[논문]평면변형률 전단시험과 근거리 사진계측기법을 통한 알루미늄 봉의 전단특성

이용주; 송기정

doi:10.7843/kgs.2010.26.8.5

평면변형률 전단시험과 근거리 사진계측기법을 통한 알루미늄 봉의 전단특성
Shearing Characteristics of Aluminium Rods Using Plane Strain - Shear Box Test and Close Range Photogrammetric Technique 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.26 no.8, 2010년, pp.5 - 14

이용주 (서울과학기술대학교 건설공학부) , 송기정 (서울과학기술대학교 건설공학부)

초록
AI-Helper

지반모형실험에서 2차원 평면변형률 상태를 모사하기 위해서는 흙을 담을 수 있는 두꺼운 유리 또는 플라스틱 시트의 토조가 필요하며, 이 때 흙과 접촉되는 토조벽면에서의 마찰저항을 최소화 하여야 한다. 하지만, 실제로 이러한 벽면마찰을 완전히 제거할 수는 없다. 본 연구에서는 벽면 마찰저항을 제거하기 위해 다양한 지름을 갖는 알루미늄 봉 지반모델을 도입하고 실내전단시험에 적용하였다. 또한 근거리 사진계측기법을 전단시험에 적용해 유용성을 검증하였다. 그 결과, 근거리 사진계측으로부터 얻은 평균 팽창각은 전단시험의 전단변형률-체적변형률 곡선으로부터 얻는 팽창각에 근접함을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

To simulate two-dimensional plane-strain conditions in the laboratory model test, the side frictional resistance between the soil and thick glass or plastic sheet of the soil container should be reduced as much as possible. However, in fact this side friction cannot be removed completely. In this paper, the ground model simulated as a multi-sized aluminium rod mixture was introduced to get rid of the side frictional resistance and applied to the laboratory shear box test. In addition, an application of the close range photogrammetric technique to the shear box test was validated. As a result, it was found that a mean value of dilation angle from the close range photogrammetry was close to the dilation angle defined by the curve of shear strain vs. volumetric strain.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

6mm, 3mm), 길이 50mm의 알루미늄 봉을 모형실험에 사용하였다. 기존 연구를 토대로 본 연구에서는 벽면에서의 마찰 저항을 제거하기 위해 이상화된 재료인 다양한 지름의 알루미늄 봉을 도입하여 건조된 조립토로 모사하였다. 알루미늄 봉의 강도정수인 내부마찰각(Φ)과 팽창각(ψ) 을 결정하기 위해 기존의 전단상자를 개조하여 전단시험을 수행하였다.
본 연구의 목적은 위에서 언급한 일반적인 전단시험에 근거리 사진계측기법(close range photogrammetric technique)을 적용하여 알루미늄 봉으로 모사된 지반모델의 전단특성과 사진계측기법의 유용성을 검증하는데 있다. 이를 위해 사진계측으로부터 얻은 평균 팽창각을 전단시험의 전단응력(τ)-체적변형률(εv) 관계에서 구한 결과와 비교하였으며 수평변위와 최대전단변형률의 분포도 분석하였다.

가설 설정

(4) 비중은 모래 또는 자갈과 유사하다.

