인 4가지 상태를 설정하였다. 이들 상태들을 정량화하기 ... + READ MORE

국내 농업용 댐 17,5000여개의 안전점검 결과를 바탕으로 필댐에 나타나는 내부침식(internal erosion)과 관련된 대표적인 4가지 상태를 설정하였다. 이들 상태들을 정량화하기 위하여 댐 안전관리 전문가를 대상으로 설문조사를 실시하고 각 상태들에 대한 정량화된 점수를 제시하였다. 또한 4가지 대표 상태 이외의 다양한 댐 상태의 정량화를 도와주면서 댐 관리자들의 댐 상태 정량화 결정에 제한을 최소화 하고자 각 상태별 ‘부여가능한 점수의 범위(possible score range)’를 제시하였다. 각 상태별 ‘정량화된 점수’와 ‘부여가능한 점수의 범위’를 바탕으로 Case Study를 실시하여 본 방법이 댐의 위험 정도를 일관성 있게 반영하고 합리적인 수준의 파괴확률 값을 제공함을 알 수 있었다. 이는 기존의 댐 안전관리 방법이 가지는 가중평균에 의한 댐 상태등급 결정의 한계점을 극복할 수 있게 도와주어 실제로 위험한 댐을 위험한 댐으로 인지할 수 있게 도와줄 것이다. The typical four conditions related to internal erosion were set from the results of the regular dam safety inspection for 17,500 dams, and a questionnaire survey was conducted for dam safety experts to quantify these four typical current dam conditions with scores between 0 and 10, respectively. In addition, we proposed ‘possible score range’ for each condition to minimize the decision limits for dam managers to quantify dam conditions while helping to quantify various dam conditions except 4 representative conditions. A case study based on ‘quantified score’ and ‘possible score range’ for each condition showed that this method consistently reflects the dangerousness of the dam and provides a reasonable probability of failure. This helps to overcome limitations of dam rating determination by weighted average, and it will help to evaluate dangerous dams as dangerous dams. - COLLAPSE

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April 2019
Research Article

Estimation of Permanent Displacement of Gravity Quay Wall Considering Failure Surface under Seismic Loading
지진 시 파괴면을 고려한 중력식 안벽의 영구변위 평가

Han, Insuk, Ahn, Jae-Kwang, Park, Duhee, Kwon, Osoon
한인숙, 안재광, 박두희, 권오순

지진에 대한 중력식 안벽의 안정성은 구조물의 허용변위를 기준으로 평가하며, 외력으로 발생하는 변위를 계산하기 위하여 Newmark 활동블록 이론에 기초한 변위 경험식 혹은 수치해석을 ... + READ MORE

지진에 대한 중력식 안벽의 안정성은 구조물의 허용변위를 기준으로 평가하며, 외력으로 발생하는 변위를 계산하기 위하여 Newmark 활동블록 이론에 기초한 변위 경험식 혹은 수치해석을 사용한다. 수치해석의 경우 복잡한 지형 및 구조물에 대한 정밀한 분석이 가능하나 적절한 입력변수 및 환경설정의 어려움으로 전문가가 아니면 신뢰성 있는 결과 도출에 한계가 있다. Newmark 법의 변위 경험식은 지진파만을 가지고 영구변위를 추정하기에 수치해석보다 간편하여 널리 사용되고 있다. 하지만 변위 경험식들은 구조물의 특성과 활동면에 대한 파라메터가 없으며, 강체로 가정된 활동면에서 흙의 비선형 거동과 구조물과의 상호작용을 고려하지 않았다. 따라서 중력식 안벽의 지진 안정성 평가를 위해서는 앞서 언급한 한계점을 보완하는 새로운 변위 경험식이 필요하다. 본 연구에서는 수치해석을 통해 구조물 뒷채움재의 응답특성을 분석하여 최적의 활동면 산정법을 제시하고자 하였다. 이를 위해 유한요소해석을 수행하여 다양한 지진파에 따른 응답특성과 응력-변형률 관계를 분석하였다. 그 결과 뒷채움재의 응답특성과 활동면은 입력 지진파에 따라 달라지는 것으로 나타났다. The stability of the gravity quay wall against earthquakes is evaluated on the basis of the allowable displacement of the wall. To estimate the displacement caused by external forces, empirical equations based on the Newmark sliding block method or numerical analysis are widely used. In numerical analysis, it is possible to analyze precisely a complicated site and structure, but difficult to set the appropriate parameters and environments; there are limitations in obtaining reliable results, depending on one’s level of expertise. The Newmark method, with only seismic motions, is widely used because it is simpler than numerical simulations when estimating permanent displacement. However, the empirical equations do not have any parameters for the response characteristics and sliding block of the structure, and sliding blocks being assumed as rigid bodies does not consider the nonlinear behavior of the soil and interaction with the structure. Therefore, in order to evaluate the seismic stability of the gravity quay wall, a newly-developed empirical equation is needed to overcome the above-mentioned limitations. In this study, numerical simulations are performed to analyze the response characteristics of the backfill of the structure, and to propose an optimal method of calculating the active area. For this purpose, finite element analyses were performed to analyze the response characteristics, and stress-strain relationships for various seismic motions. As a result, the response characteristics, sliding block, and failure surface of the backfill vary depending on the input seismic motions. - COLLAPSE

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April 2019
Research Article

Analysis for Applicability of Differential Evolution Algorithm to Geotechnical Engineering Field
지반공학 분야에 대한 차분진화 알고리즘 적용성 분석

