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측압계수에 따른 병설터널해석

00. 목차

01. 학습목표 3 05. 해석 19

02. 개요 4

1. 터널수치해석 개요

2. 측압계수

3 모델링 구성

1. 시공단계 설정 – 이름 정의

2. 시공단계 설정 – 요소 및 경계조건 정의

3. 해석케이스 설정

4. K0 매개변수 설정

5. 설계옵션 정의

6. 설계부재 및 인접구조물 정의3. 모델링 구성

03. 작업환경 설정 및 물성 정의 11

1. Soilworks 시작/파일 들여오기

6. 설계부재 및 인접구조물 정의

7. 해석

06. 해석 및 결과확인 28

2. 지반특성정의

3. 구조특성정의

04. 모델링 14

1. 결과분석

2. 보고서 생성

07. 심화학습을 위한 가이드 30

1. Surface 작성 및 물성부여

2. 요소망 작성

3. Include/Exclude Item.

4. 경계조건 설정

측압계수에 따른 병설터널해석 | Tutorial2

01. 학습목표

본 따라하기에서는 측압계수에 따른 터널굴착시 안정성을 검토하기 위한 내용으로, SoilWorks

프로그램의 작업 흐름을 이해하고 올바르게 사용하기 위한 기본적인 각 기능들을 익힙니다 터널프로그램의 작업 흐름을 이해하고 올바르게 사용하기 위한 기본적인 각 기능들을 익힙니다. 터널

수치해석에 대한 기본 흐름을 이해하고, SoilWorks를 이용하여 터널 시공단계해석을 수행합니다.

또한, 결과 분석 및 보고서를 생성하는 방법을 익힙니다.

터널 시공단계해석에 있어서 SoilWorks의 작업흐름은 아래와 같습니다.

해석 대상 CAD 모델 불러오기STEP 01 해석 대상 CAD 모델 불러오기

Surface 작성 및 물성 부여

STEP 01

STEP 02

요소망 자동 생성

경계/하중조건 부여하기

STEP 03

STEP 04

시공단계 설정

해석케이스 및 설계옵션 정의

STEP 05

STEP 06

해석 실행STEP 07

| SoilWorks에서의 작업흐름 |

결과 분석 및 보고서 출력STEP 08

Tutorial | 측압계수에 따른 병설터널해석 3

1. 터널수치해석 개요

02. 개요

설계단계에서의 수치해석은 터널굴착으로 인한 주변지반의 변형 및 침하를 예측하고, 인접구조

물의 영향을 검토하며, 터널 지보재의 안정성 등을 검토하기 위함입니다. 시공단계에서는 현장

계측값을 이용하여 역해석을 통하여 실제적인 지반 물성치를 평가하고, 다음 시공 현장에 Feed-

back하는 기본적인 자료를 제공합니다.

설계 및 시공단계에서의 수치해석 적용 흐름도

| 설계단계에서의 수치해석 | | 시공단계에서의 수치해석 |


2. 측압계수

02. 개요

1) 개요

지하공동구조물을 안전하고 합리적이고 경제적으로 구축하기 위해서는 대상 암반에 대한

물리적, 역학적 성질을 가능한 한 정확히 파악할 필요가 있습니다. 그 중에서도 특히 암반의

초기응력을 파악하는 것은 암반구조물의 안정성 검토에 있어서 매우 중요한 요소입니다.

초기응력이란 지하굴착 이전에 현지 암반 내에 존재하는 교란되지 않은 상태의 응력을 말하

며, 구조물(터널, 지하 양수발전소, 지하 비축기지 등) 시공을 위해 암반 내에서 굴착을 하게

되면 암반 내에 존재하던 초기응력이 교란되어 굴착면 주위에 응력의 재분배가 일어나게 되

고, 이를 유도 응력이라 합니다.

초기응력은 상부하중(Overburden)에 중력이 작용하여 발생한 자중에 의한 응력(Gravitation

stress), 지각의 활동에 의한 응력(Tectonic stress), 지각의 침식 후에 잔류된 잔류응력

(Residual stress)으로 분류됩니다. 초기응력의 크기와 이방성은 터널단면의 형상과 터널의

배치방향을 결정하는데 중요한 변수가 됩니다. 터널단면의 형상과 배치방향은 터널 주위의

응력집중, 변위, 이완영역 분포를 최소화하는 방향으로 결정해야 하며, 주어진 조건하에서

관련변수를 변화시키면서 안정해석을 수행한 후 최적의 경우를 결정해야 합니다.

안정해석은 수치해석을 이용한 해석적 방법을 이용하는데, 이 때에 초기응력을 결정하기 위

한 측압 계수(K=fh/fv: fh=평균수평응력, fv=수직응력)의 입력은 필수적입니다.

측 정 방 법 특 징 문 제 비 고

부 분

해방법

• 큰 영역의 평균적인 응력

측정

• 측정값이 적음

• 모델 설정과 해석시공시에

측정

응력

해방법

해방법• 비탄성조건 고려가능 • 세 방향 주응력 결정 곤란

측정

전응력

해방법

• 국부적인 응력측정이 비교

적 간편

• 신뢰성이 큼

• 세 방향 주응력 결정가능

• 선형탄성을 가정

• 탄성정수의 추정

• 측정 Sensor부 공벽의 접착성

• 심부의 추정이 곤란

실험실 내에

서 검정

응력보상법

• 직접적 방법

• 중간규모의 측정간편

• 관리시험가능

• 탄성회복을 가정

• 벽면상의 1방향 응력만 측정

• 전단의 효과가 불명확

시굴갱을

이용

수압파쇄법• 큰 심도의 측정가능

• 비교적 간편

• 주응력 방향의 결정 불명확

• 암석 인장강도 추정 곤란

시추공을

이용

• 공내재하시험에 의해 산정한 변형계수를 이용하여 추정하는 방법


기 타

• 공내재하시험에 의해 산정한 변형계수를 이용하여 추정하는 방법.

(Sheorey의 제안식 이용)

• 참고자료(기 측정자료 및 문헌에 나타난 자료 등)를 이용하는 방법

| 암반의 지중응력 측정법 |

02. 개요

2. 측압계수

2) 국내 ∙ 외 측압계수 측정 및 연구사례

(1) Terzaghi와 Richart(1952) 이론

초기 수평응력은 프아송비(υ)와 초기 연직응력을 이용한 다음 아래 식과 같이 탄성론에 의거

하여 표현될 수 있다고 주장하였습니다.

이 식은 광대한 넓은 지역에서 지층이 교란되지 않은 수평 퇴적층일 경우에만 성립되며, 실

제로 보통 암반 내에 존재하는 불연속면 등의 영향에 의해 단순한 탄성론으로는 초기응력

발생 메커니즘의 설명이 불가능하기 때문에 근래에는 거의 사용하지 않고 있습니다.

)1

(K fv1

fh

(2) Hoek – Brown의 측정 ∙ 연구사례

임의 깊이에서의 연직응력은 그림에서 보는 바와 같이 fv=Υ ∙ Z (Υ: 암반의 단위 중량, Z: 지

표로부터의 깊이)로 계산한 값이 실제 측정결과와 잘 일치합니다.

측압계수(K)는 위 그림과 같이 평균 수평응력 fh(avg)을 연직응력 fv로 나눈 값으로서 지표로

연직응력과 깊이와의 관계 측압계수(K)

측압계수( )는 위 림과 같이 평균 수평응력 ( g)을 연직응력 나눈 값 서 지

부터 깊이 Z(m)에 대하여 그린 것입니다. 이 그림에 의하면 대부분의 점에서 K값이 아래 식

의 범위 내에 있는 것을 알 수 있습니다.

5.0 Z

1500 K 0.3

Z

100


02. 개요

2. 측압계수

(3) 국내 측정 ∙ 연구사례

국내에서는 지금까지 주로 강원도, 경상북도, 전라남도 등지의 광산 개발지역에서 지하자원

채굴 및 갱도유지 문제와 관련하여 암반의 특성 및 현지 암반 초기응력이 측정되어 왔으며,

근래에 들어서는 지하 양수발전소, 지하 유류비축기지, 도로터널, 대도시 내 지하철 등의 건

설이 증가하면서 전국적 으로 암반의 공학적 특성이 조사, 분석되고 현지 암반 초기응력에

대한 측정과 평가도 점차 늘어가고 있습니다.

지금까지 국내에서 측정된 자료를 분석하면 다음과 같습니다.

① 국내 도로터널 및 지하철 터널구간의 수압파쇄시험 결과분석 (1996)

수압파쇄시험을 통해 측압계수의 지역별 양상을 파악하였고, 이를 상관 관계식을 이용, 분석

한 아래와 같은 수식이 제안되었습니다.

최대 측압계수 : K = 11.881Z-0.4369,

최소 측압계수 : K = 7.7585Z-0.4139

여기서, Z: 심도(m)

그림에서 보는 바와 같이 비교적 천부에 해당하는 100m 이내에서는 수직응력과 수평응력의그림에서 보는 바와 같이 비교적 천부에 해당하는 100m 이내에서는 수직응력과 수평응력의

비가 1∼4 정도로 나타나고 있으나, 심도가 깊어질수록 측압계수(K)는 감소하고 있음을 알 수

있습니다.

국내 도로 및 지하철 터널에서 측정한 측압계수와 심도와의 관계


국내 및 지하철 터널에서 측정한 측압계수와 심 와의 계

02. 개요

2. 측압계수

② 경험식

제 안 자 초기 응력상태 추정식 측정방법 및 적용가능 심도 (m)

임한욱, 이정인(1991) Shav = 2.78 + 0.0183․z(r = 0.86) 응력개방법 (150～800m)

최성웅, 신중호(1998, 1999)

6/z + 0.5〈 Kavg〈 240/z + 0.1

Shav = 0 786 + 0 0342 z수압파쇄법

주) Kavg : 평균 측압계수 SH(Sh) : 최대(최소) 수평응력(MPa)

z : 심도(m) Shav : 평균 수평응력(MPa)

Shav = 0.786 + 0.0342․z

배성호, 최용근(2001)

27/z + 0.31 〈 Kavg 〈 175/z + 1.05

SH = 1.401 + 0.036․z(r = 0.840)

Sh = 1.346 + 0.025․z(r = 0.839)

수압파쇄법(20～310m)

150

100

50

00.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Kavg(Shavg/Sv)

z:(m

))

150

100

50

00.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

ratio of SH to S

V

KH(S

H/S

v)

(m))

( ) 평균 측압계수 (b) 최대 측압계수

350

300

250

200

HYDRAULIC FRACTURING METHOD

Kl = 27/z + 0.31

Ku = 175/z + 1.05

Dep

th(z

300

250

200

KHL

= 39/z + 0.51

KHU = 210/z + 1.25

Dep

th(z

:

(a) 평균 측압계수 (b) 최대 측압계수

국내 심도별 측압계수 분포양상 (배성호, 최용근, 2001)

50

00 2 4 6 8 10 12 14 16

Maximum Horizontal Stress(MPa)

50

00 2 4 6 8 10 12

Minimum Horizontal Stress(MPa)

300

250

200

150

100

SH = 1.401 + 0.036z(R = 0.840)

Dep

th(Z

:(m

))

300

250

200

150

100

Sh = 1.346 + 0.025z(R = 0.839)

Dep

th(z

:(m

))


(a) 최대 수평응력 (b) 최소 수평응력

심도별 최대, 최소 수평응력의 분포범위 (배성호, 최용근, 2001)

350 350

02. 개요

2. 측압계수

③ 경험식에 의한 측압계수 범위

토 피제안자 50m 100m 150m 200m

임한욱, 이정인 2.74 1.71 1.36 1.19

최성웅, 신중호 0.62<K<4.7 0.56<K<2.5 0.54<K<1.7 0.53<K<1.3

3) 설계적용 측압계수 선정

배성호, 최용근 0.85<K<4.55 0.58<K<2.8 0.49<K<2.22 0.45<K<1.93

암반의 측압계수는 국내 측정치에 의하면 0.5 ~ 4.0의 범위에 있으며 이는 현장시험 위치에

따라 절리 및 강도 특성의 영향을 민감하게 받는 것으로 판단됩니다. 특히, 터널과 같이 연장

이 긴 경우 매 막장 면의 현장여건이 다양하게 변화됩니다.

실제 굴착 시에는 터널 내 시험 및 계측자료를 이용하여 역해석하여, 좀 더 정확한 거동을 예

측해야 합니다.


3. 모델링 구성

02. 개요

터널에 대한 수치해석에서는 다양한 지반조건의 상태를 모두 고려할 수 없으며 특히 암반층에

대해서는 암반 자체의 기본적인 성질을 해석에 필요한 매개변수를 이용하여 근사적으로 이상화

시키고 있습니다. 이렇게 근사적으로 이상화시킨 매개변수를 가지고 다양한 조건을 부여하여 여

러 가지 지반 거동에 대한 해석을 실시하여 그 결과를 분석할 수도 있습니다.

본 따라하기에서는 K0 매개변수 해석을 이용하여 병설터널에 안정해석을 검토해 보도록 하겠습

니다.

따라하기에 이용된 모델 및 지반의 물성은 아래와 같습니다.

1) 모델링 구성

| || 모델링 구성 |

지반 특성

번호 이름 Model Type 탄성계수(kN/m2)

습윤단위중량(kN/m3)

포화단위중량(kN/m3) 포아송비 점착력

(kN/m2)내부마찰각(degree)

1 V등급암 Mohr Coulomb 400,000 21 21 0.30 50 33

2) 재질 속성

재질 특성

2 IV등급암 Mohr Coulomb 1,000,000 23 23 0.27 300 35

3 IIII등급암 Mohr Coulomb 5,000,000 25 25 0.25 800 40

4 II등급암 Mohr Coulomb 10,000,000 26 26 0.22 2,000 45

5 I등급암 Mohr Coulomb 20,000,000 27 27 0.20 2,500 47


재질 특성

번호 이름 Type 탄성계수(kN/m2) 포아송비 단위중량

(kN/m3)Spacing

(m)Section

(m)

1 Soft S/C Beam 5,000,000 0.3 24 1 Thickness : 0.3

2 Hard S/C Beam 15,000,000

1. SoilWorks 시작/파일 들여오기

03. 작업환경 설정 및 물성정의

바탕화면에서 SoilWorks 실행아이콘 선택

1. Project Manager > Tunnel 선택

2. 초기변수 정의에 단위계를 kN, m, sec 로 설정한 후 버튼 클릭

3 메인아이콘 > 가져오기 > 캐드파일 선택

해석을 위해 미리 작성되어있는 파일을 불러옵니다.

SoilWorks는 실무설계과

정에서 직접적으로 활용

할 수 있는 터널/사면/연

약지반/기초/침투/동해석

의 6개의 모듈로 구성되 3. 메인아이콘 > 가져오기 > 캐드파일 선택

4. K0_Analysis.dwg 파일 클릭 후 버튼 클릭

5. Command창에 Z(zoom) > e 키를 입력하여 모델 데이터 확인

의 6개의 모듈로 구성되

어 있습니다.

Cad상에서 모델데이터

를 복 사 (Ctrl+C) 한 후

SoilWorks 에서 바로 붙

여 넣기(Ctrl + V)할 수

있습니다

12

있습니다.

4

3

5

| SoilWorks 시작 및 불러오기 |


2. 지반 특성 정의


Main Menu에서 모델 > 재질속성 > 지반물성 선택 (command : gm)

1. 이름 입력란에 ‘V등급암’ 입력

2. 모델종류 선택란에서 ‘Mohr Coulomb’ 선택

3. 탄성계수 입력란에 ‘400000’ 입력

4. 포아송비 입력란에 ‘0.30’ 입력

Command 창에서 명령

어를 직접 입력하여 메뉴

를 호출할 수도 있습니다.

5. 습윤단위중량 입력란에 ‘21’ 입력

6. 포화단위중량 입력란에 ’21’ 입력

7. 점착력 입력란에 ‘50’ 입력

8. 내부마찰각 입력란에 ‘33’ 입력

9. 정지토압계수 입력란에 ‘0.5’ 입력

10. 버튼 클릭

11. 이름 입력란에 ‘IV등급암’ 입력

12. 탄성계수 입력란에 ‘1000000’ 입력






18. 버튼 클릭

19. 11~17의 방법으로 ‘III등급암’, ‘II등급암’, ‘I등급암’ 물성치 작성

20. 버튼 클릭

1 11

2 8~

10

12 17~

180 8

19


| 지반특성 정의 |

3. 구조 특성 정의


Main Menu에서 모델 > 재질속성 > 구조특성 선택 (command : sp)

1. 이름 입력란에 ‘Soft S/C’ 입력

2. Type 선택란에서 ‘Beam’ 선택

3. 단면치수 선택란에서 ‘Rectangle’ 선택

4. 재질종류 선택란에서 ‘Concrete’ 선택

‘강성계산’은 입력된 단

면크기를 이용하여 자동

으로 단면정보를 계산할

수 있습니다.