제안 방법

근거리 사진계측 값의 정확성을 검증하기 위해 모형 말뚝 머리부분에 부착된 다이얼게이지를 사용하여 모형말뚝 하중 재하 시 발생하는 침하량을 측정하였다. 이러한 직접 측정방법과 간접 측정방법인 사진계측으로 얻은 침하량과 비교하였다.
Lamb & Whitman(1979)은 벽면에서의 마찰저항을 제거하고 옹벽과 얕은 기초의 파괴형상을 쉽게 규명하기 위해 봉 모델(rod model)을 도입하여 모형실험을 수행하였다. 실험에서 두 가지 모양과 직경, 즉 원형이며 지름 3mm와 6mm, 육각형이며 대각선 길이가 4.8mm와 7.9mm인 봉을 사용하여 실제 사질토 지반에서 발생하는 입자형상에 따른 interlocking 현상을 모사하였다. 또한 Yamamoto & Kusuda(2001)는 기초의 파괴메커니즘을 규명하기 위해 원형이며 두 가지의 직경(1.
알루미늄 봉의 강도정수인 내부마찰각(Φ)과 팽창각(ψ) 을 결정하기 위해 기존의 전단상자를 개조하여 전단시험을 수행하였다.
근거리 사진계측 값의 정확성을 검증하기 위해 모형 말뚝 머리부분에 부착된 다이얼게이지를 사용하여 모형말뚝 하중 재하 시 발생하는 침하량을 측정하였다. 이러한 직접 측정방법과 간접 측정방법인 사진계측으로 얻은 침하량과 비교하였다. 그림 7에서 보는 바와 같이 다이얼게이지로 측정한 값과 근거리 사진계측에 의한 이미지 프로세싱 결과 값이 거의 일치한다는 사실을 확인할 수 있었다.
이를 위해 사진계측으로부터 얻은 평균 팽창각을 전단시험의 전단응력(τ)-체적변형률(εv) 관계에서 구한 결과와 비교하였으며 수평변위와 최대전단변형률의 분포도 분석하였다.
전단실험을 통해 최대전단변형률과 강도 물성치인 내부마찰각(Φ)과 팽창각(ψ)을 규명한다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 알루미늄 봉 혼합체는 길이 75mm, 서로 다른 6가지 직경(2mm, 3mm, 6mm, 9mm, 12mm, 20mm)으로 구성된다(그림 1 참조).
, 2001). 본 연구에서는 그림 4에서 보는 바와 같이 여러 각도에서의 Kodak(DC 290) 디지털 카메라를 사용해 이미지를 획득했다. 참고로 보다 정확한 반사점(reflective target point 또는 측점)의 위치를 이미지로부터 얻기 위해 2번 카메라는 90도로 회전하여 즉, 수직으로 세워 이미지를 획득한다.
알루미늄 봉에 대한 전단실험을 수행하기 위해 그림 8에서 보는 바와 같이 전면이 완전히 개방된 2차원 Casagrande 형태의 전단상자로 개조하였다. 하부 상자의 높이는 110mm, 상부 상자의 높이는 140mm이며 폭은 200mm이다.
본 연구에서는 그림 4에서 보는 바와 같이 여러 각도에서의 Kodak(DC 290) 디지털 카메라를 사용해 이미지를 획득했다. 참고로 보다 정확한 반사점(reflective target point 또는 측점)의 위치를 이미지로부터 얻기 위해 2번 카메라는 90도로 회전하여 즉, 수직으로 세워 이미지를 획득한다.
알루미늄 봉에 대한 전단실험을 수행하기 위해 그림 8에서 보는 바와 같이 전면이 완전히 개방된 2차원 Casagrande 형태의 전단상자로 개조하였다. 하부 상자의 높이는 110mm, 상부 상자의 높이는 140mm이며 폭은 200mm이다.

데이터처리

참고로 Yamamoto & Kusuda(2001)가 수행한 일차원 압축실험(bi-axial compression test) 결과와도 비교하였다.

이론/모형

한계상태의 실제 사질토의 전단응력(τ′crit)은 그림 10에서 보는 바와 같이 Taylor(1948)가 제안한 방법으로 평면변형률 조건을 만족하며 다음의 식 (1)과 같이 구할 수 있다.

성능/효과

(1) 강체의 운동, 즉 움직임과 미세한 회전이 시각적으로 관찰 가능하다.
(1) 개방형 Casagrande형 전단상자를 이용한 봉 모델의 응력-변형률 거동은 Taylor(1948)가 제안한 건조된 모래의 전단시험 결과와 유사함을 확인 할 수 있다.
(2) 사진계측 및 이미지 프로세싱을 통해 구한 평균 팽창각(ψ)은 전단시험의 체적변형률과 전단변형률의 관계에서 구한 값과 유사함을 확인 할 수 있다.
(3) 근거리 사진계측기법의 적용을 통해 신뢰할 수 있는 측정 값을 얻을 수 있으며, 이미지 분석을 통해 변위분포도를 제시할 수 있다.
(4) 본 연구를 통해 알루미늄 봉의 전단특성은 봉의 크기인 직경 및 다짐, 배치 등에 매우 민감하게 영향을 받는 것을 알 수 있다.
(6) 수직 및 수평변위 모두를 기록하고 최종 수평변 위인 10mm(전단변형률 20%)까지 선택한 변위에서의 하중을 기록한다.
이러한 직접 측정방법과 간접 측정방법인 사진계측으로 얻은 침하량과 비교하였다. 그림 7에서 보는 바와 같이 다이얼게이지로 측정한 값과 근거리 사진계측에 의한 이미지 프로세싱 결과 값이 거의 일치한다는 사실을 확인할 수 있었다.
본 연구에서 알루미늄 봉의 전체적인 변위양상에 초점을 두었으며, 서로 다른 봉에 대한 하중전달과 관련된 영향력, 국부적인 휨 변형, 그리고 영구적인 손상은 고려되지 않았다. 실제로 이러한 요소들을 정량화하는 것은 쉽지 않다.
Yamamoto & Jun(2002)은 위에서 열거한 특징을 가지고 있는 알루미늄 봉을 얕은 기초의 모형실험에 적용하고 그 결과를 수치해석과 비교･분석하는 연구를 수행하였다. 연구 결과, 모형 실험에서 제안된 파괴메커니즘과 지지력을 수치해석을 통해서 유사하게 예측할 수 있다는 결론을 도출하였다.
표 1에서 보는 바와 같이 개방형 전단상자를 이용한 전단시험 결과, 일루미늄 봉 지반모델의 최대 팽창각은 13°로 이미지 프로세싱의 평균값인 15°에 근접하게 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Murayamaa & Matsuoka(1969)이 요약한 알루미늄 봉의 장점은?	(1) 강체의 운동, 즉 움직임과 미세한 회전이 시각적으로 관찰 가능하다. (2) 평면변형률 조건을 만족한다. (3) 벽돌과 같이 쉽게 쌓을 수 있으므로 토조의 벽면이 필요하지 않다. 따라서 벽면마찰에서 자유롭다. (4) 비중은 모래 또는 자갈과 유사하다.
	지반모형실험에서 중요한 점은 무엇인가?	지반모형실험에서 중요한 점은 세밀한 측정을 통해 얻은 변형양상과 이를 통해 변형률을 생성하는 것이다(James, 1971). 이러한 측정을 위해서는 흙의 두께를 152～229mm로 제한하여 X-ray를 사용할 수 있으나, 이는 벽면에서의 마찰영향이 포함된 것이다.
	지반모형실험 시 흙과 토조면 사이의 마찰저항을 줄이기 위한 방법에는 어떤 것이 있는가?	지반모형실험에서 평면변형률 상태를 정확하게 모사하기 위해서는 흙과 토조면 사이의 마찰저항을 최대한 줄어야 한다. 이를 위해 종종 실리콘 그리스가 있는 라텍스 시트를 사용하는 “grease method” 또는 여러 층의 얇은 플라스틱 시트를 사용하는 “plastic sheet method” 등 다양한 방법들이 있다(Fang et al., 2003).

