과학연구

주기하중이 작용할 때 수직배수가 일어나는 연약한 토질의 비선형방사상려과압밀해석

 2022.9.19.

경애하는 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《국토관리와 환경보호부문의 과학연구기관들에서는 강성국가건설의 요구에 맞게 과학연구사업을 힘있게 벌려 국토관리와 환경보호사업에서 나서는 과학기술적문제들을 제때에 높은 수준에서 원만히 풀어나가야 합니다.》

연약한 토질우에 있는 여러가지 건설물들의 정상운영을 담보하는데서 려과압밀에 대한 해석이 중요한 문제의 하나로 제기된다. 대부분의 바다가지역들에서 많은 구조물아래에 있는 토질은 높은 압밀성을 가지며 복잡한 주기하중의 영향을 받을수 있다.

주기하중이 작용하는 연약한 토질의 려과압밀특성은 매우 복잡하며 이에 대한 연구가 오랜 기간 진행되여왔다. 지난 수십년간 많은 연구자들이 선형려과압밀리론 혹은 비선형려과압밀리론에 기초하여 주기하중을 받는 연약한 토질의 1차원려과압밀에 대한 연구를 진행하여왔다. 일부 연구자들은 일부 가정에 기초하여 시누스모양의 주기하중이 작용하는 점토층의 1차원려과압밀해석을 진행하였으며 또 어떤 연구자들은 여러가지 주기하중들이 작용하는 압밀성과 투수성을 가진 포수토질의 1차원비선형려과압밀에 대한 해석식을 유도하였다. 또한 일부 연구자들은 여러가지 주기하중이 작용하는 비포수토질의 1차원려과압밀에 대한 해석식들을 제기하였다. 수직배수는 연약한 토질을 개선하는데서 널리 리용되고있으며 수직배수를 가진 토질의 방사상려과압밀특성에 대한 연구가 많은 연구자들에 의하여 진행되였다.

주기하중이 작용하는 토질의 1차원려과압밀해석에 대한 많은 연구가 진행되였지만 주기하중이 작용할 때 방사상려과압밀에 대한 연구는 극히 제한되였으며 압밀성과 투수성을 고려하면서 토질의 비선형방사상려과압밀에 대한 해석식을 연구한것은 거의나 없었다. 또한 비선형방사상려과압밀에 대한 여러가지 파라메터들의 영향에 대한 연구가 진행되지 못하였다. 이로부터 우리는 여러가지 주기하중이 작용하는 토질의 비선형방사상려과압밀특성에 대한 해석식들을 유도하고 이에 대한 연구를 진행하였다.

우리는 먼저 시간의존성하중을 받는 수직배수를 가진 토질의 비선형려과압밀에 대한 수학적모형과 조정방정식을 제기하고 그로부터 주기하중이 작용할 때 비선형방사상려과압밀에 대한 해석식들을 유도하였다.

해석식들을 유도하기 위하여 우리는 토질이 포수되여있고 등방성이라고 가정하였다. 또한 토질립자들과 공극속의 물은 압축되지 않으며 공극속의 물은 오직 방사상으로만 흐른다고 가정하였다. 또한 물흐름은 다르씨법칙에 따르며 하중작용과 침하는 오직 수직방향으로만 진행되고 토질은 어떤 깊이에서나 같은 변형을 가진다고 가정하였다. 배수저항력은 무시되였다.

우리는 제기한 해석식들을 가지고 여러가지 주기하중이 작용하는 연약한 토질의 비선형방사상려과압밀특성에 미치는 여러가지 파라메터들의 영향을 고찰하였다. 결과 주기하중이 작용할 때 과잉공극수압의 분산속도와 침하속도는 압밀지수와 투수지수사이의 비가 증가할 때 감소한다. 압밀지수와 투수지수사이의 비가 1보다 작은 경우 최대하중이 증가하면 증가하지만 그 비가 1보다 큰 경우에는 최대하중이 증가할 때 분산속도는 감소한다. 반대로 침하속도는 어느 경우에나 최대하중이 증가할 때 증가한다. 하중증가 혹은 감소속도가 빠를수록 분산속도와 침하속도도 빠르다.

우리의 연구결과는 Hindawi출판사에서 발행하는 국제학술잡지 "Shock and Vibration"에 "Nonlinear Radial Consolidation Analysis of Soft Soil with Vertical Drains under Cyclic Loadings" (https://doi.org/10.1155/2020/8810973) 라는 제목으로 발표되였다.