5. 단면정보 탭 > 단면의 H에 ‘0.3’ 입력, B에 ‘1.0’ 입력

6. 클릭

7. 재질정보 탭 > 탄성계수 입력란에 ’5000000’ 입력

8. 재질정보 탭 > 포아송비 입력란에 ’0.3’ 입력

9. 재질정보 탭 > 단위중량 입력란에 ’24’ 입력

10. 재질정보 탭 > 설계강도 입력란에 ‘21000’ 입력

11. 버튼 클릭

12. 이름 입력란에 ‘Hard S/C’ 입력

13. 재질정보 탭 > 탄성계수 입력란에 ’15000000’ 입력

14. 버튼 클릭

15. 버튼 클릭

1

2

3

5 6~ 7 10~

11

4

12

13


14

| 구조특성 정의 |

15


04. 모델링

요소망을 작성하기 전에 물성을 부여하기 위한 면을 생성합니다.

SoilWorks에서는 면 자

동생성 기능을 이용하여

자동으로 폐합된 면을 설

정할 수 있습니다. 생성

된 면에는 D &D 을

Main Menu에서 기하형상 > 생성 > 면 자동생성 클릭 (command : ss)

1. 작업창에서 ‘I등급암’ 영역 선택

작성된 면에 지반특성 및 구조특성을 부여합니다.

된 면에는 Drag&Drop을

이용하여 요소망 작성 전

에 지반특성을 미리 부여

할 수 있습니다.

곡선부분이 제대로 생성

되지 않은 것처럼 보일

경 우 command 창 에

작업창에서 등급암 영역 선택

2. Worktree > 재질속성 > 지반특성 > I등급암을 작업창으로 Drag&Drop

3. 작업창에서 ‘II등급암’ 영역 선택

4. Worktree > 재질속성 > 지반특성 > II등급암을 작업창으로 Drag&Drop

5. 3~4의 방법으로 ‘III등급암’, ‘IV등급암’, ‘V등급암’ 영역을 선택한 후 해당물성을 작업

창으로 Drag&Drop

6. 작업창에서 ‘Shotcrete’ 영역 선택regen 명령어를 입력함

으로써 현재 뷰상에서 모

든 캑체의 화면좌표를 다

시 계산하여 보여줍니다.

작업창에서 영역 선택

7. Worktree > 재질속성 > 구조특성 > soft s/c를 작업창으로 Drag&Drop

~1 7

| 지반 및 구조재질 물성 부여 || 지반 및 구조재질 물성 부여 |


면이나 커브에 부여된 물성은Worktree에서 확인이 가능합니다.

2. 요소망 작성

04. 모델링

물성이 부여된 면을 이용하여 요소망을 생성합니다.

SoilWorks에서는 요소망

의 조밀도에 따라 Very

Fine / Fine / Coarse

Mesh를 제공하고 있습니

다

Main Menu에서 모델 > 요소망 > Smart Mesh 선택 (command : sm)

1. 조밀도 > ‘조밀한 요소’ 선택

2. ‘고차요소 생성’ 옵션 체크 해제

3. ‘각 영역별 요소망세트 별도 등록’ 옵션 체크다.

각 영역 망세 등록 체

4. 버튼 클릭

5. 생성된 요소망을 확인

6. Worktree에서 터널에 해당되는 요소망세트의 이름을 재정의

5

1

2

3

4

| || 생성된 요소망 |

6

| 요소망 이름 정의 |

F2 키를 이용하여 요소망 세트의

이름을 재정의할 수 있습니다.


물성변경시 Selection Filter( )를 이용하여 요소나 요소망세트를 선택하고, Worktree의 변경될 지반특

성 혹은 구조특성을 작업창에 Drag&drop 함으로써 물성을 변경시킬 수 있습니다.

3. 요소망세트 추가 및 할당하기

04. 모델링

병설터널의 좌/우 Shotcrete를 모사하기 위해 Shotcrete 요소망을 두 개로 나누어줍니다.

Main Menu에서 Workstree > 요소망 세트 선택

1. Workstree > 요소망 > 요소망세트에서 마우스 우클릭을 통해 Context Menu 호출한

후 ‘추가’를 선택하여 새로운 요소망세트를 생성

2. F2키를 이용하여 새로운 요소망세트 이름을 ‘우터널S/C’로 변경키를 이용하여 새 세 이 을 우터

3. Workstree > 요소망 > 요소망세트 > Soft s/c를 선택한 후 Context Menu 호출하여

‘혼자 보이기’ 를 선택

4. 우터널S/C 영역에 해당하는 Curve를 선택

5. Workstree > 요소망 > 요소망세트 > 우터널S/C 를 작업창으로 Drag&Drop

6. F2키를 이용하여 ‘soft s/c’의 이름을 ‘좌터널S/C’ 로 변경

Curve 선택시 selection

filter를 1D 요소로 설정

합니다.

4

1

| Selection Filter |

2

3

5


| 생성된 요소망 |

04. 모델링


생성된 요소망의 경계조건을 설정합니다.

Main Menu에서 하중&경계조건 > 경계 > Smart Support 선택 (command : as)

1. 경계세트에 ‘’support’ 입력

2. ‘모든 요소망세트 고려’ 옵션 체크

3. 버튼 클릭버 릭

1

2

3

| || 생성된 경계 조건 |



04. 모델링

시공단계에 따른 Shotcrete 및 지반의 강성변화를 모사합니다.

Main Menu에서 하중&경계조건 >경계 > 속성변경 선택

1. 경계세트에 ‘좌터널S/C’ 입력

2. 대상선택방법를 ‘구조특성’ 으로 선택

3 Selection Filter를 ‘1D 요소’ 로 변경3. Selection Filter를 1D 요소 로 변경

4. 좌터널 숏크리트에 해당하는 35개의 요소를 선택

5. ‘구조특성’ 선택란에서 ‘Hard S/C’ 속성 선택

6. 버튼 클릭

7. 경계세트에 ‘우터널S/C’ 입력

8. 우터널 숏크리트에 해당하는 35개의 요소를 선택

9 버튼 클릭

Worktree > 요소망세트

에서 변경될 요소만 체크

옵션을 켜면 쉽게 요소를

선택할 수 있다.

9. 버튼 클릭

10. 버튼 클릭

1

2

7

4

5

6

8

910

| 특성변경 정의 |



05. 해석

해석에 사용될 시공단계를 정의합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 시공단계 > 시공단계 선택 (command : cs)

1. ‘시공단계추가’ 선택

2. 개수에 ‘8’ 을 입력


4. ‘시공단계 1’ 선택, 이름에 ‘원지반’ 입력, ‘변위결과 삭제’ 옵션 체크

5. 버튼 클릭

6. ‘시공단계 2’ 선택, 이름에 ‘Null Stage’ 입력, ‘변위결과 삭제’ 옵션 체크

7. 버튼 클릭

8. ‘시공단계 3’ 선택, 이름에 ‘좌터널굴착’ 입력, ‘하중분담율’ 옵션 체크

9. ‘하중분담율정의’ 의 ‘0’, ‘1’, ‘2’ 단계에 각각 ‘0.7’, ‘0.2’, ‘0.1’ 입력

지반이 평평하지 않고

경사진 경우 K0해석을

수행하게 되면 불평형력

으로 인해 상대적으로 변

위가 많이 발생될 수 잇

10. 버튼 클릭

11. 버튼 클릭

12. ‘시공단계 4’ 선택, 이름에 ‘좌터널지보’ 입력

13. 버튼 클릭

14. ‘시공단계 5’ 선택, 이름에 ‘좌터널지보경화’ 입력

15. 버튼 클릭

습니다. 이러한 경우 초

기응력해석 다음단계에

변위만 0으로 설정한

Null Stage를 두어 불평

형력을 제거할 수 있습니

다.

16. ‘시공단계 6’ 선택, 이름에 ‘우터널굴착’ 입력, ‘하중분담율’ 옵션 체크

17. ‘하중분담율정의’ 의 ‘0’, ‘1’, ‘2’ 단계에 각각 ‘0.7’, ‘0.2’, ‘0.1’ 입력

18. 버튼 클릭

19. 버튼 클릭

20. ‘시공단계 7’ 선택, 이름에 ‘우터널지보’ 입력

21. 버튼 클릭

22. ‘시공단계 8’ 선택, 이름에 ‘우터널지보경화’ 입력

23. 버튼 클릭

1

2

3

~4 23

8 9


| 시공단계 설정 |


05. 해석

해석에 사용될 시공단계 중 요소 및 경계조건을 정의합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 시공단계 > 단계별 모델 선택 (command : csm)

1. 입력종류를 ‘트리방식’ 로 선택

2. 단계 > 원지반 단계에 존재하게 되는 ‘기본 요소망 세트’, ‘I등급암1’, ‘II등급암1’, ‘III등

급암1’, ‘IV등급암1’, ‘V등급암1’, ‘좌터널’, ‘우터널’ 요소망 세트와 ‘support’ 경계세트,

SoilWorks에서는 시공단

계 입력을 편리하게 하기

위해 ‘트리방식’과 ‘테이

블방식’ 2가지 형태를 제등 등 좌터 우터 세 와 pp 계세

‘자중’ 하중세트를 ‘현 단계에 추가할 데이터’ 란 으로 Drag&Drop

3. 버튼 클릭

4. 단계를 ‘좌터널굴착’ 단계로 선택한 후 ‘좌터널’ 요소망 세트를 ‘현 단계에 삭제할 데이

터’ 란으로 Drag&Drop

5. 버튼 클릭

6. 단계를 ‘좌터널지보’ 단계 로 선택한 후 ‘좌터널S/C’ 요소망 세트를 ‘현 단계에 추가할

블방식 2가지 형태를 제

공하고 있습니다.

데이터’ 란으로 Drag&Drop

7. 버튼 클릭

8. 단계를 ‘좌터널지보경화’ 단계로 선택한 후 ‘좌터널S/C’ 경계 세트를 ‘현 단계에 추가할


9. 버튼 클릭

10. 단계를 ‘우터널굴착’ 단계로 선택한 후 ‘우터널’ 요소망 세트를 ‘현 단계에 삭제할 데이

터’ 란으로 Drag&Drop

11. 버튼 클릭

12. 단계를 ‘우터널지보’ 단계 로 선택한 후 ‘우터널S/C’ 요소망 세트를 ‘현 단계에 추가할


13. 버튼 클릭

14. 단계를 ‘우터널지보경화’ 단계로 선택한 후 ‘우터널S/C’ 경계 세트를 ‘현 단계에 추가할


15. 버튼 클릭

16. 버튼 클릭

1

3

2




05. 해석

54

76

98




05. 해석

1110

1312

1514



16


05. 해석

해석에 사용될 해석케이스를 설정합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 해석제어 > 해석케이스 선택 (command : ac)

1. 해석케이스 창에서 버튼 클릭

2. 이름란에 ‘K0_Anlaysis’ 입력

3. 해석방법 선택란에서 ‘시공단계 해석’ 선택해석 택 에서 시공 계 해석 택

4. 해석제어 데이터 버튼 선택

5. ‘초기 응력해석 시공단계’ 옵션 체크, 선택란에서 ‘원지반’ 선택

6. ‘K0 조건’ 옵션 체크

7. 버튼 클릭

8. 버튼 클릭

5

6

1

2

3 4

7

| 해석 케이스 설정 |

8


4. K0 매개변수 설정

05. 해석

측압계수를 변경시켜가면서 해석을 수행하기 위해 K0값을 설정합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 해석제어 > K0해석 선택 (command : k0a)

1. 참조할 해석케이스란에서 ‘K0_Analysis’ 를 선택

2. 변경할 요소망세트 선택에서 모든 요소망세트를 선택

3. K0값에 ‘0.5’, ‘1’, ‘1.5’, ‘2’ 입력값에 력

4. 버튼 클릭

1

2

2

3

4

| K0 매개변수 설정 |

K0 매개변수 설정을 적용하면 작업트리 > 해석케이스

설정 하단에 자동적으로 K0값에 따른 해석케이스가 생

성되어진다.


5. 설계 옵션 정의

05. 해석

보고서에 사용될 설계 옵션을 정의합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 설계 및 보고서 제어 > 설계옵션 선택

1. Tunnel 항목에서 허용변위 관리기준을 ‘사용자 정의’ 로 선택

2. 입력란에 ‘0.025’ m 입력

3. 인접구조물 Tab란에서 허용변위 관리기준을 ‘시설안전관리공단(1993)’ 로 선택구 물 에서 허용 위 리기 을 시 리공 ( ) 택

4. 등급을 ‘A’ 등급으로 설정

5. 버튼 클릭

1

2

3

42 4

| 설계 옵션 정의 |

5


6. 설계부재 및 인접구조물 정의

05. 해석

보고서에 사용될 설계 부재 및 인접구조물을 정의합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 설계 및 보고서 제어 > 터널멤버 선택

1. 설계부재 탭란에서 버튼을 클릭

2. 이름에 ‘좌터널’ 을 입력하고 버튼 클릭

3. 이름에 ‘우터널’ 을 입력하고 버튼 클릭이 에 우터 을 력하 버 릭

4. 버튼 클릭

5. 이름에 ‘천단변위’ 입력

6. 종류 선택란에서 ‘지반’ 선택

7. 종류 선택 하단부에서 ‘절점’ 를 지정

8. 객체 선택에서 ‘좌터널천단부’ 에 해당되는 절점을 선택

9. 검토항목에서 ‘수직변위’ 체크

10. 버튼 클릭

11. 이름에 ‘내공변위’ 입력

12. 객체 선택에서 ‘좌터널내공부’ 에 해당되는 두 절점을 선택

13. 검토항목에서 ‘수평변위’ 체크

14. 버튼 클릭

15. 이름에 ‘숏크리트’ 입력

16. 종류 선택란에서 ‘숏크리트’ 선택

17. 종류 선택 하단부에서 ‘1D 요소’ 를 지정

18. 객체 선택에서 ‘숏크리트’에 해당되는 1D 요소들을 선택

19. 검토항목에서 ‘휨응력’, ‘전단응력’ 체크

20. 버튼 클릭

21. 5~20의 방법으로 ’우터널’, ‘우터널천단변위’, ‘우터널내공부’, ‘우터널숏크리트’ 에 해

당하는 검토항목을 생성

22. 버튼 클릭

1

2

~5

~ 3

21


4

| 설계부재 및 인접구조물 정의 |

22

7. 해석

05. 해석

작성된 해석케이스를 이용하여 해석 및 보고서 생성을 수행합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 수행 > 해석&보고서 선택 (command : ra)

1. ‘K0 해석(K0=0.5)’, ‘K0 해석(K0=1.0)’, ‘K0 해석(K0=1.5)’, ‘K0 해석(K0=2.0)’, ‘터널해

석결과 보고서’ 에 체크 확인

2. 버튼 클릭

해석과정에서 발생하는

정보는 Analysis&Report 버 릭Manager 하단부에 표시

됩니다. 특히 Warning 이

발생한 경우에는 해석결

과가 정상이 아닐 수도

있으므로 주의하셔야 합

니다.

해석에 대한 정보는 Text

파일 포맷으로 Save 파

1

일 과 동 일 한 폴 더

에 .OUT 파일에 저장됩

니다.

| 해석 & 보고서 |

2


1. 결과분석

06. 결과분석 및 보고서 출력

시공단계에 따른 터널의 변위형상 및 구조물의 축력을 확인합니다.

Post tree에서 K0 해석(K0=0.5) > 우터널지보경화> 변위 > 연직변위(DZ) 선택

1. ‘터널 천단부’에서의 변위 경향 확인

2. Main Menu > Result > Advanced Result > Probe Result 를 통해 좌/우터널의 침하량

확인 가능확 가

3. Main Menu > Result > Graphic Result 항목을 통해 시공단계별 변위 형상 확인

| 최종단계에서의 연직 변위 |

Post tree에서 K0 해석(K0=0.5) > 우터널지보경화 > 보요소 부재력 > 보 축력(Nx) 선택

1. ‘터널 숏크리트’ 및 ‘인접구조물’에서 작용하는 축력 확인

2. Main Menu > Result > Advanced Result > Probe Result 를 통해 좌/우터널의 숏크리

트 축력값 확인 가능

3. Main Menu > Result > Graphic Result 항목을 통해 시공단계별 축력변화 형상 확인


| 최종단계에서의 축력 |

2. 보고서 생성


해석된 결과를 보고서 형태로 생성합니다.