참고문헌 (13)

Allersma, H. G. B., Stuit, H. G. and Holscher, P. (1994), "Using image processing in soil mechanics", XIII ICSMFE, New Delhi, India, pp.1341-1344.
Allersma, H. G. B. (1996), "Using image processing in field measurement", Geotechnique, Vol.46, No.3, pp.561-563.

상세보기
Atkinson, J. H. and Bransby, P. L. (1978), The Mechanics of Soils - An Introduction to Critical State Soil Mechanics, McGraw-Hill, UK.
Chen, J., Robson, S., Cooper, M. A. R. and Taylor, R. N. (1996), "An evaluation of three different image capture methods for measurement and analysis of deformation within a geotechnical centrifuge", International Archives of Photogrammmetry and Remote Sensing, Vol.XXXI, Part B5, Vienna, pp.70-75.
Fang, Y. S., Chen, T. J., Holtz, R. D. and Lee, W. F. (2003), "Reduction of Boundary Friction in Model Tests", Geotechnical Testing Journal, Vol.27, No.1, pp.3-12.
James, R. G. (1971), "Some aspects of soil mechanics model testing", Stress-strain behaviour of soils, edited by Parry, R. H. G., Proceedings of the Roscoe Memorial Symposium, Cambridge University, pp.417-440.
Lambe, T. W. and Whitman, R. V. (1979), Soil Mechanics, SI Version, John Wiley & Sons, New York.
Murayama, S. and Matsuoka, H. (1969), "On the settlement of granular media caused by the local yielding in the media", Proc. of JSCE, No.172, pp.31-41.
Taylor, D. W. (1948), Fundamentals of Soil Mechanics, John Wiley and Sons, New York.
Taylor, R. N., Grant, R. J., Robson, S. and Kuwano, J. (1998), "An image analysis for determining plane and 3-D displacements in soil models", Centrifuge 98, Kimura, T., Kusakabe, O. and Takemura, J. (eds.), Rotterdam, Balkema, Vol.1, pp.73-78.
White, D. J., Take, M. D., Bolton, M. D. and Munachen, S. E. (2001), "A deformation measurement system for geotechnical testing based on digital image, close-range photogrammetry, and PIV image analysis", 15th ICSMFE, Istanbul, Turkey, Rotterdam, Balkema, pp.539-542.
Yamamoto, K. and Kusuda, K. (2001), "Failure mechanisms and bearing capacities of reinforced foundations", Geotextiles and Geomembranes, Vol.19, pp.127-162.

상세보기
Yamamoto, K. and Jun, O. (2002), "Bearing capacity and failure mechanism of reinforced foundations based on rigid-plastic finite element formulation", Geotextiles and Geomembranes, Vol.20, pp. 367-393.

상세보기

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증