지반의 정의 Home > 모델 > 지반의 정의¶

• 기능
  굴착 가시설 모델링에 필요한 지층 데이터를 정의합니다.

• 제한
  해석종류에 따라 지반을 정의하는 방법이 다르므로, 입력항목이 서로 상이합니다. 지층의 선형변화는 "FEM"해석에서만 유효하며, 지반특성의 선형변화는 "탄소성보법"에서만 유효합니다. 해석종류는 Project Setting에서 선택할 수 있습니다.

• 호출
  Main Menu : 모델 > 지반의 정의

일반¶

• 버튼을 통해 Spread Sheet 형식으로 데이터를 추가/수정/삭제할 수 있습니다. 지층의 개수가 많을 경우에 편리하게 입력할 수 있습니다.

• 버튼을 이용하여 상세정보를 출력하거나, 대화상자의 크기를 줄여 모델 윈도우를 더욱 넓게 활용할 수 있습니다.

지반 List¶

• 가시설 모델 구성을 위해 입력한 지층별로 정렬됩니다. 원지반의 데이터는 깊이별로 정렬되며, 지반개량/뒤채움 용도로 정의한 지층은 하단에 정렬됩니다. 해당 지층을 선택후 지반데이터를 수정하거나 삭제할 수 있습니다.

지반 구성¶

• 정의된 토층의 위치 및 용도를 선택합니다.

지층형태¶

• 원지반을 구성하는 토층의 형태를 정의합니다. 탄소성보법일 경우에 한해서 공기층/자유수면/되메움에 대해 지정할 수 있습니다.

• 일반지층 : 일반적인 토층을 정의할 때 이용됩니다.

• 공기층 : 성토를 고려할 때 미리 지층을 공기층으로 정의합니다. 단, 공기층은 항상 최상단층에서만 고려되며, 공기층 상부에는 배면경사를 적용할 수 없습니다. 공기층은 하나의 지층만 적용가능합니다.

• 자유수면 : 원지반 상부에 자유수면의 심도를 입력받아 자유수면으로부터 작용하는 수압에 따른 벽체의 부재력 검토에 이용됩니다. 단, 자유수면은 항상 최상단층에서만 고려되며, 자유수면 상부에는 배면경사를 적용할 수 없습니다.

• 되메움 : 굴착측에 되메우기 할 지반을 정의합니다. 되메움 지반은 벽체 및 슬래브와 함께 모사되는 뒤채움처럼 토압작용이 없는 지반스프링 역할을 합니다. 다만, 되메움의 경우 벽체 및 슬래브 없이 모사할 수 있으며, 스프링 강성은 입력한 수평지반반력계수로 계산됩니다.

되메움 모델링 방법¶

• 해체단계 검토시 굴착부를 되메움하여 흙막이벽체에 토압작용이 없는 지반탄성스프링을 연결하여 해석하며, 그 강성은 되메움 지반 정의시 입력한 수평지반반력계수로 계산합니다. 지반 정의시 되메움의 하단깊이를 입력하여 하나 이상의 되메움층을 고려할 수 있으며, 시공 심도별로 벽체 및 슬래브의 뒤채움과 혼용하여 모델링할 수 있습니다.

하단깊이¶

• 원지반을 구성하는 토층을 정의할 때에 선택합니다. 하단깊이는 최상단에서부터 해당 토층의 하단까지의 거리를 의미하며, 부호는 (+)입니다.

• : 아래와 같이 다양한 지층의 경사변화를 입력할 수 있습니다. 이 기능은 FEM 해석만을 수행하는 경우에 사용할 수 있습니다.

Extrapolation¶

사용자가 입력하지 않은 외부구간에 대한 선형 보간 방법을 선택합니다.

• Set to Zero : 사용자가 입력하지 않은 외부구간은 모두 0(zero)으로 간주합니다.

• Closest Value : 사용자가 입력하지 않은 외부구간은 처음 Elevation과 마지막 Elevation으로 유지됩니다.

• Linear Extrapolation : 사용자가 입력하지 않은 외부구간은 처음 Elevation에 의한 경사와 마지막 Elevation에 의한 경사를 유지합니다.

지반개량¶

• 지반개량은 1) 배면 토층을 변경하는 경우, 2) 차수벽의 물성치를 입력하는 경우의 크게 두가지 목적으로 사용됩니다.

• 시공단계 중에 원지반의 물성과 다른 물성치를 갖는 지반으로 교체되는 경우에 사용할 지반특성을 정의합니다. 연약한 지반을 양질의 토사로 개량하거나, 구조물 설치를 위한 터파기 후 되메우기를 하는 등의 경우에 사용할 수 있습니다.
  (※ 공기층을 이용하여 배면측의 성토단계를 모사할 경우 하나의 지반개량층만 적용이 가능합니다.)

• 지반의 정의에서는 지층의 물성치만 정의해 두고, 시공단계에서 교체될 지반을 선택합니다.

시공단계 2 에서 굴착측의 지반을 개량하기¶

• 절차 1) 지반의 정의에서 용도를 지반개량으로 설정하고, 지층을 정의합니다.
• 절차 2) 시공단계에서 시공단계 2 를 선택하고, 토층변경에서 앞서 정의한 지층을 선택하면 아래 그림처럼 변경됩니다.

차수벽의 재료특성 정의¶

• 차수벽 정의 : 해석 > 해석옵션
• 수벽의 "재료특성"으로 사용되기 위해서는 "지반의 정의 > 지반개량" 타입으로 정의해야 합니다.
• 일반적으로 사용하는 차수공법인 S.G.R과 L.W에 대응할 수 있는 물성치를 지반개량 타입으로 정의합니다.
  지반의 정의에서는 지층의 물성치만 정의해 두고, 해석옵션에서 차수공법에 대응하는 지반을 선택합니다.