Report tree에서 tunnel[터널모듈] > Tunnel > Tunnel Analysis 더블 클릭

| 터널 해석결과 보고서 |

| K0에 변화에 따른 병설터널의 변위발생 경향 |


07. 심화학습을 위한 가이드

본 따라하기에서는 암반의 측압계수가 변함에 따른 병설터널 안정성 해석을 수행해 보았습니다.

터널의 수치해석은 설계단계에서는 터널의 굴착주변 변형 및 침하의 예측, 타 구조체의 영향을

고려하여 터널 유지의 한계선을 설정하고 지보재, Lining 설계자료로 활용하며, 시공시 역해석을

통하여 계측에서 얻어지는 실제적인 Parameter를 획득, 계측된 해석 단면과 유사한 단면에서의

거동 예측과 지반 Parameter를 결정하는데 그 목적이 있습니다.

또한 근접 구조물의 영향 범위에 대한 해석을 실시하여 굴착순서에 따른 응력, 변형율, 변위의 영

향이 주변 지반이나 구조물에 어떠한 영향을 미치는가에 대하여 조사하여 터널 구조물의 설계요

소를 결정하는데 목적이 있습니다.

SoilWorks에서는 시공단계해석을 포함한 터널모듈에 관련한 따라하기를 통해 터널수치해석에

대한 흐름을 익힐 수 있도록 다음과 같이 구성하였습니다.

1) 터널굴착에 따른 인접구조물 영향성 검토

2) 터널본선부 라이닝 설계

3) 침투- 터널 연계해석

SoilWorks를 이용한 각 모듈별 따라하기는 웹사이트 (http://kor.midasuser.com/geotech) 를 통

해 제공하고 있으며, 관련 기술자료들도 추후 업데이트될 예정입니다.


무보강 비탈면 안정해석

00. 목차

01. 학습목표 3 05. 해석 20

02. 개요 4

1. 사면안정해석 개요

2. 고려사항

3 안전율 관리기준




4. 설계옵션 정의

5. 해석

3. 안전율 관리기준

4. 모델링 구성



06. 해석 및 결과확인 25

1. 결과분석


04. 모델링 13



2. 시드 정보 입력

3. 요소망 작성

4. Mohr-Coulomb(LEM)모델 물성부여


무보강 비탈면 안정해석 | Tutorial2

01. 학습목표

본 따라하기에서는 무보강 절토사면의 안정성을 굴착 단계별로 검토하기 위해 SoilWorks에 대한

프로그램 작업 흐름을 이해하고 올바르게 사용하기 위한 기본적인 각 기능들을 익힙니다. 무보강

사면에 대해 보편적으로 사용되는 LEM해석법을 기본으로 SRM 시공단계 해석을 병행하여 각 굴

착단계별 안전율을 직접 비교할 수 있습니다. 두 해석법의 비교를 통해 보다 정확한 사면의 거동

을 분석하고 경제적인 보강공법 설계의 가이드를 제시합니다.

사면안정해석에 있어서 SoilWorks의 작업흐름은 아래와 같습니다.

해석 대상 CAD 모델 불러오기STEP 01

Surface 작성 및 물성 부여


STEP 02

STEP 03

시공단계 설정


STEP 04

STEP 05

STEP 06 해석 실행

출



Tutorial | 무보강 비탈면 안정해석 3

02. 개요

1. 사면안정해석 개요

성토 또는 굴착에 의해 생성된 사면에 지하수위, 하중(외력), 지진 등이 작용하게 되면 안정성에

크게 영향을 받게 됩니다. 즉, 자중 및 외력에 의해 사면 내부에 전단응력이 발생하게 되고, 이것

이 지반이 갖고 있는 전단강도보다 크게 되면 사면파괴가 발생합니다. 따라서 계측을 통해 위험

하다고 판단되는 사면에 대해 적절한 보강을 적용하기 위해 제안된 여러가지 해석법을 이용하여

사면의 안정성을 수치적으로 검토합니다.

사면안정 해석법으로는 다음과 같은 방법들이 제안되어 있습니다.

한계평형이론에 의한 일체법과 절편법

강소성론에 의한 극한 해석법

탄소성이론에 의한 유한요소법

자료수집및검토

지반조사방향설정

국내붕괴현장조사토취장비탈면의붕괴특성분석과업구간지질도분석

지반조사방향설정

지질도분석및확인

지형/지질분석

지질도분석및확인

지형/지질분석

인접구간비탈면조사 과업구간지반조사

토사비탈면조사암반비탈면조사

붕괴현장조사지표지질조사현장시험

현장조사

지표지질조사현장시험

현장조사

탄성파탐사

물리탐사

탄성파탐사

물리탐사

지질도분석및확인과업구간선구조분석지질도분석및확인과업구간선구조분석

현장시험지반원위치특성파악현장시험지반원위치특성파악

탄성파탐사전기비저항탐사탄성파탐사전기비저항탐사

물리적,역학적특성파악

실내실험

물리적,역학적특성파악

실내실험

지반조사결과분석을통한설계지반정수결정

실내시험및관헌문헌분석표준관입시험,공내전단시험공내재하시험

토사/풍화암

실내시험및관헌문헌분석표준관입시험,공내전단시험공내재하시험

토사/풍화암

실내시험및관헌문헌분석공내전단시험암반분류(RMR)Hoek–Brown경험식

암반(연속체)

실내시험및관헌문헌분석공내전단시험암반분류(RMR)Hoek–Brown경험식

암반(연속체)

실내시험및관헌문헌분석인접구간비탈면조사결과Barton전단강도규준

토사/풍화암

실내시험및관헌문헌분석인접구간비탈면조사결과Barton전단강도규준

토사/풍화암

비탈면설계(경사설정, 대책공법수립)

비탈면안정성검토

안정성판단

비탈면경사확정및유지관리대책수립

N.G

O.K


| 사면 설계 흐름도 |

비탈면경사확정및유지관리대책수립

설계종료

2. 고려사항

02. 개요

사면안정해석은 해석법 자체의 특성보다는 현장조건을 정밀하게 파악하여 가장 적절한 해석법을

선택하는 것이 중요합니다. 지형정보(경사도, 형상, 가상활동면 등)를 포함한 토질정수와 간극수

압을 정확하게 반영하여 사면의 최소 안전율뿐만 아니라 붕괴거동에 대해서도 분석해야 합니다.

특히, 기 형성된 절리 또는 지반 내 얇은 층을 구성하는 연약대 등이 사면의 안정성을 결정하는

중요한 인자가 될 수 있습니다. 따라서 시험 및 계측을 통해 파악된 모든 정보를 반영하여 해석을중 한 인자가 될 수 있습니다 따라서 시험 및 계측을 통해 파악된 든 정 를 반영하여 해석을

수행하여야 하며 다음과 같은 사항들을 미리 파악하여야 합니다.

1) 가능성이 큰 활동면의 형상 선정

2) 중요한 불연속면, 기존활동면, 성층, 불균질성, 인장균열 등의 존재를 확인하고, 균질한 흙 사

면이나 건전한 암석사면에 대해서는 원호활동면을 우선 고려합니다.

3) 기존 활동면에 대해서는 최초 활동과 차후 활동을 구분하여 잔류강도만을 고려하여야 합니

다.

4) 지반 강도정수에 의한 안전율을 상대적으로 어떻게 볼 것인지 정하고 간극수압에 대한 신뢰

도 분석과 피압지하수의 존재 여부를 확인해야 합니다.

5) 전응력해석법과 유효응력해석법 중 적절한 방법을 선택하고 이 때 흙의 종류, 단기/장기적

해석, 간극수압의 현장계측 여부 등을 파악하여야 합니다.해석, 간극수압의 현장계측 여부 등을 파악하여야 합니다

해석 시 사용하는 지반 특성치들은 해당 지반의 시험결과를 토대로 추정된 값을 사용합니다. 단,

공사의 규모 또는 현장여건 상 시험결과를 얻을 수 없는 경우에는 경험이 풍부한 기술자의 판단

에 의하여 유사지반의 특성치를 제한적으로 준용할 수 있습니다.

sSFT

=


| 사면파괴 모식도 |

2. 고려사항

02. 개요

사면안정 해석 기법

1) 한계평형법

한계평형해석에서 구한 안전율은 사면의 안정성을 정량적으로 표현할 수 있다는 장점이 있

으나 안전 율 계산 시 암석의 인장강도나 탄성계수와 같은 중요한 역학적 변수가 고려되지

않는다는 결함이 있습니다. 또한 한계평형해석만으로는 사면 내부에서 발생할 수 있는 국부

적인 파괴현상이나 사면의 변위거동을 파악할 수가 없으므로 사면의 전반적인 역학적 거동적인 파괴현상이나 사면의 변위거동을 파악할 수가 없으므로, 사면의 전반적인 역학적 거동

을 파악하여 안정성을 최종적으로 확인하기 위해서는 수치해석이 필요합니다.

2) 유한요소법

유한요소법은 사면 각 지점의 힘 평형조건과 적합조건, 구성방정식 및 경계조건을 모두 만

족시키는 정밀한 근사해법으로 실제와 가까운 파괴형상을 구현하고 현장조건을 좀 더 정확

하게 반영할 수 있는 해석이며, 사면의 최소 안전율 계산과 사면의 파괴거동을 자세히 분석

할 수 있는 수치해석 방법 입니다 특히 사면의 파괴활동에 대한 사전 가정 없이 자동으로할 수 있는 수치해석 방법 입니다. 특히, 사면의 파괴활동에 대한 사전 가정 없이 자동으로

파괴과정을 모사할 수 있는 방법 입니다

- 강도감소법: 전단강도를 서서히 감소시켜 가면서, 계산이 수렴되지 않는 지점까지 해석을

수행하여 그 시점을 사면의 파괴로 간주하고 그때의 최대강도저하율을 사면의 최소 안전율

로 생각합니다.

- 간접법: 유한요소법을 사용하여 사면에 대한 응력해석을 수행하고 이 응력해석 결과를 바

탕으로 한계평형법에서 사용하는 여러 경우의 가상활동면들에 대한 안전율을 산정하여 이

중 최소가 되는 안전율 값과 이때의 임계단면을 산정하는 방식입니다중 최소가 되는 안전율 값과 이때의 임계단면을 산정하는 방식입니다.

τ τ

'σ 'σ

| 강도감소법| | 사면의 응력성분|


| 한계평형법, Bishop Method |


02. 개요

1) 쌓기 비탈면 안전율 관리기준

구 분 최소안전율 (Minimum Safety Factor)

한국도로공사 도로설계요령 Fs ≥ 1.3

항 만 협 회 항만시설 기술상의 기준, 동해설 (일본) Fs ≥ 1.5

건 설 성 표준적인 계획 안전율 (일본) Fs ≥ 1.1～1.3

건 설 부 구조물 기초 설계기준 Fs ≥ 1.3

일 본 도 로실 무 강 좌 5

도로토공, 연약지반 대책공 지침 Fs ≥ 1.2～1.3

일본 토질 공학회가설구조물, 건설중의 비탈면안정

(일시적인 안정)Fs ≥ 1.0～1.2

(일시적인 안정)

연약지반의 조사설계시공법

일반적인 구조물인 경우 Fs ≥ 1.3

중요 구조물인 경우 Fs ≥ 1.5

공용하중 개시후 적용 Fs ≥ 1.25

축조 기간중 일반적인 안정에 적용 Fs ≥ 1.1

• 건설공사 비탈면 설계기준

구 분 최소안전율 내 용

건 기 FS > 1.5 ․지하수가 없는 것으로 해석하는 경우

․일반적인 쌓기 비탈면은 별도의 지하수위 조건 없음. 한쪽

쌓기 한쪽깎기 비탈면에서는 측정한 지하수위 또는 침투

우 기 FS > 1.3

쌓기, 한쪽깎기 비탈면에서는 측정한 지하수위 또는 침투

해석을 통한 지하수위를 이용하여 해석

․쌓기 표면에 강우침투가 발생하는 경우에는 강우침투를

고려한 해석 실시

지진시 FS > 1.1․지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용시킴

․지하수위는 실제측정 또는 침투해석을 수행한 지하수위

단 기 FS > 1.0 ․기간 1년 미만의 단기적인 비탈면의 안정성

․도로, 단지, 철도 등의 포장체가 형성되는 쌓기비탈면의 경우에는 필요시에 우기시 안전율을

검토하고 건기시의 안전율도 만족하도록 설계함

․강도정수를 최대강도가 아닌 잔류강도로 해석한 경우 : 위 기준에서 0.1 감소

․비탈면 상하부 파괴범위 내에 가옥, 건물 등의 고정시설물이 있는 경우 : 위 기준에서 0.05 증가

비탈면 상부 파괴범위 내에 1 2종 시설물의 기초가 있는 경우 별도 검토


| 쌓기비탈면 안전율 기준 |

․비탈면 상부 파괴범위 내에 1, 2종 시설물의 기초가 있는 경우 : 별도 검토

․상기 조건을 중복 적용하여 FS < 1.0인 경우에는 최소안전율 1.0 적용

출처 : 건설공사비탈면 설계기준, 한국시설안전기술공단(2006), p, 111


02. 개요

2) 깎기 비탈면 안전율 관리기준

(1) 국내기준

• 한국도로공사


건 기 FS > 1.5․암반 : 인장균열이나 활동면을 따라 수압이 작용되지 않음

․토층 및 풍화암 : 지하수위 미고려

우 기 FS > 1.1～1.2

․암반 : 인장균열면이나 활동면을 따라 작용되는 수압을

Hw=1/2H로 가정하여 적용우 기

․토층 및 풍화암 : 지하수위는 지표면에 위치

(지하수 영향은 합리적인 방법으로 고려할 수 있음)

출처 : 도로설계요령 제 2권 토공, 한국도로공사(2000), p. 118

• 건설교통부

구 분 최소안전율 내 용구 분 최소안전율 내 용

건 기 FS > 1.5․암반 : 인장균열이나 활동면을 따라 수압이 작용되지 않음

․토층 및 풍화암 : 지하수위 미고려

우 기

FS > 1.2

또는

FS 1 3

․암반비탈면은 인장균열의 1/2심도까지 지하수를 위치시키고

해석수행, 토사 및 풍화암은 지표면에 지하수를 위치시키고

해석수행(FS=1.2적용)

강우의 침투를 고려한 해석을 실시하는 경우(FS 1 3적용)FS > 1.3 ․강우의 침투를 고려한 해석을 실시하는 경우(FS=1.3적용)

․위 두가지 조건 중 선택적으로 1가지 조건을 만족시켜야 함

지진시 FS > 1.1․지진관성력은 파괴토체의 중심에 수평방향으로 작용시킴

․지하수위는 실제측정 또는 평상시의 지하수위 측정

단 기 FS > 1.0 ․기간 1년 미만의 단기간의 안정성 검토시

| 깎기비탈면 안전율 기준 |

출처 : 건설공사비탈면 설계기준, 한국시설안전기술공단(2006), p, 127

․강도정수를 한계강도가 아닌 잔류강도로 해석한 경우 : 위 기준에서 0.1 감소

․비탈면 상하부 파괴범위 내에 가옥, 건물 등의 고정시설물이 있는 경우 : 위 기준에서 0.05 증가

․비탈면 상부 파괴범위 내에 1, 2종 시설물의 기초가 있는 경우 : 별도 검토

․상기 조건을 중복 적용하여 FS < 1.0인 경우에는 최소안전율 1.0 적용


| |


02. 개요

(2) 국외기준

• 미국 – Naval Facilities Engineering command – Department of the Navy(미해군공병단)


Case1 Fs > 1.5 하중이 오래 작용할 경우

출처 : NAVFAC DM.7.1-329

Case2 Fs > 2.0 구조물 기초인 경우

Case3 Fs > 1.25～1.30 일시적인 하중이 작용하는 경우 및 시공시

Case4 Fs > 1.15～1.20 지진 하중이 작용하는 경우

• 영국 – National Coal board(1970)


Case1 1.5 > Fs > 1.25 Pack Shear stress (UU Test)

Case2 1.35 > Fs > 1.15 Residual Shear stress (CD Test)

Case3 1.35 > Fs > 1.15 포화된 사질토의 경우 (C=0)

Case4 1.20 > Fs > 1.10 Case2, Case3 공히 적용되는 경우 (C=0, CD Test)

• 홍콩 – Geotechnical Engineering Office(1997)

Risk to Life

Economic Risk

Recommended Factor of Safety against Loss of

Life for a Ten-year Return Period Rainfall

Negligible Low High

Recommended Factor of Negligible > 1.0 1.2 1.4

Safety against Economic

Loss for a Ten-year Retur

n Period Rainfall

Low 1.2 1.2 1.4

High 1.4 1.4 1.4

Note : (1) In addition to a factor of safety of 1.4 for a ten-year return period rainfall, a slope in the high

risk-to-life category should have a factor of safety of 1.1 for the predicted worst groundwater conditions

(2) The factors of safety given in this Table are recommended values. Higher or lower factors of safety

might be warranted in particular situations in respect of economic lossmight be warranted in particular situations in respect of economic loss.

