지중공동 발생에 따른 이완영역탐지를 위한 실험적 연구 :(An) experimental study on the detection of loosened zone underground cavity

김호연

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김호연 (중앙대학교, 中央大學校大學院)

지도교수: 한중근

발행연도: 2020

저작권: 중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수2

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2020

지중공동 발생에 따른 이완영역탐지를 위한 실험적 연구

김호연 토목공학과 2020.01 학위논문

2019

초소형 관입시험기를 이용한 지반공동 주변지반의 이완영역탐지를 위한 실험적 연구

김호연 , 김영호 , 박윤석 외 2명 한국지반신소재학회 논문집 2019.12 학술저널

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최근 도심지에서 발생하는 지반침하 및 함몰의 주요 원인으로 지하시설물인 노후화된 상·하수관거의 파손에 의해 발생한다. 실내실험을 통해 상·하수관거의 파손에 따른 지반함몰 메커니즘 규명에 관한 연구가 진행되었지만, 공동주변에서 발생하는 이완영역을 측정하기 위한 탐사방법에 관한 연구는 미비하다. 따라서, 본 연구에서는 실내실험을 통해 지하수의 영향에 의해 발생하는 공동 및 이완영역을 파악하기 위해 이완영역탐지기를 개발하였다.
이완영역탐지기는 콘 관입시험기의 형태로 소형콘을 적용한 정적 관입시험기이며, 실내모형실험에 적합한 소형콘을 사용하기 위해 직경 0.3cm콘을 제작하여 적용하고자 하였다. 공동주변부의 이완영역을 파악하기 위한 실내실험을 수행하기 위해 콘관입시험 계측결과에 영향을 주는 요소 및 모사지반에 관한 기초실험을 수행하였다.
콘 관입시험 계측결과에 영향을 주는 주된 요소인 콘의 크기, 형상, 관입속도에 관한 실내실험을 수행하였으며, 층다짐으로 이루어진 모사지반의 영향을 파악하기 위해 다짐정도별 관입저항특성을 분석하였고, 토조의 측벽으로 부터의 영향파악을 위한 실험을 수행하여 이완영역탐지기 계측결과의 신뢰성을 확보하였다.
관거 파손 시 지하수의 영향에 의해 발생한 공동주변부의 이완영역범위를 파악하기 위한 실험을 수행하였다. 초기 공동은 관거의 파손부위를 모사한 트랩도어 부근에서 원형의 공동이 조성되었으며, 이후 점차 상향으로 발달하여 상부가 아칭형상의 공동으로 발생하였다. 최종적으로 지표면까지 공동이 확장되어 지반함몰이 발생되었다.
공동이 지표부까지 도달하기 전에 이완영역탐지기를 이용하여 공동주변부에서의 이완영역의 범위를 파악하였으며, 공동확장에 따른 이완영역의 범위를 2가지로 분류하여 파악하였다. ① 지하수위 증가에 따른 공동확장 시 초기 이완영역의 높이에서는 변화가 미비하였으며, 이완영역의 너비는 확장, ② 천공시 초기 공동의 상부에서 파괴가 발생하여 공동이 확장되었으며, 초기 이완영역의 높이에서 약 5cm가량 증가하였고, 이완영역의 너비의변화는 미비하였다. 또한, 천공으로 인해 약 5cm가량의 공동상부에 붕괴가 발생한 파괴영역은 이완영역 감소율의 약 90%이상인 범위에서 파괴영역이 형성되었다.
비개착식 공법을 적용한 지반함몰 긴급복구를 수행하기 위해 실내실험결과를 통한 공동확장시 이완영역의 변화를 파악하였다. 이를 통해 공동내의 적정의 충전량을 산정함로서 신속하고, 경제적인 복구가 가능할 것으로 판단된다.

Recently, the main cause of ground subsidence and collapse in urban areas is caused by the breakage of aging sewer pipes, which are underground facilities. A study was carried out to investigate the ground collapse mechanism due to the breakage of sewage pipes. However, there is a lack of research on estimating the Loosened area that occurs to around the cavity. In situ penetration tests and non-destructive test are mainly used to identify cavities and Loosened area in the field. However, there is a lack of research on exploration methods for application in indoor experiments. In this study, a Loosened area detector was developed to identify the cavity and Loosened area caused by the influence of groundwater through indoor experiments.
The relaxation area detector is a static penetration tester applying a small cone in the form of a cone penetration tester. In order to use a suitable small cone in the indoor model test, a 0.3cm diameter cone was made and applied. In order to perform the laboratory experiment to identify the Loosened area around the cavity, basic experiments were conducted on the factors and the simulated ground that influence the cone penetration test results.
The experiments were conducted on the size, shape, and penetration speed of cones, which are the main factors affecting the cone penetration test measurement results. Experiments were conducted to investigate the effects from the side walls of the soil box model to ensure the reliability of the measurement results of the loosened area detector.
An experiment was conducted to determine the extent of the loosened area caused by the influence of groundwater in the case of broken sewer pipe. The initial cavity was formed with a circular cavity near the trapdoor which copy the damage of the sewage pipe. Since the upper soil was collapsed, it developed upwards and formed into an arch shape.
Before the cavity reached the surface, the Loosened area detector was used to determine the extent of the Loosened area around the cavity. The occurrence of Loosened area following cavity expansion was analyzed in two types. ① In the case of cavity expansion by increasing the groundwater level, the height of the initial loosened area was not changed and the width of the loosened area was expanded. ② At the time of drilling, the cavity was collapsed in the initial cavity and the cavity was expanded. The cavity was increased by about 5cm from the height of the initial loosened area and the change in the width of the loosened area was insignificant. In addition, the area of failure where the collapse occurred at the top of the cavity of about 5cm was formed in a range of over 90% of the reduction rate of the Loosened area.
In order to perform emergency restoration in ground cavity using trenchless method, indoor experiments were conducted to identify the change of loosened area during cavity expansion. Through the experimental results, it is expected that rapid and economical restoration will be possible by estimating the appropriate filling amount in the cavity.

제1장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구동향 4
1.3 연구방법 및 내용 6
제2장 이론적 배경 7
2.1 이완영역 개요 7
2.2 지반상태 공동 및 이완영역 조사방법 9
2.2.1 원위치 관입시험 9
2.2.2 비파괴 시험법 17
제3장 실내모형실험 이완영역탐지기 개발 21
3.1 서론 21
3.2 이완영역탐지기 22
3.2.1 형상 및 제원 23
3.2.2 관입장치의 특징 25
3.3 모사지반 사용시료 25
제4장 이완영역탐지기 신뢰성 실험 28
4.1 개요 28
4.2 실험방법 및 조건 29
4.3 기초실험결과 및 분석 31
4.3.1 소형콘 검증 31
4.3.2 콘팁 형상의 영향 34
4.3.3 콘 관입속도의 영향 35
4.3.4 모형토조의 벽면 마찰의 영향 38
4.3.5 층다짐 지반의 관입저항 특성 40
제5장 지중공동 모형실험에 의한 이완영역탐지 43
5.1 실험조건 및 방법 43
5.2 지반특성별 이완영역 측정결과 45
5.2.1 세립분 10%인 느슨한 지반 45
5.2.2 세립분 15%인 조밀한 지반 49
5.2.3 세립분 20%인 조밀한 지반 56
5.3 적용성 평가 및 분석 63
5.3.1 지하수위 영향에 의한 이완영역 63
5.3.2 외력에 의한 이완영역 66
제6장 결론 및 제언 69
참고문헌 71
국문초록 74
ABSTRACT 76

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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