Prediction of Dynamic Behavior of Full-Scale Ground Using Numerical Analysis and 1 g Shaking Table Test

Abstract

Under external forces, soil often has very complex stress-strain characteristics. A reasonable constitutive model can more accurately reflect the soil's stress-strain relationship and various mechanical properties. This study conducted a series of 1 g shaking table tests on flat ground and slope using a laminar shear box under different seismic waves. A numerical analysis was carried out using DEEPSOIL and ABAQUS to compare the results of flat ground and slope using RMSE method. Different types of seismic waves were measured by accelerometers installed in each model layer. Acceleration-time histories, Peak Ground acceleration (PGA) and Spectral acceleration (SA) were obtained, verifying the feasibility of modeling using ABAQUS and DEEPSOIL for the same size. In order to overcome the limitation that 1 g shaking table test cannot express the geo-static stress and confining stress well. According to the similarity law, ABAQUS and DEEPSOIL were used to analyze the dynamic behavior of the large-scale model. The 5% damped Spectral acceleration (SA) was compared at the same scale position. Based on the comparison of numerical analysis results and 1 g shaking table test results, the 1 g shaking table test result can be utilized to predict the dynamic behavior of the actual scale through numerical analysis. In this thesis, Mohr-Coulomb model, Darendeli model, and Borja model were studied by theoretical research and numerical analysis. The normalized shear modulus and hysteresis curve were analyzed. The constitutive models were evaluated by comparing the dynamic behavior of the scale model under different intensity seismic waves. The large-scale models were modeled using numerical analysis, and the dynamic behavior of the large-scale model was predicted. |지반은 외부의 힘을 받게 되면 응력-변형 특성을 가지게 된다. 적절한 지반 구성 모델은 응력-변형 관계에 있어 다양한 물리적 특성을 더욱 정확하게 판단할 수 있다. 본 연구에서는 1g 진동대와 연성토조(Laminar shear box)를 이용하여 평평한 지반과 경사지반에서의 동적하중을 가하여 실험을 수행하였다. 또한 DEEPSOIL 과 ABAQUS 프로그램을 이용하여 평평한 지반과 경사지반의 수치해석을 진행하였고, RMSE 방법을 통해 비교분석을 수행하였다.

지반모델의 각 층에 가속도계를 매설하여 지진파를 측정하였다. 가속도-시간 이력, 최대지반 가속도(Peak ground acceleration; PGA) 및 스펙트럼 가속도(Spectrum acceleration; SA)를 분석하였으며, ABAQUS 와 DEEPSOIL 을 통해 지반 모델의 타당성을 검증하였다. 1g 진동대 실험은 구속압과 정적응력을 모사하지 못한다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 상사법칙을 이용하여 DEEPSOIL 과 ABAQUS 를 이용하여 실제 규모 지반의 동적거동을 비교 분석하였다. 동일한 위치에서의 동적하중을 5% 감쇠비(Damping ratio)를 이용하여 스펙트럼 가속도를 비교하였고, 수치해석 결과와 1g 진동대 실험 결과비교하였다. 이러한 결과는 1g 진동대 실험결과와 수치해석을 통해 실제 모형지반의 동적거동을 예측하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

본 논문에서는 Mohr-Coulomb 모델, Darendeli 모델과 Borja 모델을 이용하여 수치해석을 진행하여 연구를 진행하였다. 정규화된 전단 탄성계수와 히스테리시스 곡선(Hysteresis curve)을 분석하였다. 구성 모델은 서로 다른 크기의 지진파에 노출된 지반모델의 동적 거동을 비교 분석하였다. 확장된 지반모델은 수치해석을 사용하여 모델링 되었으며, 이러한 모델들의 동적거동을 예측하였다.