3) 안전율 적용

비탈면에 대한 기준 안전율은 국내의 경우 건기 시에는 1.5, 우기 시에는 1.1~1.2를 적용하고 있

으며, 국외의 경우에는 건기, 우기의 구분보다는 하중조건이나 현장응력상태를 고려하여 안전율

을 적용하는 경향이 있습니다. 깎기비탈면이 많은 홍콩에서는 우기 시 비탈면 안전율을 지표면까


지 포화된 경우 1.1로 하고 강우 강도를 고려할 경우에는 1.2~1.4를 적용하고 있습니다.

국내의 우기 시 비탈면 안전율이 1.1~1.2 범위로 제시되어 있는 것은 현장지반의 조건(문제성 토

질, 파쇄대의 존재 유무) 등을 고려하여 합리적으로 결정하도록 제시된 것으로 판단됩니다.

4 모델링 구성

02. 개요

절토후 생성될 비탈면의 형상에 비해 지반물성이 양호한 무보강 절토사면의 안정해석을 실시합

니다. 자중에 의한 초기응력을 정의한 후 굴착 시공단계 SRM 해석과, 각 굴착 단계별로 LEM 해

석을 수행하여 비탈면 사면안정해석을 실시하고 안전율을 비교 검토합니다.

요소망 생성시 고차요소를 생성함으로써 보다 정밀하게 결과를 분석할 수 있습니다. 특히 우기시

안전율을 설계기준과 비교하고 이에 따른 보강계획을 수립할 수 있습니다.

4. 모델링 구성

1) 모델링 구성

풍화토

굴착1

연암

풍화암

굴착2

우기

| 모델링 구성 |

2) 재질 속성2) 재질 속성

지반 특성

번호 이름 Model Type 탄성계수(kN/m2)

습윤단위중량(kN/m3)

포화단위중량(kN/m3) 포아송비 점착력

(kN/m2)내부마찰각(degree)

1 풍화토 Mohr Coulomb 25,000 17 18 0.35 10 281 풍화토 Mohr Coulomb 25,000 17 18 0.35 10 28

2 풍화암 Mohr Coulomb 80,000 21 22 0.30 20 30

3 연 암 Mohr Coulomb 250,000 24 25 0.27 50 35

4 풍화토Mohr Coulomb

(LEM)- 17 - - 10 28

5 풍화암Mohr Coulomb

(LEM)- 21 - - 20 30

6 연 암Mohr Coulomb

(LEM)- 24 - - 50 35


(LEM)



바탕화면에서 SoilWorks 실행아이콘 선택

1. Project Manager > Slope 선택




할 수 있는 터널/사면/연2. 초기변수 정의에 단위계를 KN, m, sec 로 설정한 후 버튼 클릭

3. 메인아이콘 > 가져오기 > 캐드파일 선택

4. 무보강비탈사면.dwg 파일 클릭 후 버튼 클릭

5. Command창에 Z(zoom) > E(Extents) 키를 입력하여 모델 데이터 확인




어 있습니다.

CAD상에서 모델데이터


SoilWorks에서 바로 붙여1 2

So o s에서 바로 붙여

넣기(Ctrl+V) 할 수 있습

니다.

3 4

5

| SoilWorks 시작 및 불러오기 |




Main Menu에서 모델 > 재질속성 > 지반물성 선택 (command : gm)

1. 이름 입력란에 ‘풍화토’ 입력

2. 모델종류 선택란에서 ‘Mohr Coulomb’ 선택










9. 버튼 클릭

10. 1~9의 방법으로 ‘풍화암’, ‘연암’ 물성치 작성

11. 버튼 클릭

12. 입력된 풍화토를 선택하고 ID number를 4로 변경

13. 모델종류 선택란에서 ‘Mohr Coulomb (LEM)’ 선택

14. 버튼 클릭

LEM(Limit Equilibrium Method) 해석을 위해 모델종류를 변경한 지반재질을 추가합니다.

1

2

8~

10

15. 1~3의 과정을 반복하여 ‘풍화암’, ‘연암’ 을 선택하고 ID를 각각 5, 6번으로 구분하여

모델종류 변경

3

9 11

12

15

13


14



04. 모델링





정할 수 있습니다 생성


작성된 면에 지반특성을 부여합니다.


된 면에는 Dra&Drop을

이용하여 요소망 작성전

에 지반특성을 미리 부여


1. 작업창에서 ‘풍화토’ 영역 선택

2. Worktree > 재질속성 > 지반특성 > 풍화토 를 작업창으로 Drag&Drop

3. 1~2의 방법으로 ‘풍화암’, ‘연암’ 영역을 선택한 후 해당물성을 작업창으로 Drag&Drop

~1 3

Drag & Drop

전단강도감소법 해석을

수 행 하 기 위 해 먼 저

Mohr-Coulomb 재 료 모

풍화토

풍화암델로 작성된 지반특성을

Drag & Drop 합니다.연암

풍화암

하나의 면에는 하나의 물성만 부여할 수 있으며 물성이 부여된 면에 요소망 생성시 자동으로 지정됩니다. 따라서 Morh Coulomb모델을 먼저 지정후 요소망을 생성하고 이후 LEM해석을 위해다시 각 면에 LEM 모델물성을 부여합니다.

| 지반 및 구조재질 물성 부여 |


2. 시드정보입력

04. 모델링

요소망 생성 작업을 수행할 대상 Curve의 요소분할 크기를 미리 지정합니다.시드정보 입력은 대상형

상에 대하여 요소망을 만

들 때 요소가 분할되는

개수를 미리 지정하는 것

을 의미합니다. 자동요소

생성(Smart Mesh) 기능

을 이용할 때 시드정보에

따라 요소망이 생성됩니

Main Menu에서 모델 > 요소망 > 시드정보입력 클릭 (command : es)

1. 선 선택에서 전체 선 32개를 선택

2. 시드방법 선택란에서 ‘분할간격’ 로 선택

3. 분할간격에 ‘1’ m 입력따라 요소망이 생성됩니

다.

할 격에 력

4. 클릭

1

2

유한요소해석법에 의한

사면안정검토시 요소망

의 크기와 형상은 결과

에 큰 영향을 미칠 수 있

습니다 효율성을 고려하3

4

습니다. 효율성을 고려하

여 가능한 조밀하고 형상

이 좋은 요소망을 생성하

여야 보다 정밀한 최소안

전율을 산정할 수 있습니

다.


| 시드 정보 부여 |

3. 요소망 작성

04. 모델링

물성이 부여된 면을 이용하여 요소망을 생성합니다.

SoilWorks에서는 요소망

의 조밀도에 따라 매우조

밀 / 조밀 / 듬성한 요소

망을 제공하고 있습니다.

Main Menu에서 모델 > 요소망 > Smart Mesh 선택 (command : sm)

1. 조밀도 > ‘매우 조밀한 요소’ 선택

2. ‘고차요소 생성’ 옵션 체크

3. ‘각 영역별 요소망세트 별도 등록’ 옵션 체크각 영역 세 등록 체

4. 버튼 클릭

5. 생성된 요소망을 확인

6. 요소망의 이름 재정의

5

유한요소(강도감소법) 해

석 수행시 실제와 가까운

파괴형상을 구현하고 보

다 정밀한 결과 검토를1

2

3

위해 고차요소를 생성합

니다.

| 생성된 요소망 |

4

6

물성이 부여된 면에 요소망 생성시 요소정보에

재질속성이 자동 부여되며 그 개수가 표시됩니다.재질속성이 자동 부여되며 개수가 시됩니다

요소망의 이름도 재질속성에 맞게 첨자로 구분되

어 정의되며 F2키를 이용하여 이름을 재정의 할 수

있습니다.


| 요소 이름 정의 |

4. Mohr-Coulomb(LEM)모델 물성부여

한계평형법(LEM) 해석을 위해 생성된 면에 Mohr-Coulomb(LEM) 모델로 정의된 물성을 부여합

니다. 이 과정을 통해 요소망에서 Mohr-Coulomb 모델이, 면에서 Mohr-Coulomb(LEM) 모델이

정의되어 두가지 해석을 동시에 수행할 수 있습니다.

1. 생성된 요소망을 체크해제 하여 감추기

2. 작업창에서 ‘풍화토’ 영역 선택

3. Worktree > 재질속성 > 지반특성 > 풍화토(LEM) 를 작업창으로 Drag&Drop

4. 2~3의 방법으로 ‘풍화암(LEM)’, ‘연암(LEM)’ 영역을 선택한 후 해당물성을 작업창으로

Drag&Drop

5. 물성을 할당한 레이어의 이름 재정의

~ 4

Drag & Drop

2

1

Drag & Drop

시공단계별로 LEM해석 수행을 위해 면 자동생성 기능으로 생성된 면의 이름을 정의합니다.해석케이스 설정시 절토 단계별로 필요한 면들만 활성화 할 수 있습니다.

5

무보강 비탈면 안정해석 | Tutorial

04. 모델링


생성된 요소망의 경계조건을 설정합니다.

Main Menu에서 하중&경계조건 > 경계 > Smart Support 선택 (command : as)

1. 경계세트에 ‘지반경계’ 입력

2. ‘모든 요소망세트 고려’ 옵션 체크


1

2

3

| 생성된 경계 조건 |


5. 경계조건 설정 (수위선 설정)

04. 모델링

각 해석법에 대해 최종굴착단계에서 우기를 모사하기 위한 수위선을 설정합니다.

Main Menu에서 하중&경계조건> 함수 > 수위선 선택 (command : )

1. 함수이름에 ‘수위’ 입력

2. 선 선택 에 그림과 같이 7개의 선을 선택선 선택 에 림과 같이 개의 선을 선택

3. 버튼 클릭

1

2

3

| 우기시 수위선 설정 |

무보강 비탈면 안정해석 | Tutorial

5. 경계조건 설정 (원호파괴면 설정)

04. 모델링

굴착단계별로 LEM 해석 수행을 위한 원호 파괴면을 설정합니다. 지반내 절리, 연약대가 존재할

경우에는 그 층을 따라 비원호 파괴면을 설정할 수 있습니다.

Main Menu에서 한계평형법> 경계 > 원호파괴면 선택

1. 경계세트에 ‘원호파괴1’ 입력

한모델에 시공단계해석

은 한 케이스만 설정할

수 있습니다. LEM해석법

도 시공단계설정이 가능

하며 본 따라하기 에서는

SRM해석법에 대해 시공

단계를 설정하였기 때문

2. 그리드간격에 ‘1’ 입력

3. 그리드범위 그리기를 선택하여 1단굴착이후 그리드 범위 작도

4. 원호접선을 사용하는 방법에 체크

5. 증가할 원호반경에 ‘1’ 입력

6. 원호접선 그리기를 선택하여 1단굴착이후 예상 활동면 범위 작도

7. 원호반경 증가개수에 ‘5’입력

단계를 설정하였기 때문

에 굴착단계별 LEM해석

법과의 비교를 위해 단계

별 LEM해석케이스를 설

정하고 원호파괴면을 생

성합니다.

비탈사면 기울기, 지반

재질 을 려하여 예상8. 버튼 클릭

9. 1~8번 과정을 반복하여 ‘원호파괴2’를 설정

1

재질 등을 고려하여 예상

파괴면의 범위를 작도합

니다. 그리드가 원의 중

심점이 되어 지정된 개수

만큼 가상파괴면이 생성

되어 각 파괴면에 대해

안전율을 산정합니다. 최

소안전율에 해당하는 파

3

3

2

괴면의 중심점이 작도된

그리드의 중앙에 가깝게

위치하도록 작도합니다.

본 따라하기 단면에는 원

호파괴 가이드라인이 미

리 작도되어 있습니다.

3

4 5

6

6

7

8

| 1단굴착|해석수행후 최소안전율

을 출력하는 원호파괴면

의 중심점이 작도된 그리

드의 중앙에 가까울수록

신뢰도 있는 결과가 됩니

다. 해석수행후 파괴면의

중심점이 그리드의 외곽

| 2단굴착| | 3단굴착(우기)|

에 형성되는 경우 그리드

의 중심에 위치할 수 있

도록 재설정 합니다.

Tutorial | 무보강 비탈면 안정해석

| 굴착단계별 원호파괴면|


05. 해석

시공단계를 설정으로 굴착에 의한 영향을 고려한 사면안정해석을 수행할 수 있습니다. 본 따라하

기에서는 SRM 시공단계를 정의하여 굴착단계별로 해석을 수행하고 최종굴착시 수위함수를 입

력하여 우기를 모사합니다.

본 따라하기에서 시공단

Main Menu에서 해석&설계 > 시공단계 > 시공단계 선택 (command : cs)

1. ‘시공단계추가’ 선택

2. ‘개수’에 ‘3’ 을 입력

3. 해석타입에 ‘단계별 사면안정(SRM) 해석’ 설정

4. 버튼 클릭

5 생성된 3개의 시공단계의 이름을 각각 ‘굴착1’ ’굴착2’ ’우기’ 로 변경

본 따라하기에서 시공단

계는 굴착 1,2단계와 최

종굴착단계에서 우기를

모사하는 총 3개의 단계

로 구성합니다.

수치에 1m를 입력하면

생성된 위함 의 좌 5. 생성된 3개의 시공단계의 이름을 각각 굴착1 , 굴착2 , 우기 로 변경

6. ‘우기’ 시공단계에서 수위선에 체크하고 1m 입력 후 생성된 수위 선택

7. 버튼 클릭

8. 버튼 클릭

생성된 수위함수의 좌표

에 곱해져 해당 레벨이

자동으로 설정됩니다. 일

정한 레벨의 수평수위선

을 생성할 경우 함수설정

없이 직접 높이를 입력할

수 있습니다.

1

2

5

3

4

15

66

7

8



8


05. 해석

해석에 사용될 시공단계 중 요소 및 경계조건을 정의합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 시공단계 > 단계별 모델 선택 (command : csm)

1. 입력종류를 ‘트리방식’ 으로 선택

2. 굴착1 선택, 굴착1요소를 제외한 모든 요소와 경계세트에서 지반경계를, 하중세트에서

자중을 현 단계에 추가할 데이터에 Drag & Drop

SoilWorks에서는 시공단

계 입력을 편리하게 하기

위해 ‘트리방식’과 ‘테이

블’ 2가지 형태를 제공하자중을 계에 추가할 데이터에 g p

3. 버튼 클릭

4. 굴착2 선택, 굴착2,2-1요소를 현단계에 삭제할 데이터에 Drag & Drop

5. 우기 에는 굴착3 요소를 현 단계에 삭제할 데이터에 Drag & Drop

6. 버튼 클릭

블 2가지 형태를 제공하

고 있습니다.

우기단계는 수위선만 변

경될뿐 요소, 경계세트는

일정하므로 별도로 설정

하지 않습니다.

1

2

3

Drag & Drop

Drag & Drop4

6

Drag & Drop5



05. 해석

각 굴착단계별 시공단계와 LEM해석 케이스를 설정합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 설계 및 보고서제어 > 해석케이스 선택 (command : ac)


2. 이름란에 ‘시공단계 SRM해석’ 입력

3. 해석방법 선택란에서 ‘시공단계 해석’ 선택

SRM 해석케이스 설정시

각 굴착단계별 별도의 해

석케이스를 설정하여 시

공단계해석과 비교할 수

있습니다. 해석 택 에서 시공 계 해석 택

4. 버튼 클릭

5. 이름란에 ‘LEM(굴착1)’ 입력

6. 해석방법에 ‘사면안정(LEM)해석’ 선택

7. 굴착1단계에 해당하는 레이어와 경계세트에서 원호파괴1을 해석에 사용할 데이터로

Drag&Drop

8. 해석제어 데이터 를 클릭하여 해석방법에 Bishop 방법 선택본 따 라 하 기 에 서 는

p

9. 버튼 클릭

10. 5~11번 과정을 반복하여 ‘LEM(굴착2)’,’LEM(우기)’ 케이스 생성

10

1

본 따 라 하 기 에 서 는

Bishop(1954 : 원호활동

면에 대한 일반분할법을

처음으로 발표) 방법을

이용하여 LEM 해석을 수

행합니다.

2

35

68

Drag & Drop7

4

8


| 해석 케이스 설정 |

9

4. 설계 옵션 정의

05. 해석

보고서에 사용될 설계 옵션을 정의합니다.