뒤채움¶

• 지보재 해체단계에서 구조물 벽체를 시공할 때, 흙막이 벽체와 구조물 벽체 사이의 뒤채움흙을 정의하는 경우에 선택합니다.

• 뒤채움흙의 지반특성은 한번만 정의할 수 있습니다.

• FEM : 뒤채움흙의 특성을 정의하면 해체단계시에 뒤채움흙의 Mesh가 자동 생성됩니다. 단, 해체단계를 정의하지 않으면 뒤채움에 대한 Mesh는 생성되지 않습니다.

• 탄소성보법 : 흙막이 벽체와 구조물 벽체를 일체 거동하는 것으로 보고 해석을 합니다.

뒤채움 흙 모델링 방법¶

• 흙막이벽체와 구조물벽체 사이의 뒤채움 흙을 지반탄성스프링으로 연결하고 그 강성은 다음과 같이 구합니다.
• K_back = E_back / D_gap
  • K_back: 뒤채움 흙에 대한 지반 탄성스프링의 강성
  • E_back: 뒤채움 흙에 사용된 토질의 탄성계수
  • D_gap: 흙막이 벽체와 구조물 벽체사이의 간격

지반 특성¶

습윤단위중량 (γt)¶

• 토압은 단위중량을 포함한 식으로 정의됩니다. 지하수위가 없는 지반의 토압산정시에 사용됩니다.

포화단위중량 (γsat)¶

• 토압은 단위중량을 포함한 식으로 정의됩니다. 지하수위 이하 지반의 토압산정시에 사용됩니다.

주변마찰저항¶

• Earth Anchor 설계시 정착장을 산정하기 위하여 사용됩니다.

토압저감계수¶

• 경험토압 적용시 토압저감계수를 입력하기 위하여 사용됩니다. 탄소성보법에서 토질정수가 토층별로 설정된 경우에만 해석에 반영됩니다.

지반종류¶

• 굴착저면 주변의 지반이 사질토로 정의된 경우 결과 > 탄소성보해석 결과 View에서 보일링 검토를 수행합니다.

• 굴착저면 주변의 지반이 점성토로 정의된 경우 결과 > 탄소성보해석 결과 View에서 히빙 검토를 수행합니다.

점착력/점착력(상부, 하부)¶

• 선형변화를 적용한 경우에는 동일한 지반내의 상/하부 점착력을 분리하여 입력합니다.

내부마찰각/내부마찰각(상부, 하부)¶

• 선형변화를 적용한 경우에는 동일한 지반내의 상/하부 내부마찰각을 분리하여 입력합니다.

N값/N값(상부, 하부)¶

• 선형변화를 적용한 경우에는 동일한 지반내의 상/하부 N값을 분리하여 입력합니다.

지반탄성계수/지반탄성계수(상부, 하부)¶

• 지반의 응력과 변형률 사이의 기울기로 정의되며, 지반탄성계수와 포아송비를 이용하여 지반의 강성을 계산합니다.

수평지반 반력계수/수평지반 반력계수(상부, 하부)¶

• 초기단계의 단위면적당 하중을 침하량으로 나눈 값으로 정의합니다. 흙막이벽체와 주변지반의 거동을 분석하기 위한 자료로, 지반의 강성계산에 사용됩니다.

선형변화 적용¶

• Project Setting에서 선택한 해석종류가 "탄소성보법"을 포함하는 경우에 활성화 됩니다.

• 선형변화 적용 선택시 동일한 지반내에서 깊이에 따른 물성치 값들의 변화가 가능하며 지반내의 값들은 직선보간법으로 구합니다.

• 수평지반 반력계수 값의 변화는 아래 그림과 같이 변화합니다.

FEM Parameters¶

• Project Setting에서 선택한 해석종류가 "FEM"을 포함한 경우에 활성화 됩니다.

재료구성모델 (Constitutive Model)¶

• 재료구성모델은 해석하려는 지반의 응력-변형률(Stress-Strain Curve) 형태를 결정하는 것으로, 지반조건과 해석목적에 부합하는 구성모델을 선택해야 의미있는 해석결과를 얻을 수 있습니다.

• 예를 들어, 지반의 극한 지내력에 비해 상대적으로 작은 하중이 작용하는 과압밀된 지반에서 하중-변위응답은 응력-변형률 곡선의 초기 선형구간을 따르게 될 것입니다. 이 경우에는 단순한 선형 탄성해석 만으로도 충분한 결과를 얻을 수 있으며, 비선형해석이 불필요합니다. 반대로, 둑을 시공하는 경우에는 현실적인 변위를 얻기 위해 비선형해석을 수행해야 합니다. 선형 탄성해석에서는 상당히 과소 평가된 변위가 출력될 것입니다.

• Mohr-Coulomb (상세보기)

• Hyperbolic (상세보기)

• Modified Cam-Clay (상세보기)

• Elastic (상세보기)

재료구성모델에 대한 자세한 내용은 Analysis Reference의 "II-Chapter 2-5. 구성모델" 부분을 참조하시기 바랍니다.

공통 입력변수¶

• 포아송비 : 재료의 길이방향 변형률에 대한 축방향 변형률의 비로 정의되며, 일반적인 토사 및 암반의 범위는 0.2~0.45 입니다.

• 정지토압계수(Ko) : 흙이 탄성평형상태(Elastic Equlibrium)에 있을때, 수평응력과 수직응력의 비로 정의되며, 초기지반의 수평응력과 수직응력을 정의합니다.

• 투수계수(연직/수평방향) : 지반내의 흙입자 사이를 통과하는 물의 연직방향 속도로 정의되며, 정상류의 침투해석에 사용됩니다.