매우 큰 동적하중을 반복적으로 받는 궤도구조물은 엄밀한 안정해석을 위하여 각 층재료의 응력∼변형률 관계에 기초한 구조해석이 필요하다. 이는 궤도하부구조를 구성하는 흙노반 및 강화노반 등의 각층 재료가 궤도재하시 받게되는 변형특성을 정밀하게 모사할 수 있어야 함을 뜻하며, 따라서 응력의 크기 및 변형률 수준에 입각하여 재료의 구성모델 특성에 대한 재현이 요구된다.
현재 설계입력요소로서 하부구조에서 반영되는 설계입력값으로는 지지력개념에 기초한 변형계수(k30, Evd, Ev2)가 유일하지만 이들 지지력계수 값은 변형률 및 응력수준에 따른 변형계수의 비선형성 및 함수비특성 등 재료의 거동특성을 정확히 반영하지 못하는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 흙노반재료의 현장재하시험시 측정된 변형계수에 대한 실측자료를 중심으로 동일 흙노반재료의 실내공진주시험에 의한 응력∼변형률 결과와 비교, 분석, 평가함으로서 이들 사이의 상관관계를 분석하고, 적정 규모에서의 변형률, 응력조건 및 함수량 수준에 기반한 변형계수의 보정방법을 제시하고자 하였다. 이렇게 수립된 상관관계 및 변형계수의 보정방법은 실설계 및 현장다짐도 파악에 실제 사용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 현장 지지력계수 값들과 실내 공진주시험에 의한 탄성계수∼변형률 관계의 신뢰성 있는 상관관계를 기반으로 유한요소해석 등에 의한 역해석을 시도하여 각 변형계수 측정 재하시험의 변형률 수준을 판정하였으며 이를 기반으로 설계시 및 공용중 궤도 하부구조의 안정해석에 필요한 변형계수의 성능요구수준을 제시하고자 하였다.
이러한 연구목적을 달성하기 위하여 궤도부설 현장에서 흙노반재료를 채취하고 채취된 흙노반 재료에 대한 실내다짐을 실시하여 중형공진주시험을 실시하였으며 이를 기반으로 흙노반재료의 동적물성 특성을 파악하였으며, 아울러 전단탄성계수∼전단변형률 관계 예측모델을 수립하였다. 특히, 현장 흙노반재료의 다짐시 함수비 변화와 구속압에 따른 전단탄성계수의 변화를 추적, 조사하기 위하여 최적함수비 뿐만 아니라 습윤측(OMC+2%) 및 건조측(OMC-2%) 샘플을 제작 하고 구속압 변화를 주며 변형률 크기 변화에 따른 전단탄성계수의 변화를 추적, 조사 하였다.
흙노반 재료가 채취된 각 현장에서는 반복평판재하시험(RPBT), 동평판재하시험(LWDT) 및 충격재하시험(LFWD)시험을 실시하여 현행 사용하는 지지력계수(Ev2, Evd, ELFWD)를 획득하고 이들 값 사이의 상관성을 확정하였다. 또한 현장에서 획득된 재하시험시의 지지력계수 들과 실내에서 획득된 중형공진주시험에 의한 전단탄성계수∼전단변형률 사이의 상관성을 직접 분석하였다.
이러한 상관성 분석을 위해서는 각 재하시험시에 발생하는 재하판 하부의 변형률 발생크기를 규명하는 절차가 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 반복평판재하시험에 대한 유한요소해석을 실시하였으며 재하판 직하부에서의 유효한 깊이 내에 발생하는 변형률의 상대적 크기를 비교분석하였다. 따라서 각 재하시험이 적용되는 흙노반 및 강화노반 상의 시험결과를 설계 및 공용중의 해석을 위해 적용시 성능요구수준에 적합한 입력 값으로서의 변형계수를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
궤도 흙노반의 경우에도 설계기준값 또는 다짐관리기준의 설정을 위해서 탄성계수의 정확한 분포범위를 파악하고 예측모델을 수립하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 궤도 상·하부 흙노반재료의 응력∼변형률 관계에 입각한 탄성계수 예측모델 수립을 위하여 다져진 흙노반 재료에 대한 중형공진주 시험을 실시하였으며 시험시 구속압 및 함수비의 변화를 주어 변형률 크기 변화에 따른 전단탄성계수의 변화를 추적, 조사 하였고 이를 기반으로 국내 흙노반재료에 적합한 전탄성계수∼전단변형률 예측모델을 제시하였다. 아울러, 함수비 또는 포화도 변화에 따른 전단탄성계수∼전단변형률 통합예측모델의 수립 가능성을 탐색하였으며 이를 기반으로 국내 흙노반재료에 적합한 전탄성계수∼전단변형률 예측모델을 제시하였다.