Main Menu에서 해석&설계 > 설계 및 보고서 제어 > 설계옵션 선택

1. Slope 탭에서 사면 안전율 > ‘깎기 비탈면’ 으로 선택

2. 사면 안전율 > 깎기 비탈면 (건기시) > 버튼 클릭

3. 깎기 비탈면(건기시) 안전율 기준을 ‘한국시설안전관리공단>건설공사비탈면 설계기준’ 깎기 비탈 ( 기시) 율 기 을 국시 리공 공사비 계기

으로 선택

4. 버튼 클릭

5. 사면 안전율 > 깎기 비탈면 (우기시) > 버튼 클릭

6. 깎기 비탈면(우기시) 안전율 기준을 ‘한국시설안전관리공단>건설공사비탈면 설계기준’

으로 선택

7. 버튼 클릭

8. 버튼 클릭

1

2

3

5

4

6

8

7

8

| 설계 옵션 정의 |


5. 해석

05. 해석


Main Menu에서 해석&설계 > 수행 > 해석 및 보고서 선택 (command : ra)

1. 전체 해석 케이스에 체크 확인

2. 버튼 클릭해석과정에서 발생하는

정보는 해석 수행 관리자

하단부에 표시됩니다. 특

히 Warning 이 발생한

경우에는 해석결과가 정

상이 아닐 수도 있으므로

주의하셔야 합니다.




1


니다.

| 해석 & 보고서 |

2


1. 해석결과확인

06. 결과분석

LEM(한계평형법) 해석에 따른 단계별 파괴면과 최소안전율을 확인합니다. 결과탭에서 원호파괴

면을 선택하면 1단 굴착이후 LEM 해석에 의한 최소안전율과 설정된 그리드 범위내에서 각 중심

점에 해당하는 안전율을 확인할 수 있으며 그리드 내 에서 중심점을 선택하면 파괴면의 형상을

직관적으로 확인할 수 있습니다.파괴면의 중심점의 그리

드 외곽에 존재하는 경우

1. 결과 탭에서 LEM1 > 원호파괴면 선택

2. 작업창에서 최소안전율과 파괴면 확인

3. 결과 탭에서 LEM2 , LEM(우기)시 파괴면과 최소안전율 확인

해당 중심점이 그리드의

중앙에 위치할 수 있도록

재설정후 해석을 반복 수

행합니다.

FS 굴착1 굴착2 우기(굴착3)


| 굴착단계별 한계평형법에 의한 최소안전율|

단계별 해석 1.8869 1.4921 0.8208

1. 해석결과확인(2)

06. 결과분석

1. 결과탭에서 SRM 시공단계 선택

2 1단굴착에서 지반요소 변형률 최대전단변형률 선택

SRM 시공단계별 최소안전율과 최대전단변형율을 통해 실제와 가까운 파괴형상을 확인할 수 있

습니다. 또한 각 단계별로 별도의 해석을 수행한 경우와 비교하여 굴착에 의한 영향을 예측할 수

있습니다.

2. 1단굴착에서 지반요소 변형률 > 최대전단변형률 선택

3. 최소안전율과 파괴형상 확인

4. 1~3과정을 반복하여 2단굴착시와 우기시 최소안전율과 파괴형상 확인

5. SRM2 와 시공2단계 결과 비교

FS 굴착1 굴착2 우기(굴착3)

단계별 해석 2.1125 1.5125 0.8875


시공단계 해석 2.1125 1.2625 0.8875

| 굴착단계별 사면 최소안전율 |

2. 결과 분석

06. 결과분석

SRM 해석결과 굴착이 진행되며 최소안전율이 감소하지만 풍화암과 연암의 강도정수가 풍

화토에 비해 상대적으로 커서 실제 파괴는 풍화토 부근에서 일정한 패턴으로 발생하며 2단,

3단 굴착시 안전율이 동일한 것으로 나타납니다. 하지만 우기시에는 설계기준에 미달하는

안전율이 산정되었고 따라서 이에 대한 보강공법이 필요하며 이와 관련된 실무 따라하기는안전율이 산정되었고 따라서 이에 대한 보강공법이 필요하며 이와 관련된 실무 따라하기는

심화학습중 Soil Nail 보강 비탈면 안정해석을 참고해 주시기 바랍니다.

한계평형해석법은 활동면을 가정하여 간단한 계산법으로 사면의 안전율을 산정할 수 있는

반면 지반의 초기응력상태 응력이력 및 비선형 거동을 고려할 수 없으며 가상파괴면의 형반면 지반의 초기응력상태, 응력이력 및 비선형 거동을 고려할 수 없으며 가상파괴면의 형

상에 따라 계산된 안전율에 큰 차이가 발생합니다. 따라서 실제와 가까운 파괴형상을 구현

하고 현장 조건을 보다 잘 반영할 수 있는 유한요소해석법이 수반되어 사면의 최소 안전율

계산과 진행성 파괴거동을 자세히 분석하여야 합니다.


본 따라하기에서는 무보강 절토사면의 안전성을 굴착단계별로 검토합니다. 기본적으로 한계평형


이론(LEM해석법)을 적용한 각 단계별 안전율을 유한요소법(SRM해석법)을 이용한 시공단계 해석

결과와 직접 비교하고 예상 파괴거동을 분석하여 아래와 같이 사면 안정화 대책의 가이드로 활

용합니다.

대분류 사면 안정화 공법

활동하중 경감공법 절취, 면정리, 이완암제거, 라운딩 등

활동억제 공법 어스앵커, 록볼트, 소일네일링, 말뚝공, 버트리스(의지식, 계단식옹벽), 와이어로프걸기공 등

낙석제어 공법낙석방지망, 기능형낙석방지망, 낙석방지울타리 (고강도포함),

| 토사/암반사면의 파괴거동 예 |

낙석제어 공법낙석방지망, 기능형낙석방지망, 낙석방지울타리 (고강도포함),

도량(Ditch) 낙석방호울타리, 낙석방지옹벽, 개비온 등

표면보호 공법 식생공, 격자블록, 심박기, 사방공, 숏크리트 등

수리제어 공법 산마루측구(배수로), 소단배수로, 배수공 등

기타 특수공법 피암터널, 그라우팅 등

| 사면안정화 대책 공법의 분류|

사면모듈을 이용한 실무예제 학습을 통해 사면안정해석에 대한 흐름을 익힐 수 있도록 관련

따라하기를 다음과 같이 구성하였습니다.

1) Soil Nail 보강 비탈면 안정성 해석

2) 침투 – 사면 연계해석




배수재 종류에 따른 연약지반 압밀해석

00. 목차

01. 학습목표 3 05. 해석 20

02. 개요 4

1. 연약지반 설계 개요

2. 고려사항

3 침하량 산정방법

1. 해석 케이스 설정

2. 해석

06. 결과분석 243. 침하량 산정방법

4. 모델링 구성


1. 해석결과 확인

2. 결과분석




3. 배수재특성정의

04. 모델링 17


2. 배수재 적용 경계세트 설정

3. 침하계산위치 설정

터널굴착에 따른 인접구조물 영향성 검토 | Tutorial2

01. 학습목표

본 따라하기에서는 연약지반의 압밀촉진공법 중 연직배수재(Vertical Drain)에 의한 최적의 배수

재 선정을 결정하기 위해 SoilWorks에 대한 프로그램 작업 흐름을 이해하고 올바르게 사용하기

위한 기본적인 각 기능들을 익힙니다. 연약지반 설계에 대한 기본 흐름을 이해하고, SoilWorks를

이용하여 배수재 종류에 따른 시공단계해석을 수행합니다. 또한, 결과 분석 및 보고서를 생성하

는 방법을 익힙니다.

1차원 압밀이론에 의한 시공단계해석에 있어서 SoilWorks의 작업흐름은 아래와 같습니다.

해석 대상 CAD 모델 불러오기

Surface 자동생성

STEP 01

STEP 02

지반물성 입력/배수재 입력


STEP 03

STEP 04 경계/하중조건 부여하기

시공단계 설정

STEP 04

STEP 05

해석케이스 및 설계옵션 정의STEP 06


| Soilworks에서의 작업흐름 |


Tutorial | 배수재 종류에 따른 연약지반 압밀해석 3


02. 개요

연약지반 침하는 성토나 하중 증가 및 지하수위 저하로 인해 발생하게 되며, 발생된 침하량과 침

하시간은 설계 시 중요한 설계 인자로 작용합니다. 복잡한 지층조건과 성토재의 형상을 반영한 1

차원 압밀해석을 통하여 압밀침하량과 압밀기간을 계산하고 공사의 공기와 상부 성토체 및 구조

물의 허용침하량을 만족하는지 검토할 수 있습니다. 또한, 연약지반 개량공법 적용에 있어서 안

정성과 경제성을 만족하는 공법과 시공 간격을 산출할 때 필요한 자료 제공을 위해 반복계산을

수행합니다.

연약지반 설계흐름도

현황파악/설계기준 검토

지반조사 수행

총 공사기간도로/교량계획에 따른노선제원(도로폭/성토고)

시추조사실내시험

준압밀시험지반조사 수행

토질시험분석/지반정수결정

지반개량 필요성 검토-지반개량구간선정(지반/도로조건/공법고려)

노선제원(도로폭/성토고)현장여건 파악설계기준 선정

-표준압밀시험-일축, 삼축시험

Cc , Cv , ChE0 , Pc , Kv , KhSa

-지반개량구간선정(지반/도로조건/공법고려)

한계성토고단계성토계획활동방지공 필요성

성토체 안정성

한계성토고단계성토계획활동방지공 필요성

성토체 안정성

압밀침하량 및 기간잔류/부등 침하량압밀촉진공 필요성

압밀침하 검토

압밀침하량 및 기간잔류/부등 침하량압밀촉진공 필요성

압밀침하 검토

SCP / GCP압성토공법 / DWM

활동방지공법 비교검토

SCP / GCP압성토공법 / DWM

활동방지공법 비교검토

활동방지공법압밀촉진공법

최적 지반개량공법 선정

활동방지공법압밀촉진공법

최적 지반개량공법 선정

Plastic Board DrainPack DrainSand DrainFiber Drain

압밀촉진공법 비교 검토

Plastic Board DrainPack DrainSand DrainFiber Drain

압밀촉진공법 비교 검토

선정시 고려사항지층구조 지반특성

지 반 개 량 설 계지 반 개 량 설 계

압밀촉진공법

-배수재 타입 결정 : 연직배수이론,

Smear Effect, Well Resistance

-장비 주행성 검토

쌓기고에 따른 단계성토 검토

기타배수공 -집수정, 유공관 등

활동방지공법

-활동방지공 비교검토

압성토, 다짐말뚝 등

표층처리공법

-수평배수재 두께 산정

공법별 주안점-개량효과-공기 및 장비조합-경제성, 시공성

-지층구조, 지반특성-친환경성, 안정성-시공조건, 수위상태


| 연약지반 설계흐름 |

시공계획 및 계측계획 수립

2. 고려사항

02. 개요

1차원 압밀해석 수행시 고려할 사항은 다음과 같습니다.

- 1차원 압밀해석과 성토재 사면안정성을 동시에 수행 할 경우 해석영역은 가상활동면을 고려한

범위로 설정하여야 합니다.

- 해석 시 사용하는 지반 특성치는 해당 지반의 시험 결과를 토대로 추정된 값을 사용합니다. 단



1) 연약지반 판정기준

연약지반은 강도가 약하고 압축되기 쉬운 흙으로 구조물의 규모나 하중크기에 의해 결정되

는 상대 적인 의미입니다. 따라서, 건설교통부 및 한국도로공사의 기준과 기존 적용사례 및

문헌을 조사하고 현장시험이나 실내시험으로 판정된 토질상태를 고려하여 연약지반 판정기

준을 정합니다.

구 분 토질구분 및 특성

토 질 정 수

Wn(%) eoqu

(kN/m2) N치

이탄질지 반

고유기질

토

Peat ∙섬유질 고압축토 300 이상 75 이상

40이하 1이하흑 니 ∙분해가 진척된 고유기질토 300～200 7.5～5.0

점토질지 반

세립토

유기질토 ∙소성도 A선이하 유기질토

200～100 5.0～2.5

100이하 4이하

화산회질점 토

∙소성도 A선 이상 화산회질 2차퇴적 점성토

Silt ∙소성도 A선 이하 Dilatancy대

100～502.5～1.25

Clay∙소성도 A선위 그 부근Dilatancy대

1 25

| 토질특성에 따른 연약지반 판정기준 - 도로설계편람(2001) |

사 질지 반

사질토SM, SC ∙#200번체 통과량 15～50% 50～30

1.25～0.8

≒ 0 10이하SP-SCSW-SM

∙#200번체 통과량 15% 이하 30이하 0.8이하


02. 개요

구 분 점성토 및 유기질토 사 질 토

층 두 께 10m 미만 10m 이상 -

분 류

N치 4 이하 6 이하 10 이하

일축압축강도60 이하 100 이하 -

| 연약지반 판정기준 - 도로설계편람(2001), 도로설계요령(2001) |

분 류기 준

(kN/m2)60 이하 100 이하

콘지수 (kN/m2) 800 이하 1,200 이하 40 이하

구 조물

종 류

지 반 상 태

판 정토 질

층두께(m)

N치 qu(kN/m2)

qc(kN/m2)

함수비(%)

도 로

- - 2이하 25이하 125이하 - 연약지반(초연약)

- - 2～4 25～50 125～250 - 연약지반(연약)

- - 4～8 50～100 250～500 - 연약지반(보통)

고속도로

이탄층 - 4이하 50이하 - - 연약지반

점성토 - 4이하 50이하 - - 연약지반

사질토 - 10이하 - - - 연약지반

| 구조물 종류에 따른 연약지반 판정기준 - 도로설계편람(2001)|| 구 물 종류에 따른 연약지반 판정기준 도로설계편람( )|

점토층 구분 초연약 연 약 중 간 견 고 매우견고 단 단

Terzaghi & Peck (1967) Very Soft Soft Medium Stiff Very Stiff Hard

Szechy & Varga (1978) Very Soft Soft∼Medium Stiff Very Stiff Hard

SPT(N) ＜2 2∼4 4∼8 8∼15 15∼30 ＞30

qc(tf/m2) ＜5 5∼15 15∼30 30∼60 ＞60

| 문헌사례에 따른 연약지반 판정기준 – Terzaghi & Peck Szechy & Varga 제안|


| 문헌사례에 따른 연약지반 판정기준 Terzaghi & Peck, Szechy & Varga 제안|

02. 개요

2. 고려사항

2) 허용잔류침하량

허용잔류침하량은 구조물의 사용목적, 중요도, 공사기간, 지반의 특성, 포장종류, 경제성

등을 고려하여 설정하며, 주변 및 지반여건에 따라 목표 압밀도 이상 확보 시에도 잔류침

하량이 크게 나타날 경우 각 구간별 허용잔류침하량 이내가 되도록 설정하여야 합니다.

조 건 허용잔류침하량 (cm)

포장공사 완료후의 노면 요철 10

Box Culvert 시공시 더울림시 30

배 수 시 설 15 ～ 30

| 한국도로공사 도로설계요령(2003) |

조 건 허용잔류침하량(cm)

포장공사 종료후 노면요철에 관한 허용치 10

Box Culvert 공사시의 더올림에 관한 허용치 30공사시의 더올림에 관한 허용치

배 수 시 설 15 ～ 30

| 한국토지공사 단지조성공사 설계 및 적사기준 |

연약층 두께 (D) 허용잔류침하량 (cm)

D ≤ 10m 10

D ≤ 30m 20

30m ＜ D 30

| 일본도로공단 설계요령(연약층 두께에 따른 허용잔류침하량 설계기준) |

조 건허용잔류침하량(cm)

한국토지공사 한국도로공사 일본도로공단

포장공사 종료후 노면요철에 관한 허용치

10 10 10

컬버트박스공사시의 더올림30 30 30


컬버 박 공사시의 더올림에 관한 허용치

30 30 30

배 수 시 설 15~30 15~30 -

| 구조물 허용 잔류침하량 |

3. 침하량 산정방법

02. 개요

물체에 외력이 작용하면 변위와 변형이 발생하는데, 지반공학적 측면에서 정적하중에 의한

지반의 변형을 침하(압밀)라 합니다. 특히, 점성토는 투수계수가 낮아 하중작용 시 장기적인

침하가 발생되며, 재하조건과 발생시기에 따라 침하의 종류는 다음과 같이 분류됩니다.