An, Joon-Sang, Kang, Kyung-Nam, Kim, San-Ha, Song, Ki-Il
안준상, 강경남, 김산하, 송기일

역해석 수행 시 상대적으로 복잡한 공간 및 목표 설계 변수가 많은 경우, 지반공학 분야에 적용하기 위한 연구를 수행하였다. 지반공학 다변수 문제에 대한 ... + READ MORE

역해석 수행 시 상대적으로 복잡한 공간 및 목표 설계 변수가 많은 경우, 지반공학 분야에 적용하기 위한 연구를 수행하였다. 지반공학 다변수 문제에 대한 모델로 터널 분야 및 흙막이벽체에 대해서 Sharan 공식 및 Blum 방법을 사용하였다. 최적화 방법은 크게 결정론적인 방법 및 확률론적인 방법으로 구분된다. 본 연구에서는 전자 중 모의강화법(SA), 후자 중 차분진화 알고리즘(DEA), 입자 군집 최적화 알고리즘(PSO)을 선택하여 다변수 모델을 적용해서 비교하였다. 지반공학 다변수 역해석 문제에서 결정론적인 방법은 문제가 있음을 확인하였고, 차분진화 알고리즘의 우수성을 확인하였다. DEA는 Sharan의 이론 해에 대한 문제에서 평균 3.12%, Blum 문제에 대해서 평균 2.23% 오차율을 보였고, 반복 탐색 회수도 가장 작은 것으로 파악되었다. DEA 대비해서 SA는 117.39∼167.13배, PSO는 2.43∼6.91배의 탐색시간이 소요되었다. 지반공학 문제의 다변수 역해석에 차분진화 알고리즘을 적용하면, 계산속도 및 정확도가 향상될 것으로 기대된다. This study confirmed the applicability to the field of geotechnical engineering for relatively complicated space and many target design variables in back analysis. The Sharan’s equation and the Blum’s method were used for the tunnel field and the retaining wall as a model for the multi-variate problem of geotechnical engineering. Optimization methods are generally divided into a deterministic method and a stochastic method. In this study, Simulated Annealing Method (SA) was selected as a deterministic method and Differential Evolution Algorithm (DEA) and Particle Swarm Optimization Method (PSO) were selected as stochastic methods. The three selected optimization methods were compared by applying a multi-variate model. The problem of deterministic method has been confirmed in the multi-variate back analysis of geotechnical engineering, and the superiority of DEA can be confirmed. DEA showed an average error rate of 3.12% for Sharan’s solution and 2.23% for Blum’s problem. The iteration number of DEA was confirmed to be smaller than the other two optimization methods. SA was confirmed to be 117.39～167.13 times higher than DEA and PSO was confirmed to be 2.43～6.91 times higher than DEA. Applying a DEA to the multi-variate back analysis of geotechnical problems can be expected to improve computational speed and accuracy. - COLLAPSE

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April 2019
Research Article

Study of Kaolin Particle Migration and Clogging Using a Micromodel
마이크로 모델을 이용한 고령토 입자의 유동 특성 연구

Ha, Minkyu, Jung, Jongwon
하민규, 정종원

메탄을 생산하기 위한 하이드레이트 해리시 물과 메탄이 동시에 발생한다. 따라서, 지반 내 이온수의 담수화 및 다상유체의 흐름이 예상되고, 흙입자의 이동 및 막힘에 ... + READ MORE

메탄을 생산하기 위한 하이드레이트 해리시 물과 메탄이 동시에 발생한다. 따라서, 지반 내 이온수의 담수화 및 다상유체의 흐름이 예상되고, 흙입자의 이동 및 막힘에 영향을 주게 된다. 본 연구는 담수화 및 다상유체 흐름이 대표적 세립토인 고령토 입자의 이동 및 막힘에 어떻게 영향을 주는지 규명하고자 한다. 연구 결과는 다음과 같다. (1) 공극의 크기가 커질수록 최소 막힘 발생 농도가 증가한다. (2) 고령토 입자는 소금물보다 담수에서 쉽게 뭉침 및 공극 막힘이 발생한다. (3) 다상유체 흐름 내에서 고령토의 최소 막힘 발생 농도는 단상유체 흐름에 비해 감소한다. 따라서, 하이드레이트로부터 메탄 생산 시, 담수화 및 다상유체의 흐름 발생으로 인해 고령토의 공극 막힘이 쉽게 발생할 수 있고, 이로 인해 투수계수의 저하로 메탄 생산효율의 저하가 예상됨을 설명하였다. Hydrate dissociation is required to produce methane, which generates both water and methane. Thus, multiphase fluid flow and desalination are expected during methane production, which causes the fine migration and clogging in pores. The goal of this study is to explore the effects of both multiphase fluid flow and desalination on the migration and clogging of kaolin particles as typical fines. The results are as follows : (1) the larger the pore size is, the more mounting the critical clogging concentration is, (2) kaolin particles are more easily clustering and clogging in deionized water than salty water, and (3) the critical clogging concentration of kaolin in multiphase fluid flow is lower than in singlephase fluid flow. Therefore, clustering and clogging of kaolin within pore occur easily due to desalination and multiphase fluid flow when methane is produced from hydrates, and the efficiency of methane production is expected to decrease due to the degradation of permeability coefficient. - COLLAPSE

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April 2019