Finite Element Analysis on the Behavior of Soil under a Footing

기초(基礎)아래 지반(地盤)의 거동에 대한 유한요소(有限要所) 해석(解析)

Finite element programs are developed, adopting the hyperbolic model and the Cam-clay model. In the hyperbolic model, a new model taking into account the volume change during shear is proposed and a new technique considering the density change underneath a footing is proposed. And a computing algorithm considered as more reasonable than existing one is presented. In the Cam-clay model, the deveoloped program is applied to sand, the case not recorded much, and then it is tried to analiza the behavior of sand from the viewpoint of the critical state concept. For this, the conventional CD triaxial compression tests and the footing model tests are carried out. The results are improved by 60 percent by using the modified hyperbolic model proposed. When the Cam-clay model is applied to sand, a model reflecting the overconsolidation effects and a computing algorithm accounting for the strain softening are needed. The results obtained by using the Cam-clay model are not much influenced by the value of the initial poisson's ratio, but those of the modified hyperbolic model are much influenced by that. So th values of the initial poisson's ratio must be selected deliberately in the numerical analysis.

본 연구에서는 기존의 구성 모델인 hyperbolic모델과 Cam-clay모델을 적용하는 유한요소해석 프로그램을 개발하였다. hyperbolic모델에서는, 전단중의 체적 변형을 고려하는 새로운 모델을 제시하였으며, 또한 기초 아래 지반의 밀도 증가로 인한 매개 변수값의 변화를 고려하는 새로운 개념을 제안하고자 했다. 이와 더불어 보다 타당하다고 생각되는 계산 알고리즘을 제안하였다. 또한 Cam-clay모델을, 연구 사례가 많지 않은 모래질 흙에 적용함으로써 모래질 흙의 거동을 한계 상태 개념의 관점에서 분석해 보고자 하였다. 이를 위해 일반적인 압밀 배수 삼축 압축 시험과 모형 기초 재하 실험을 실시하였다. 그 결과, 본 논문에서 제안한 수정 hyperbolic모델을 사용함으로써 기존 모델보다, 기초에 작용하는 하중의 크기가 극한 지지력의 50%일때, 기초의 침하량 예측에 있어서 약 60% 정도, 결과의 향상을 기할 수 있었다. Cam-clay모델을 모래에 적용하는 경우에는 과압밀 효과를 고려할 수 있는 모델 및 변형률 연화를 고려할 수 있는 계산 알고리즘이 필요하다고 생각된다. 초기 포아송비의 크기는 Cam-clay모델의 경우 결과에 큰 영향을 미치지 않았으나, hyperbolic모델의 경우 결과에 큰 영향을 미치므로, 초기값의 선정에 신중하여야 함을 알 수 있다.