다음 그림은 실험에 사용된 실험 시스템의 개요도 이다. 동일 토조에서 더블형앵커와 트리플앵커의 실험이 수행되었으므로, 각각 토조 벽체로부터 300 mm 떨어진 위치에 앵커를 설치하였다. 수평하중 의 재하는 수평 액추에이터에 의해 제어되었다. 앵커의 pad-eye와 연결된 와이어가 두 개의 도르래 를 거쳐 수평 액추에이터에 연결되었다. 이때 하중 측정을 위해 액추에이터 부근에 로드셀을 장착하 였다. 변위 계측은 앵커 후면부에 위치한 두 개의 레이저 변위계를 통해 측정되었다. 또한 조성된 모 형 지반의 물성 평가를 위해 벤더엘리먼트(Bender element)실험이 In-flight 상태에서 수행되었다.
더블형앵커가 실험이 먼저 수행되었고, 이후 1g에서 실험 장비를 재정비 하여 트리플앵커 실험을 수행하였다. 그림 3는 실험 장비의 모습으로, 그림 3-a는 앞서 개요도를 통해 설명한 실험 시스템의 모습을 나타내고 있으며 더블형 앵커의 실험 직전 촬영된 것이다. 그림 3-b는 트리플 앵커 실험을 위해 장비가 설치된 모습이며, 그림에서 보는 바와 같이 사진기를 통해 앵커의 움직임을 등 간격의 시간에 따라 촬영하였으며, 비디오 카메라를 통해 실험 장면을 동영상 촬영하였다.
그림 3.3.16 실험시스템 개요
그림 3.3.17 준비가 완료된 실험시스템
나. 실험 결과
① 단일형 석션 앵커
그림 3.3.18은 그룹형 석션앵커의 실험 이전에 동일한 방식에 의해 실험이 수행된 단일형 석션 앵 커의 하중 변위 곡선이다. 그림에 표시한 바와 같이, 앵커의 변위를 관찰하기 위해 앵커 상단에 타겟 을 설치하고 전면부에 2개, 후면부에 1개의 레이저 센서를 통해 변위를 계측하였다. 이를 통해 앵커 상단에서의 변위를 계산하여 나타내었다. 단일형 앵커는 약 5,600kN의 극한 하중을 나타내는 것으로 분석된다.
그림 3.3.18 단일형 앵커의 하중-변위 곡선
② 그룹 앵커
그림 3.3.19는 더블형의 하중-변위 곡선으로, 두 개의 변위 계측 지점 중 높은 곳에 위치한 것을 upper로, 낮은 곳에 위치한 것을 lower로 나타내었으며, 원형을 기준으로 각각 앵커로부터 10.79 m 및 1.97 m 높이에 위치한다. 앵커 상단에서의 변위(anchor top)를 얻기 위해 앵커의 거동을 강체 거 동으로 가정하고 두 개의 계측 데이터로부터 선형적으로 계산하여 함께 도시하였다. 측정된 하중은 변위가 발생함에 따라 증가하나 점차 완만한 기울기를 갖는다. 약 1.2 m의 수평 변위가 발생했을 때, 더블형의 최대 지지력이 나타났으며 측정된 값은 12,167 kN이다. 최대점 이후 앵커의 지지력은 다소 감소하나 수렴된 값을 보이는 것으로 나타났다.
트리플의 실험 결과는 그림 3.3.20에 나타내었으며, 더블형과 동일한 방식으로 두 개의 변위 계측 데이터를 통해 앵커 상단에서의 변위를 계산하였다. 약 0.4 m의 수평 변위가 발생한 뒤 실험이 종료 되었으며, 더블형의 극한 지지력 보다 큰 13,000 kN 이상의 하중에서도 수렴하지 않고 증가하는 추세
를 보였다.