즉시침하하중 재하시 발생되는 침하로서 토립자의 형태변화가 주원인이고 주

로 모래지반에서 단기간 발생됨

1차 압밀침하하중에 의해 유발된 과잉간극수압으로 인해 흙 입자의 간극수가 빠져

나감에 따라 발생되는 침하

2차 압밀침하과잉간극수압의 소산 후에 발생하는 침하로서 장기간에 걸쳐 Creep형

1) 1차 압밀침하량 산정방법

점성토의 1차압밀침하를 산정하는 방법은 일반적으로 e0, mv, Cc법 등이 있으며, 점성토의

침하는 하중조건에 따라 다양한 응력이력을 가지고 있기 때문에 압밀침하량 산정 시 정규압

| 침하의 종류별 발생원인 |

2차 압밀침하태로 발생하는 침하

침하는 하중조건에 따라 다양한 응력이력을 가지고 있기 때문에 압밀침하량 산정 시 정규압

밀점토, 미압밀 점토, 과압밀점토로 나눕니다.

구분 압축지수(Cc)법 체적압축지수(mv)법 초기간극비(eo)법

개요도

침하량계산식

특징

․ Cc는 e-logP 관계에서 직선으로 표시되나 실제 하중별로역 S 형태로 나타나므로 Cc분산이 클 경우 과대평가되는경향

․ 과압밀 영역에서는 mv의 분산정도가 높아 오차가 많으나정규압밀 영역에서는 비교적정도가 좋음.

․ 시험 Data가 많아 e-logP곡선의 분산이 클 경우 침하산정이 어려운 이론적 방법으로 실제로는 거의 사용하지않음

| 침하량 산정방법 |


3. 침하량 산정방법

02. 개요

2) 2차 압밀침하

과잉 간극수압이 완전히 소산된 후 압축되는 현상을 2차압밀이라 하며, 아래 그림에서 보는

바와 같이 1차압밀 완료 후의 2차압밀은 거의 직선을 보이며, 이 직선의 기울기로부터 2차

압축지수 Cα를 구할 수 있습니다.

2차 압축지수와 자연함수비의 관계(NAVFAC DM 7)

함수비 - 2차 압축계수

이차압축계

0.04

0.03

0 02

범위

Ca-일차압축이 종료된 후 반대수

상의 1회 반복 시간에 대한 초기시료의 크기에 대한 시료크기의 감소비 평균

| 2차 압축지수 산정|

0 50 100 150 200 250 300 350 400 자연 함수비(%)

수

(Ca)

0.02

0.01

0

완전히 재성형된 시료의 Ca값은 이 범위안에 있다

불교란 시료:

처녀압축범위에서 Ca

재압축의범위에서 Ca

이 상한값 아래에 놓인다.

일반적으로 2차 압밀계수는 NAVFAC DM 7.1에서 자연함수비(Wn)에 해당하는 값을 사용하

며, 2차 압밀 침하량 계산식은 다음과 같습니다.

3) 사질토의 즉시침하

사질토에서 발생하는 침하는 하중의 재하와 동시에 발생하는 즉시침하입니다 산정방법은사질토에서 발생하는 침하는 하중의 재하와 동시에 발생하는 즉시침하입니다. 산정방법은

Schmertmann, Meyerhof, Peck, De Beer, Parry 등이 제안한 방법이 있으며, 각각의 적용방

법에 따라 침하량의 크기가 상당한 차이를 보입니다.

특히 사질토 지반은 불교란시료의 채취 및 성형이 어려워 정확한 역학적 특성 값을 산정하

기 어려우 므로 표준관입시험치(N)를 이용하여 사질토 지반의 침하량을 산출하는 De Beer

방법 및 B.K.Houng 도표법을 이용하였습니다.

De Beer 방법 B K Houng 도표법De Beer 방법 B.K.Houng 도표법


| e-logP 관계곡선(B.K.Houng) |

02. 개요

4. 모델링 구성

연약지반이 분포하는 지반에 도로가 시공될 경우 압밀침하가 발생하므로 운영중 잔류침하량이

허용침하량 이상일 경우 도로에 손상을 끼칠 수 있습니다. 본 따라하기에서는 도로성토제 시공시

무처리시 공기내에 허용 침하량 이내로 잔류침하를 확보할 수 있는지 검토하도록 하며 압밀촉진

공법 적용시 공법별 결과를 검토해 보도록 하겠습니다.


1) 모델링 구성

성토층상부점토

연약지반 개량영역


하부점토

모래층-1

모래층-3모래층-2

모래층-4

연약지반 개량영역

2) 재질속성

연약지반 압밀특성

번호 이름 모델종류 SPT N치(회)

압축지수(Cc)

팽창지수(Cr)

선행압밀하중Pc(tonf/m2)

과압밀비OCR 계산방법

1 상부점토 점토 2 0 22 0 022 - 3 1 Cc 방법1 상부점토 점토 2 0.22 0.022 3.1 Cc 방법

2 하부점토 점토 2 0.21 0.021 - 1 Cc 방법

번호 이름 모델종류 2차압밀계수(Ca)

2차압밀계산시기(ts)years

1차압밀종료시점(tp)years

강도증가율m

제거계수(RF) e0

Cv

(m2/day)

1 상부점토 점토 0.002 20 2.4 0.17 - 1.02 0.014688

연약지반 배수특성 및 일반물성

번호 이름 습윤단위중량rt(tonf/m3)

포화단위중량rsat(tonf/m3)

점착력(tonf/m2)

내부마찰각(degree)

수평투수계수kh(m/day)

연직투수계수kv(m/day) 배수조건

2 하부점토 점토 0.002 20 2.4 0.18 - 1.02 0.026352


1 상부점토 1.8 2.0 3.35 0 0.000639 0.000639 양면배수

2 하부점토 1.9 2.0 3.80 0 0.000783 0.000783 양면배수

02. 개요

2) 재질속성

성토재 및 사질토 물성

번호 이름 모델종류 습윤단위중량rt(tonf/m3)

포화단위중량rsat(tonf/m3)

점착력(tonf/m2)

내부마찰각(degree)

SPT N치(회) 계산방법

1 성토재 성토재 1.9 1.9 1.5 25 - -

2 모래층-1 사질토 1.85 2.0 4.0 30 9 DeBeer

3 모래층-2 사질토 1.9 2.0 4.0 30 9 DeBeer

4 모래층-3 사질토 1.9 2.0 4.0 30 9 DeBeer

5 모래층-4 사질토 1.9 2.0 4.0 30 9 DeBeer

연직배수재 특성

구분 PBD SCP Pack

이름 PBD_1.3m SCP_2.2m Pack_1.8m

종류 PBD SCP SD

배치 사각형배치 사각형배치 사각형배치

중심간격(m) 1.3m 2.2m 1.8m

계산방법 Hansbo Hansbo Hansbo

계산옵션

옵션 배수저항 / 교란효과 배수저항 / 교란효과 배수저항 / 교란효과

배수재

특성

배수재 직경(m) 0.05 0.7 0.5

배수재 투수계수(m/day)

86.4 86.4 86.4

Smear

압밀계수비(Cv/Ch)

1.0 1.0 1.0

교란영역 직경S ea/Well

Properties

교란영역 직경(m)

0.1 1.4 1.0

교란영역 투수계수비(Kh/Ks)

2.0 2.0 2.0

SCP/GCP특성

응력분담비 - 3.0 -

내부마찰각(Degree) - 30 -

단위중량(tonf/m3) - 1.8 -


위 ( )

포화단위중량(tonf/m3) - 1.9 -

PackDrain

L1 (m) - - 1.2



바탕화면에서 SoilWorks실행아이콘 선택

1. Project Manager > Soft Ground 선택

2. 초기변수 정의에 버튼을 클릭하고 단위계를 tonf, m, day로 설정한 후

버튼 클릭






의 6개의 모듈로 구성되 버튼 클릭

3. Main Icon > 가져오기 > 캐드파일 선택

4. Soft Ground.dwg 파일 클릭 후 버튼 클릭

5. Command창에 Z(zoom) > e 키를 입력하여 모델 데이터 확인


어 있습니다.

21

단위계의 설정시 힘과

길이의 단위는 모델링중

변경하면 자동으로 환산

됩니다. 하시만, 시간 단

CAD상에서 모델데이터

를 복 사 (Ct l C) 한 후

위는 자동으로 환산되어

지지 않으니 시간관련 변

수는 반드시 확인 할 수

있도록 합니다.


SoilWorks에서 바로 붙여

넣기(Ctrl + V)할 수 있습

니다.

3 43 4

5

터널굴착에 따른 인접구조물 영향성 검토 | Tutorial

| Soilworks 시작 및 불러오기 |

12



Main Menu에서 1차원압밀 > 재질속성 > 지반물성 선택 (command : gm)

1. 이름 입력란에 ‘성토재’ 입력

2. 모델종류 선택란에서 ‘성토재’ 선택

3. 습윤단위중량 입력란에 ‘1.9’ 입력

4. 포화단위중량 입력란에 ’1.9’ 입력




지반특성에 따라 모델을

선택하고 각 모델별로 입

력 Parameter가 최적화

1

2

3 6~

5. 점착력 입력란에 ‘1.5’ 입력


7. 버튼 클릭

8. 이름 입력란에 ‘상부점토’ 입력

9. 모델종류 선택란에서 ‘점토’ 선택


되어 있습니다. 본 따라

하기에서 성토,점토,사질

토별로 물성 입력에 대해

자세히 살펴보겠습니다.

K 및 Cv값의 단위는 초

기변수 설정 시 정의한

7




14. 수평투수계수 입력란에 ‘0.000639’ 입력

15. 연직투수계수 입력란에 ‘0.000639’ 입력

16. SPT N치 입력란에 ‘2’ 입력

기변수 설정 시 정의한

단위입니다. 단위를 꼭

확인하고 입력할 수 있도

록 합니다.

17. 계산방법 선택란에 ‘Cc 방법’ 선택

18. 압축지수 입력란에 ‘0.22’ 입력

19. 팽창지수 입력란에 ‘0.021’ 입력

20. 선행압밀하중 입력란에 ‘0’ 입력

21. 과압밀비(OCR) 입력란에 ‘3.1’ 입력

22. 배수조건 선택란에 ‘ 양면배수’ 선택

Pc 값 이 ‘0’ 인 경 우 는

OCR의 값으로 정규압밀

점토와 과압밀 점토를 판

단합니다.

Pc와 OCR 값이 같이 입

력되는 경우는 Pc 값으로

정규압밀 점토와 과압밀23. 2차 압밀계수 입력란에 ’0.002’ 입력

24. 2차 압밀계산시간 입력란에 ‘20’ 입력

25. 1차 압밀종료시점 입력란에 ‘2.4’ 입력

26. 강도증가율 입력란에 ‘0.17’ 입력

27. 제거계수 입력란에 ‘0’ 입력

28. e-log P 선택란에 버튼 클릭

규 와 과

점토를 판단합니다.

제거계수는 시공단계

해석시 ‘unloading(제하)’

시공단계가 있을경우만

입력이 필요합니다.29. 이름 입력란에 ‘상부점토’ 입력

30. e값 일정한값 입력란에 ‘1.02’ 입력

31. 버튼 클릭

32. 이름 입력란에 ‘하부점토’ 입력

33. e 값 일정한값 입력란에 ‘1.02’ 입력

34. 버튼 클릭, 버튼 클릭

l 선택란에 상 점 선택


35. e-log P 선택란에 ‘상부점토’ 선택

36. logCv-log P 선택란에 버튼 클릭

37. 이름 입력란에 ‘상부점토’ 입력

38. Cv값 일정한 값 입력란에 ‘0.014688’ 입력

39. 버튼 클릭



40. 이름 입력란에 ‘하부점토’ 입력

41. Cv값 일정한 값 입력란에 ‘0.026352’ 입력

42. 버튼 클릭

43. 버튼 클릭

44. logCv-log P 선택란에 ‘상부점토’ 선택

45. 버튼 클릭

46. 8~41의 방법으로 ‘하부점토’ 물성치 작성(<02. 개요>의 재질속성 물성치 사용)

47. 이름 입력란에 ‘모래층-1’ 입력

48. 모델종류 선택란에서 ‘사질토’ 선택





53. SPT N치 입력란에 ‘9’ 입력

54. 계산방법 선택란에 ‘Debeer 방법’ 선택

55. 버튼 클릭

56. 43~51의 방법으로 ‘모래층-2, 모래층-3, 모래층-4’ 물성치 작성

57. 버튼 클릭

58. 버튼 클릭

8 468

9

10 15~

16 43~

27

35

46

47

48 53~

28 29 36 37

44 54 59


30 33 38 42


3. 배수재 특성 정의


Main Menu에서 1차원압밀 > 재질속성 > 배수재 선택

1. 이름 입력란에 ‘PBD_1.3m’ 입력

2. 종류 선택란에서 ‘PBD’ 선택

3. 배치 선택란에서 ‘사각형배치’ 선택

4. 중심간격 입력란에 ’1.3’ 입력

배수재 종류 및 간격에

따른 매개변수 해석을 통

해 최적의 배수공법 설계

에 기준으로 활용할 수

있습니다. 각 배수재별

입력 특성을 정의하고 각

각에 대해 해석케이스를

배수재 계산방법 옵션에

따 라 Smear effect 와

Well Resistance 고려여

부가 자동으로 체크됩니

5. 계산옵션> 방법 선택란에서 ‘Hansbo’ 선택

6. 배수재특성> 직경 입력란에 ’0.05’ 입력

7. 투수계수 입력란에 ’86.4’ 입력

8. 교란 / 배수 특성> 압밀계수비 입력란에 ’1’ 입력

9. 교란영역 직경 입력란에 ‘0.1’ 입력

10. 교란영역 투수계수비 입력란에 ‘2.0’ 입력

각에 대해 해석케이스를

설정합니다.

다. 11. 버튼 클릭

12. 이름 입력란에 ‘SCP_2.2m’ 입력

13. 종류 선택란에서 ‘SCP’ 선택






19. 교란/배수 특성> 압밀계수비 입력란에 ’1’ 입력



22. SCP/GCP 특성> 응력분담비 입력란에 ‘3.0’ 입력


24. 단위중량 입력란에 ‘1.8’ 입력

25. 포화단위중량 입력란에 ‘1.9’ 입력

26. 버튼 클릭

27. 이름 입력란에 ‘Pack_1.8m’ 입력

28. 종류 선택란에서 ‘Pack’ 선택






34. 교란/배수 특성 > 압밀계수비 입력란에 ’1’ 입력

란영역 직경 입력란에 입력




37. Pack Drain> L1 입력란에 ‘1.2’ 입력

38. 버튼 클릭 버튼 클릭

3. 배수재 특성 정의


1

2 4~

5

6 7~

8 10~

11

22 25

12

13 15~

16 22 25~

26

16

17 18~

19 21~

27

28 30~

31

38

37

38

32 33~

34 36~


| 배수재특성 정의 |


04. 모델링






된 면에는 D &D 을


1. 작업창에서 ‘성토재’ 영역 선택

작성된 면에 지반특성을 부여합니다.

된 면에는 Dra&Drop을

이용하여 지반특성을 미

리 부여할 수 있습니다.

작업창에서 성토재 영역 선택

2. Worktree > 재질속성 > 지반특성 > 성토재을 작업창으로 Drag&Drop

3. 작업창에서 ‘상부점토’ 영역 선택

4. Worktree > 재질속성 > 지반특성 > 상부점토을 작업창으로 Drag&Drop

5. 3~4의 방법으로 ‘하부점토’, ‘모래층-1’, ‘모래층-2 ’, ‘모래층-3’ ’, ‘모래층-4’ 영역을 선

택한 후 해당물성을 작업창으로 Drag&Drop하나의 면에 대하여 한

가지의 물성만 부여할 수

있으며 변경시 최종 부여

~1 5

된 물성으로 지정됩니다.

Drag & Drop

성토층상부점토

하부점토

모래층-1

모래층-3모래층-2

모래층-4

면이나 커브에 부여된 물성은 Worktree에서 확인이 가능합니다.

지반특성이 할당된 면이 있을 경우는 검정색으로 나타나며 할당된 면의 개수가 표시됨.




04. 모델링

압밀촉진공법을 적용할 면에 배수재 적용 경계조건을 설정합니다.

Main Menu에서 1차원 압밀 > 경계 > 배수재특성변경 클릭

1. 배수재 특성변경 정의 창에서 배수재 설치 경계세트정의를 위하여 버튼 클릭

작성된 면에 배수재 적용을 위한 경계조건을 설정합니다.