그림 3.3.19 더블 앵커의 하중-변위 곡선 그림 3.3.20 트리플 앵커의 하중-변위 곡선
3.3 단일형 앵커 및 그룹 앵커의 지지력 비교
그림 3.3.21은 앵커 상단에서의 변위를 기준으로 단일 앵커와 그룹 앵커의 하중-변위 곡선을 함께 도시한 것이다. 단일 앵커와 더블형는 각각 약 5,600 kN 및 12,000 kN 에서 수평 하중이 일정한 값으 로 수렴하는 경향을 보였다. 다만 더블형의 경우 단일 앵커보다 더 많은 변위가 발생한 후에 극한 지 지력이 나타나는 것으로 확인되었다. 트리플의 경우 극한 지지력 값은 얻지 못했지만 단일형 및 더블 형과 비교하여 가파른 기울기를 가지며 하중이 증가하는 것을 알 수 있다.
더블형 및 트리플형의 지지력을 단일 앵커의 지지력으로 나누어 정규화한 값을 그림 3.3.22의 그래 프에 나타내었다. 해당 변위에서의 단일 앵커 대비 그룹 앵커의 지지력을 살펴본 결과 더블형은 두 배 이상의 지지력이 나타났으며 트리플형의 경우 3배 보다 다소 작은 값이 나타났음을 알 수 있다.
그림 3.3.21 단일형, 더블 및 트리플 앵커의 하중-변위 곡선 비교
그림 3.3.22 단일형 앵커 대비 그룹 앵커의 지지력 비교
③ 토압 분포
그림 3.3.23은 더블형에서 토압계를 통해 계측된 결과를 이동 변위에 따라 도시한 것이다. 더블형 을 구성하는 각 앵커의 하중을 받는 전면부에서 토압을 계측하였으며 그림에서와 같이, 그림 9의 결 과는 더블형의 왼편에 있는 앵커의 토압 데이터를 나타낸다. 앵커 길이의 약 2/3에서 작용한 수평 하 중에 의해 앵커는 약간의 회전과 함께 수평 방향으로 이끌려 가는 거동을 나타내었으므로 토압의 분 포는 깊이에 따라 증가하는 형태로 나타나는 것을 알 수 있다. 변위가 증가함에 따라 각 깊이에서의 토압도 증가하나 0.8 m이상의 변위에서는 비슷한 값을 가지는 것으로 확인되었다. 이는 약 0.8 m부 근에서 최대 지지력이 나타나며, 이후 하중의 증가 없이 수렴하는 값이 나타나기 때문인 것으로 분석 된다.
그림 3.3.24는 트리플의 토압 분포를 나타낸다. 트리플에서도 각 앵커의 하중을 받는 전면부에서 토압을 계측 하였으며 가운데 앵커(T-C)에서의 결과를 점선으로, 왼편에 위치한 앵커(T-L)에서의 결 과를 실선으로 하여 각 변위에 따라 결과를 정리하였다. 더블형과 마찬가지로 토압의 분포는 깊이에 따라 증가하는 형태로 나타났으며 변위가 증가함에 따라 토압도 함께 증가하였다. 다만 그림에서 알 수 있듯, 동일한 변위에서 가운데 앵커가 왼편의 앵커보다 더 큰 값의 토압을 갖는 것으로 나타났다.
그림 3.3.25는 변위가 각각 0.2 m, 0.4 m, 0.6 m 및 0.8 m일 때의 단일형 앵커, 더블형 및 트리플에 서의 토압 계측 데이터를 함께 나타내어 비교한 것이다. 트리플의 가운데 앵커(T-C)는 단일형 앵커(S) 와 비슷한 경향을 나타내었으며, 트리플의 양 측에 위치한 두 개의 결과(T-R 과 T-L)는 더블형보다 작은 값을 나타냈다. 그러나 변위가 증가함에 따라 접촉 압력의 값은 수렴하는 것으로 나타났다.
그림 3.3.23 더블 앵커의 토압 분포 그림 3.3.24 트리플 앵커의 토압 분포
그림 3.3.25 단일형, 더블 및 트리플 앵커의 토압 비교