배수재 특성변경 정의 창에서 배수재 설치 경계세 정의를 위하여 버튼 클릭

2. 경계셋트 정의 창에서 경계셋트의 이름 ‘PBD 1.3m 설치’ , ‘SCP 2.2m 설치’ ,‘Pack

1.8m 설치’ 를 차례로 입력

3. 버튼 클릭

4. 배수재 특성변경 정의 창에서 경계세트 ‘PBD 1.3m 설치’ 선택

5. 배수재가 설치될 면을 선택하기 위해서 버튼 클릭

6. 작업창에서 연약지반 개량영역(6개의 면)을 선택 후 확인작업창에서 연약지반 개량영역( 개의 면)을 선택 후 확인

7. 배수재 특성 선택란에 ‘PBD_1.3m’ 선택

8. 버튼 클릭

9. 4~8의 방법으로 ‘SCP 2.2m 설치’ ,‘Pack 1.8m 설치’ 의 경계셋트 정의 설정

10. 버튼 클릭

14

5

7

10 8

연약지반연약지반 개량영역개량영역

2

6

| 배수재 경계셋트 설정 |

3



04. 모델링

연약지반 1차원 압밀해석을 실행하고 계산할 위치를 설정합니다.

Main Menu에서 1차원 압밀 > 해석 > 침하계산위치 클릭 (command : DCP )

1. 계산위치 정의 창에서 계산할 위치의 시작위치(X) 입력란에 X좌표값 ’81.29’ 를 입력.

작성된 모델에서 계산위치를 설정합니다.

계산위치 정의 창에서 계산할 위치의 시작위치( ) 입력란에 좌 값 를 입력

2. 증가거리 입력란에 증가거리 ’10’ 입력

3. 계산위치의 개수 입력란에 ’4’ 입력

4. 지정한 4개소의 계산위치 생성을 위해 버튼 클릭

5. 생성된 계산위치 확인

6. 계산위치 정의 창에서 계산할 위치의 시작위치(X) 입력란에 X좌표값 ’71.29’ 를 입력.

7. 증가거리 입력란에 증가거리 ’-10’ 입력증가거리 입력란에 증가거리 입력

8. 계산위치의 개수 입력란에 ’3 입력

9. 지정한 3개소의 계산위치 생성을 위해 버튼 클릭

10. 생성된 계산위치 확인

1

2

6

7

5

2

3

4

78

9

10

| 계산위치 설정 |

침하계산위치의 설정과 계산여부설정은 WorksTree에서 확인할 수있습니다.

검토위치들 설정중 계산여부는 ‘○’와 ‘-’ 로 구분함


1. 해석케이스 설정(1)

05. 해석


Main Menu에서 해석&설계 > 해석제어 > 해석케이스 선택 (command : ac)


2. 이름란에 ‘무처리시 해석’ 입력

3. 해석방법 선택란에서 ‘1차원 압밀해석’ 선택해석 택 에서 차 해석 택


5. 최대계산일 입력란에 ‘2000’ 입력

6. 침하계산방법의 ‘전하중법’ 옵션 선택

7. ‘수직/수평 동시고려’ 옵션 체크 선택해제

8. ‘초기수위’ 체크 선택하여 첫번째 입력란에 ‘0’을 입력한후 두번째 선택란에‘ 없음’ 선

택

9. 버튼 클릭

10. ‘입력된 모든 데이터’ 의 레이어세트 모두 선택하여 ‘해석에 사용할 데이터’ 박스로

‘Drag & Drop’

11. 버튼 클릭


13. 이름란에 ‘PBD설치시 해석’ 입력

14. 해석방법 선택란에서 ‘1차원 압밀해석’ 선택


16. 최대계산일 입력란에 ‘2000’ 입력

17. 침하계산방법의 ‘전하중법’ 옵션 선택

18. ‘수직/수평 동시고려’ 옵션 체크 선택해제

19. ‘초기수위’ 체크 선택하여 첫번째 입력란에 ‘0’을 입력한후 두번째 선택란에 ‘없음’ 선

택

20. 버튼 클릭

21. ‘입력된 모든 데이터’ 의 레이어세트 모두 선택하여 ‘해석에 사용할 데이터’ 박스로

‘Drag & Drop’

22. ‘경계세트’ 의 ‘PBD 1.3m설치’를 선택하여 선택하여 ‘해석에 사용할 데이터’ 박스로

‘Drag & Drop’

23. 버튼 클릭

24. 12~23번 과정을 반복하여 ‘SCP설치시 해석’, ‘Pack설치시 해석’ 의 해석 케이스 작성


1. 해석케이스 설정(2)

05. 해석

배수재 특성/간격에 따른 매개변수 해석케이스를 설정합니다.

Main Menu에서 1차원 압밀 > 매개변수 해석 > 배수재 간격 선택

1. 이름에 PBD 입력

2. 참조할 해석케이스에 PBD설치시 해석 선택

생성된 해석케이스를 바

탕으로 배수재 간격을 변

수로 한 다양한 해석케이

스를 자동설정 하고 반복

해석을 수행합니다. 최적

의 배수재 설계를 위한 참 할 해석케이 에 설치시 해석 선택

3. 버튼 클릭하여 연약지반 개량영역 6개의 면 선택

4. 배수재 특성에 PBD 1.3m 입력

5. 배수재 간격에 1,1.3,1.5m 차례로 입력

6. 버튼 클릭

7. 1~6번 과정을 반복하여 SCP는 2,2.2,2.5m Pack은 1.5,1.8,2.2m 간격에 따른 매개변수

해석케이스 설정

기준으로 활용할 수 있습

니다.

해석케이 설정

8. 작업트리에서 자동 생성된 해석케이스 확인

1

2

3

4

5

6

3

6

8

| 매개변수 해석 케이스 추가 설정 |


| |

2. 해석

05. 해석


Main Menu에서 해석&설계 > 수행 > 해석&보고서 선택 (command : ra)

1. ‘무처리시해석’. ‘PBD설치시해석’, ‘SCP설치시해석’ , ‘Pack설치시해석’ 에 체크 확인


정보는 해석 및 보고서

수행 관리자 하단부에 표

시됩니다. 특히 Warning

이 발생한 경우에는 해석

결과가 정상이 아닐 수도

있으므로 주의하셔야 합

니다.



1

| 해석 |



니다.

2



06. 결과분석

해석 케이스에 따른 1차원 압밀해석 결과를 확인합니다.

결과탭에서 무처리시해석> 계산위치(X=81.29m)> 침하량곡선 선택

1. 지표면에서의 시간-침하량 곡선 확인

2. 지표면에서의 시간-압밀도 곡선 확인

3. 각 지층의 시간에 대한 침하량곡선과 압밀도 곡선 확인각 지층의 시 에 대 하 곡 과 곡 확

4. 시공단계해석시 증가한 지중응력 결과 확인

5. 연약층의 강도증가 결과 확인

6. 시공단계별 강도증가 계산과정 확인

7. 각 해석케이스별 1~7번의 결과 확인

| 해석결과 |

122

3


| 결과확인을 위한 Post tree |

45

67

1. 해석결과확인(2)

06. 결과분석

결과탭에서 무처리시해석> 계산위치X=81.29m)> 전체침하량곡선 선택

1. 각 지층의 시간에 대한 시간-침하량 곡선 확인

2. 계산위치의 지표면 및 해당 지층들의 압밀침하량과 2차압밀 침하량 확인

설정된 검토위치에서 전체 침하량과 단계별 지반강도증가를 확인하고 무처리시를 기준으로 배수

재 설치시 간격별로 결과를 비교합니다.

해석케이스 , 배수재 종

류 및 간격에 따라 해당

3. 각 지층의 시간에 대한 시간-압밀도 곡선 확인

4. 단계별 압밀침하량 및 압밀도 표 확인

5. 검토위치 선택

6. 시간간격 옵션 선택

7. 버튼을 클릭하여 결과 확인

8. 결과텝의 단계별 지반강도 증가에서 지중응력의 초기응력과 증가된 지중응력 확인

결과들을 비교/검토하여

지반특성에 맞는 최적의

배수재를 선택하는 가이

드로 활용할 수 있습니다.

9. 강도증가 결과 확인

10. 단계별 상세 확인

1 2 3 4

6

5

7

| 결과확인을 위한 Post Dialog |8 9 10


| 해석결과 |

2. 결과분석

06. 결과분석

여러 해석 케이스들에 대하여 해석 결과를 종합 분석합니다.

결과탭에서 결과분석 선택

1. 전체해석 결과분석 Tab 선택

2. 결과분석기준 ’총침하량’ 선택

3. 비교검토 계산위치 선택비 계 위치 택

4. 비교검토 해석케이스 선택

5. 버튼 선택

1

3 4

5

2


본 따라하기에서는 연약지반의 압밀촉진 공법 선정을 위하여 연직배수공법 중 PBD공법 SCP공


본 따라하기에서는 연약지반의 압밀촉진 공법 선정을 위하여 연직배수공법 중 PBD공법, SCP공

법 및 Pack Drain공법을 적용하였을 경우의 압밀침하에 대해 검토해보았습니다.

1차원 압밀해석을 수행할 경우 앞서 소개한 따라하기의 방법과 같이 여러 배수공법 적용시와 무

처리시의 압밀침하 해석을 동시에 수행하여 능률적이고 효과적인 결과 도출을 할 수 있습니다.

배수재 특성/간격에 따른 매개변수 자동 반복해석 수행으로 최적의 배수재 설계의 기준을 제시


SoilWorks의 압밀모듈을 통하여 실무에 직접적인 해석을 다음과 같이 수행할 수 있습니다.

1) 시공단계를 고려한 1차원 압밀해석과 각 시공단계별 연약지반의 강도증가를 고려한 성토사

면 한계평형해석의 연계해석을 통하여 성토체의 안정성을 동시에 검토할 수 있게 됩니다.

2) 예비해석을 통한 과업구간의 연약지반분포 특성에 따른 압밀침하량 경향분석을 수행합니다.

3) 배수재의 매개변수(배수재의 간격)해석을 수행하여 적용공법의 최적의 배수재 간격 검토자

료를 제공합니다료를 제공합니다.

4) 프리로딩 높이를 일정간격으로 자동생성하여 최적의 프리로딩 높이 검토자료를 제공합니다.

시공단계해석을 포함한 압밀모듈에 관련한 따라하기를 통해 1차원 압밀해석에 대한 전반적인 흐

름을 익힐 수 있도록 다음과 같은 심화학습 가이드를 구성합니다.

1) 예비해석을 이용한 침하량 경향 분석1) 예비해석을 이용한 침하량 경향 분석

2) 한계성토고 산정

3) Pre-loading 높이 산정

4) 한계평형법을 이용한 성토사면 안정성 연계해석


해 제공하고 있으며 관련 기술자료들도 추후 업데이트될 예정입니다해 제공하고 있으며, 관련 기술자료들도 추후 업데이트될 예정입니다.


터널굴착에 따른 인접구조물 영향성 검토 | Tutorial

P-y 해석에 의한 기초의 수평안정성 검토

00. 목차

01. 학습목표 3 05. 해석 17

02. 개요 4


2. 고려사항

3 침하량 산정방법

1. 해석 케이스 설정

2. 해석

06. 해석 및 결과확인 203. 침하량 산정방법

4. 모델링 구성


1. 해석결과 확인




3. 배수재특성정의

04. 모델링 12




P-y 해석에 의한 기초의 수평안정성 검토 | Tutorial2

01. 학습목표

본 따라하기에서는 말뚝기초의 안정성 검토 항목 중 수평방향 안정성을 검토를 위하여 말뚝기초

의 수평방향 변위를 산정할 수 있도록 SoilWorks에 대한 프로그램 작업 흐름을 이해하고 올바르

게 사용하기 위한 기본적인 각 기능들을 익힙니다. p-y 해석에 대한 기본 흐름을 이해하고,

SoilWorks의 기초모듈을 이용하여 수평변위 및 부재력을 산정하도록 합니다.

수평방향 안정성 검토를 위한 SoilWorks의 작업흐름은 아래와 같습니다.

지반물성 입력

검토 말뚝재질 입력

STEP 01

STEP 02

지층 층후 입력/지반물성 할당/지하수위입력

기초형식 입력(말뚝배치 및 길이)

STEP 03

STEP 04

기초 작용하중 입력


STEP 05

STEP 06 해석케이스 및 설계옵션 정의STEP 06



결과 분석STEP 08

Tutorial | P-y 해석에 의한 기초의 수평안정성 검토 3

1. 수평방향 안정성 검토 설계 개요

02. 개요

편토압, 풍압, 지지력, 제동력 등의 활하중에 의하여 말뚝 머리에 작용하는 수평력과 모멘트는 말

뚝의 수평변위나 지반의 항복거동을 유발시킴으로써 상부구조물에 대한 심각한 피해를 줄 수 있

습니다. 때문에 수평방향에 대한 안정성 검토가 필요하며, 수평방향 안정성의 판단기준은 현장

수평재하시험을 실시하여 평가하거나 수평방향 허용지지력과 설계하중과의 비교 또는 설계하중

에 의한 수평변위 발생량과 허용 수평변위를 비교하여 평가를 할 수 있습니다.

수평방향 허용지지력 산정은 극한평형법과 탄성지반 반력법을 적용하여 산정할 수 있으며, 수평

변위량은 탄성지반 반력법의 산정식의 역계산이나 P-y 곡선을 이용한 해석법을 적용하여 검토가

가능합니다.

수평방향 안정성 검토 흐름도

현황파악/설계기준 검토

지반조사 수행

토질시험분석/지반정수결정

설계하중 분석(수평력확인)현장여건 파악설계기준 선정

시추조사현장시험/실내시험-표준관입시험-일축,삼축시험

C , Φ , γE0 , υ , Nqu

수평방향 안정성 검토 결정(지반의수평반력계수산정고려)

수평 지지력 검토수평 지지력 검토 수평 변위 검토수평 변위 검토

qu

극한평형법탄성지반 반력법현장재하시험

극한평형법탄성지반 반력법현장재하시험

탄성지반 반력법P-y 비선형해석탄성지반 반력법P-y 비선형해석

SCP / GCP압성토공법 / EPS공법

지반강도증가/하중경감

SCP / GCP압성토공법 / EPS공법

지반강도증가/하중경감

허용지지력 확보허용변위 확보

최적 수평 안정성 확보

허용지지력 확보허용변위 확보

최적 수평 안정성 확보

말뚝재료 변경말뚝배치 변경

구조물 형식 선정

말뚝재료 변경말뚝배치 변경

구조물 형식 선정

압성토공법 / EPS공법압성토공법 / EPS공법 허용변위 확보허용변위 확보 말뚝배치 변경말뚝배치 변경

말뚝기초 수평방향 안정성 설계말뚝기초 수평방향 안정성 설계

활동방지공법

-활동방지공 비교검토

압성토, 다짐말뚝 등

말뚝재료 및 재원/ 기초판 말뚝 재배치공법별 주안점

선정시 고려사항-지층구조, 지반특성-친환경성, 안정성-시공조건, 수위상태


| 수평방향 안정성 설계 흐름 |

말뚝재료 및 재원/ 기초판 말뚝 재배치

-수평강성이 뛰어난 강재 사용이나

-말뚝의 본수 변경

-개량효과-공기 및 장비조합-경제성, 시공성

2. 고려사항

02. 개요

P-y 해석 수행시 고려할 사항은 다음과 같습니다.

-해석 시 사용하는 지반 특성치들은 해당 지반의 시험결과를 토대로 추정된 값을 사용합니다. 단



1) 허용 수평변위 기준도로교 설계기준(2001)은 말뚝의 수평방향 변위의 허용치를 말뚝직경(기준폭)의 1%로 규정하고있습니다.

2) 수평지반반력계수 결정(구조물기초 설계기준,2009)

① 지반의 탄성계수를 이용하는 방법

원형단면 말뚝 Kh = 0.56 Es / D Es : 지반의 탄성계수

D : 말뚝의 직경H형 강말뚝 Kh = 0.49 Es / D

② 점성토의 비배수 강도(Davisson,1970)

Kh = 67 Cu / DCu : 비배수 점착력

/D : 말뚝의 직경

③ 경험에 의하여 추정된 값을 이용하는 방법

흙의 종류 Kh (kN/m3)

대단히 유연한 실트 혹은 점토 2,940 ~ 14,700

유연한 실트 혹은 점토 14 700 29 400유연한 실트 혹은 점토 14,700 ~ 29,400

중위의 점토 29,400 ~ 147,000

단단한 점토 147,000 이상

모래(점착력이 없음) 29,400 ~ 78,400

모래의 상대밀도 느슨함 중 밀 조 밀

| 사질토지반의 ηh (KN/m3)|

지하수위 위 2,156 6,566 17,640

지하수위 아래 1,274* 4,410 10,780

흙의 종류 ηh (kN/m3)

유연한 정규압밀점토 196 ~ 3,430


정규압밀된 유기질점토 1,078 ~ 8,036

피 트 29.4 ~ 107.8

| 정규압밀점토 지반의 ηh (kN/m3) |

02. 개요

2. 고려사항

④ 지반의 N값을 이용하는 방법

E0: 지반의 탄성계수

D : 말뚝의 직경

유도식에 의한 방법

다음의 시험방법에 의한 변형계수 α다음의 시험방법에 의한 변형계수

E0 (KN/m2)

α

평상시 지진시

지름 30cm의 강체 원판에 의한 평판재하시험을 반복시킨 곡

선에서 구한 변형계수의 1/21 2

보링공내에서 측정한 변형계수 4 8

| E0 와 α 값 |

공시체의 1축 또는 3축 압축시험에서 구한 변형계수 4 8

표준관입시험의 N값에서 E0=2800 N 으로 추정한 변형계수 1 2

기초형식 BH 비 고

직접기초

케이슨기초 ( βl <2 ) 안정계산, 부재계산

케이슨기초 ( 1< βl <2 ) 탄성변위량 계산

말뚝기초말뚝기

강관널말뚝기초

| 기초의 환산재하폭 BH |

a) 먼저 말뚝의 특성치 β 를 가정한다.

축차계산에 의한 방법

b) 설계지반면에서의 1/ β의 범위의 지반변형계수 E0 를 추정

c) 말뚝의 환산재하폭 BH를 산정

d) 식 와 를 이용하여 산정

e) β 를 산정


f) e)의 결과와 a)에서 가정한 값을 비교하여 그 오차가 1% 미만이면 채택하고, 아니

면 a)~f)의 과정을 되풀이 한다.

02. 개요

3. 모델링 구성

수평하중이 큰 말뚝기초에 대하여 수평하중에 의한 변위가 크게 발생할 경우 상부 구조물의 안

정성에 손상을 끼칠 수 있습니다. 본 따라하기에서는 수평하중이 작용하는 교각에 대하여 기차판

의 말뚝 배치에 따라 발생하는 수평변위를 검토하겠습니다.


1) 모델링 구성

3 × 5D=1500mm

3 × 3D=2000mm

붕적층

풍화토

풍화암

연 암

2) 재질속성


이름 붕적층 풍화토 풍화암 연 암

지반물성

이름 붕적층 풍화토 풍화암 연 암

모델종류 사질토 사질토 사질토 연암

일반파라이터

탄성계수E(KN/m2) 15,000 40,000 80,000 200,000

습윤단위중량rt(KN/m3) 16 17 20 23

포화단위중량rsat(KN/m3) 18 19 22 25

점착력(KN/m2) - - - 3000

내부마찰각(degree) 25 26 28 35

재질종류 사질토 API 사질토(Seed at all)사질토(Seed at all) WeakRock

수평지반반력계수Kh(KN/m3) 1450 16000 43000 140000

응력50% 변형률 0 0005


추가파라이터

응력50% 변형률 - - - 0.0005

단위극한주면 마찰력(KN/m2) 20 30 50 300

단위극한선단지지력(KN/m2) 600 4000 6000 6000

암질지수(%) - 50

02. 개요

3. 모델링 구성

이름 현장타설말뚝 D=1500mm 현장타설말뚝 D=2000mm

부재종류 현장타설 현장타설

직경

말뚝재원

직경(m)

1.5 2.0

설계강도fck(KN/m2)

27,000 27,000

이름 Pier 5 -1500(15EA) 현장타설말뚝 D=2000mm

기초형식재원

이름 e 5 500( 5 ) 현장타설말뚝 000

B(m) 11.0 15.0

L(m) 18.0 15.0

H( ) 2 5 2 5H(m) 2.5m 2.5

기초판저면깊이(GL.-)

0.0 0.0

구성말뚝길이(m)

13.0 13.0

구성 말뚝개수

15EA 9EA

배치도




바탕화면에서 SoilWorks실행아이콘 선택

1. Project Manager > Foundation 버튼 클릭

2. 초기변수 정의에 단위계를 kN, m, sec 로 설정한 후 버튼 클릭






의 6개의 모듈로 구성되의 6개의 모듈로 구성되

어 있습니다.

1

단위계의 설정시 힘과

길이의 단위는 모델링중

변경하면 자동으로 환산

됩니다. 하시만, 시간 단

2

위는 자동으로 환산되어

지지 않으니 시간관련 변

수는 반드시 확인 할 수

있도록 합니다.

Tutorial | P-y 해석에 의한 기초의 수평안정성 검토

| Soilworks 기초모듈 시작 |

99



Main Menu에서 재질속성 > 지반물성 선택 (command : gm)

1. 이름 입력란에 ‘붕적층’ 입력

2. 모델종류 선택란에서 ‘사질토’ 선택






P-y 해석시 지반의 탄성



7. 재질종류 선택란에 ‘사질토(API)’ 선택

8. 평균수평반력계수 입력란에 ‘1450’ 입력

9. 단위 극한주면마찰력 입력란에 ’20’ 입력

10. 단위 극한선단지지력 입력란에 ‘600’ 입력

계수는 사용하지 않으므

로 별도의 입력을 하지

않아도 됩니다.

11. 버튼 클릭

12. 1~10까지의 과정을 반복하여 ‘풍화토, 풍화암, 연암’의 지반물성을 작성합니다. (7page

의 개요에서 지반물성 참고)

13. 버튼을 클릭

1

23 6~ 7 10~

11 13

| 지반재질 물성 정의 |


3. 구조부재 특성 정의


Main Menu에서 재질속성 > 구조특성 선택 (command : SP)

1. 이름 입력란에 ‘현타1500’ 입력

2. 부재종류 선택란에서 ‘현장타설말뚝’ 선택

3. 국가표준 선택란에 ’KS(04)’ 선택

4. 재질> 재질종류 선택란에서 ‘콘크리트’ 선택

말뚝의 직경 입력에 따

라 단면 강성 계산은 자

동으로 이루어 집니다.

5. 콘크리트 등급 선택란에서 ‘C35’ 선택

6. 단면정보 탭 치수>D(직경) 입력란에 ’1.5’ 입력

7. 버튼 클릭

8. 이름 입력란에 ‘현타2000’ 입력

9. 부재종류 선택란에서 ‘현장타설말뚝’ 선택

10. 국가표준 선택란에 ’KS(04)’ 선택

11. 재질> 재질종류 선택란에서 ‘콘크리트’ 선택

12. 콘크리트 등급 선택란에서 ‘C35’ 선택

13. 단면정보 탭 치수>D(직경) 입력란에 ’2.0’ 입력

14. 버튼 클릭

15. 버튼 클릭

1

2 3~6

8

9 10~13

7

4

5

14

15

11

12

7 14

| 구조부재특성 정의 |


1. 지층생성 및 물성부여

04. 모델링

지층 생성과 물성을 부여합니다.

Main Menu에서 모델> 지층구성 (command : dsli )

1. 작업창에서 ‘단일지층’ 선택

작성된 지반특성을 지층구성에서 부여합니다.

작업창에서 단일지층 선택

2. 지층데이터 테이블 1행에 이름: ‘붕적층’과 심도: ‘7.7’을 입력한 후 지반특성 ‘붕적층’을

선택합니다.

3. 지층데이터 테이블 2행에 이름: ‘풍화토’과 심도: ‘9.6’을 입력한 후 지반특성 ‘풍화토’를

선택합니다.

4. 지층데이터 테이블 3행에 이름: ‘풍화암’과 심도: ’12.0’을 입력한 후 지반특성 ‘풍화암’

을 선택합니다.을 선택합니다

5. 지층데이터 테이블 4행에 이름: ‘연암’과 심도: ’20.0’을 입력한 후 지반특성 ‘연암’을 선

택합니다.

6. 버튼 클릭

1

2 5~


6



2. 기초형식 설정

04. 모델링

구조물 형식을 설정합니다.

Main Menu에서 모델> 기초형식 클릭 (command : FDI )

1 기초형식 설정을 위한 이름 ‘Pier5-D1500(15ea)’ 입력

작성된 지반조건에 설치한 구조물 형식을 설정합니다.

1. 기초형식 설정을 위한 이름 Pier5 D1500(15ea) 입력

2. 기초판의 크기 및 저면 설치위치 입력을 위하여 테이블에 차례로 B = 11.0 , L=18.0 ,

H=2.5 , 기초저면깊이=0.0 입력

3. 배치할 말뚝을 선택를 위하여 구조특성 선택란에서‘현타1500’ 선택

4. 배치할 말뚝의 길이 ‘13’ 입력

5. X방향 말뚝배치를 위하여 열수 ‘3’ 입력

6. 기초판 중심부터의 배치를 설정을 위하여 기초 좌측거리 체크 해제6. 기초판 중심부터의 배치를 설정을 위하여 기초 좌측거리 체크 해제

7. 등간격 배치 설정을 위하여 ‘3.75’ 입력

8. Y방향 말뚝배치를 위하여 열수 ‘5’ 입력

9. 기초판 중심부터의 배치를 설정을 위하여 기초 상단거리 체크 해제


11. 배치방식 선택란에 ‘격자배치’ 선택

12. 버튼 클릭12. 버튼 클릭

13. 오른쪽 배치 도면 확인

14. 버튼 클릭

15. 기초형식 설정을 위한 이름 ‘Pier5-D2000(9ea)’ 입력

16. 기초판의 크기 및 저면 설치위치 입력을 위하여 테이블에 차례로 B = 15.0 , L=15.0 ,

H=2.5 , 기초저면깊이=0.0 입력

17. 배치할 말뚝을 선택를 위하여 구조배치할 말뚝을 선택를 위하여 구조특성 선택란에서. 배치할 말뚝을 선택를 위하여 구조배치할 말뚝을 선택를 위하여 구조특성 선택란에서

‘현타2000’ 선택

18. 배치할 말뚝의 길이 ‘13’ 입력

19. X방향 말뚝배치를 위하여 열수 ‘3’ 입력

20. 기초판 중심부터의 배치를 설정을 위하여 기초 좌측거리 체크 해제


22. Y방향 말뚝배치를 위하여 열수 ‘3’ 입력방향 말뚝배치를 위하여 열수 입력

23. 기초판 중심부터의 배치를 설정을 위하여 기초 상단거리 체크 해제


25. 배치방식 선택란에 ‘격자배치’ 선택

26. 버튼 클릭

27. 오른쪽 배치 도면 확인

28. 버튼 클릭


버튼 클릭

29. 버튼 클릭

2. 기초형식 설정

04. 모델링

1

3 4

213

11 12

5 7~ 8 10~

14

15

17 18

1627

25 26

19 21~ 22 24~

| 기초형식 설정 |

말뚝의 각각의 배열이름은 교축방향 ABC 순이며 교축직각방향은 123 숫자순에 의하여 명명됩니다.

28 29


자동 배치된 말뚝의 배열에 대하여 말뚝각각의 좌표와 길이 두부 및 선단 고정조건을 수정할 수 있습니다.

3. 작용하중 설정

04. 모델링

기초에 작용하는 하중을 설정합니다.

Main Menu에서 하중 및 경계 > 기초작용하중 클릭 (command : FDL )

1. 기초작용하중 정의 창에서 작용할 하중세트 입력란의 하중세트에 ‘설계하중’ 을 입력,

작성된 모델에서 작용하중을 설정합니다.

기 작용하중 정의 창에서 작용할 하중세 입력란의 하중세 에 설계하중 을 입력,

VX(교축방향 수평력)에 ’3140’ 를 입력, VY(교축직각방향 수평력)에 ‘0’ 입력, P(연직방

향 작용력)에 ‘-89187’ 입력, MX(교축직각방향 모멘트)에 ‘0’ , MY(교축방향 모멘트)에

‘24120’ 입력, MZ(연직방향 모멘트)에 ‘0’ 입력 후 하중상태 ‘상시’ 선택, 반복회수 입

력란에 ‘0’입력 후 Enter

2. 버튼 클릭

| 작용하중 설정 |


4. 지하수위 설정

04. 모델링

지하수위를 설정합니다.

Main Menu에서 하중 및 경계 > 수위선 클릭 (command : WL )

1. 지하수위 경계세트의 이름 입력란에 ‘지하수위’ 를 입력

작성된 모델에서 지하수위을 설정합니다.

지하수위 경계세 의 이름 입력란에 지하수위 를 입력

2. 지하수위 입력란에 ‘3.5’ 입력

3. 버튼 클릭

1

|지하수위 설정 |

2

3



05. 해석


Main Menu에서 해석 및 보고서 제어 > 해석케이스 선택 (command : ac)

1. 해석케이스 정의 창에서 버튼 클릭

2. 이름란에 ‘D=1500(3-5)’ 입력

3. 해석방법 선택란에서 ‘P-y 비선형 해석’ 선택해석 택 에서 y 비 형 해석 택


5. 하중스텝 개수 입력란에 ‘10’ 입력

6. 최대 시도횟수 입력란에 ‘10’ 입력

7. 말뚝요소 분할 개수 입력란에 ‘100’ 입력

8. 버튼 클릭

9. ‘입력된 모든 데이터’ 의 기초형식 중 ‘Pier5-D1500(15ea)’ 선택하여 ‘해석에 사용할

데이터’ 박스로 ‘Drag & Drop’

10. ‘입력된 모든 데이터’ 의 경계세트 ‘지하수위’ 선택하여 ‘해석에 사용할 데이터’ 박스로

‘Drag & Drop’

11. ‘입력된 모든 데이터’ 의 하중세트 중 ‘설계하중’ 선택하여 ‘해석에 사용할 데이터’ 박스

로 ‘Drag & Drop’

12. 버튼 클릭

13. 해석케이스 정의 창에서 버튼 클릭

14. 이름란에 ‘D=2000(3-3)’ 입력

15. 해석방법 선택란에서 ‘P-y 비선형 해석’ 선택


17. 하중스텝 개수 입력란에 ‘10’ 입력

18. 최대 시도횟수 입력란에 ‘10’ 입력

19. 말뚝요소 분할 개수 입력란에 ‘100’ 입력

20. 버튼 클릭

21. ‘입력된 모든 데이터’ 의 기초형식 중 ‘Pier5-D2000(9ea)’ 선택하여 ‘해석에 사용할 데

이터’ 박스로 ‘Drag & Drop’

22. ‘입력된 모든 데이터’ 의 경계세트 ‘지하수위’ 선택하여 ‘해석에 사용할 데이터’ 박스로

‘Drag & Drop’

23. ‘입력된 모든 데이터’ 의 하중세트 중 ‘설계하중’ 선택하여 ‘해석에 사용할 데이터’ 박스

로 ‘Drag & Drop’

24. 버튼 클릭

1



05. 해석

5

6

7

2

34

Drag & Drop9

10

812

11


13


14 17

1516

Drag & Drop21

22

23

17

18

19


24

20


2. 해석

05. 해석

작성된 해석케이스를 이용하여 해석을 수행합니다.

Main Menu에서 수행 > 해석 선택 (command : ra)

1. ‘D=1500(3-5)’. ‘D=2000(3-3)’ 에 체크 확인


정보는 해석수행 관리자

하단부에 표시됩니다. 특

히 Warning 이 발생한

경우에는 해석결과가 정

상이 아닐 수도 있으므로

주의하셔야 합니다.




1

| 해석 |


니다.

2




해석 케이스에 따른 P-y 해석 결과를 확인합니다.

결과트리에서 Main menu> 그래픽결과> 해석케이스 선택

1. 기초형식 선택

2. 해석케이스 선택

3. 검토 말뚝 선택뚝 택

4. 검토 방향 선택

5. 해석결과인 심도별 수평변위, 모멘트, 전단력, 지반변위 결과 확인

6. 결과트리나 Post Dialog Tab을 선택하여 결과값 테이블 확인

1 4~

6

6

5

| |

1

23

4

| 해석결과 확인 |


| Psot Dialog 해석결과 확인 |

본 따라하기에서는 교량기초에서 수평방향 안정성 검토를 위하여 p-y 비선형 해석을 수행하여


검토 해 보았습니다.

SoilWorks 에서 P-y 해석을 수행할 경우 앞서 소개한 따라하기와 같이 동일 지반조건에 대한 여

러 기초형식을 적용하여 동시에 검토하여 능률적이고 효과적인 결과 도출을 할 수 있습니다.

기초모듈을 통하여 실무에 다음과 같은 직접적인 설계업무를 수행할 수 있습니다.

1) 동일 지반조건에 대하여 다양한 기초 형식이나 공법을 적용한 지지력 및 침하량 검토를 수

행 수 있으며 검토 결과에 대한 요약 및 분석, 적용 기초 형식에 대한 보고서와 계산서를 작

성합니다.

2) 말뚝기초 설계를 각종 설계기준에 준하여 검토 및 비교 분석을 할 수 있습니다.

기초모듈에 관련한 따라하기를 통해 기초설계에 대한 흐름을 익힐 수 있도록 다음과 같이 구성

하였습니다.

1) 말뚝기초형식에 따른 연직방향 및 수평방향 안정성 검토

2) 기초 형식에 따른 말뚝하중 산정과 구조설계




측압계수에따른병설터널해석 - MIDAS...

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