[논문]낮은 구속응력에 대한 주문진 표준사의 강도 및 변형 특성

한영철; 임현성; 정상섬

doi:10.7843/kgs.2014.30.2.33

낮은 구속응력에 대한 주문진 표준사의 강도 및 변형 특성
The Strength and Deformation Characteristics of Jumunjin Sand under Low Confining Stresses 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.30 no.2, 2014년, pp.33 - 42

한영철 (연세대학교 토목공학과) , 임현성 (연세대학교 토목공학과) , 정상섬 (연세대학교 토목공학과)

초록
AI-Helper

매우 낮은 구속응력에서의 모래의 전단강도 및 변형특성은 상대적으로 높은 구속응력의 경우와 매우 상이한 분포를 나타낸다. 따라서 낮은 응력상태를 보이는 지반 위에 놓인 얕은 기초와 제방 등의 안정성, 토석류 혹은 얕은 파괴의 안정성 검토와 실내에서 시행하는 각종 모델시험의 경우 이에 대하여 명확히 규명할 필요가 있다. 본 연구에서는 건조된 주문진 표준사를 대상으로 구속응력을 5kPa~300kPa로 하여 배수 삼축시험을 실시하였으며, 그 결과 내부마찰각(${\phi}$) 및 변형계수($E_s$)가 구속응력(${\sigma}{_c}^{\prime}$)에 따라 크게 변하는 것을 확인하였으며, 이에 따라 구속응력에 대한 조밀 및 느슨한 모래의 내부마찰각과 변형계수의 상관관계식을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The shear strength and deformation characteristics of granular soils at low confining stresses differ from those with high confining stresses. Thus, the clear understanding of geotechnical problems related to the low confining stress state such as the stability of shallow foundations, embankments, slope failure, debris flow characteristics and liquefaction as well as the various laboratory model tests is needed. In this study, drained triaxial compression tests with the cell pressures from 5 kPa to 300 kPa were performed on dry Jumunjin sand. The results show that the internal friction angle and deformation modulus are dependent on the confining stress. Also, the correlations between them on the dense and loose sand were established.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서 본 연구에서는 건조된 주문진 표준사를 대상으로 배수 삼축압축 시험을 통하여 매우 낮은 구속압력(< 20kPa)에서의 강도 및 변형특성을 규명하고자 한다
본 연구에서는 매우 낮은 구속응력(σc′)에서의 강도 및 변형 특성을 평가하기 위하여 건조된 주문진 표준사를 대상으로 배수 삼축 압축시험(Drained Triaxial Compression Test)을 실시하였으며 시험 결과에 대한 비교 분석을 통 하여 다음과 같은 결론을 얻었다

제안 방법

단, 초기 탄성계수(Ei)는 0.1%의 축변형률을 기준으로 산정하였으며, 변형계수(Es)는 Peak strength의 경우는 (σ1′-σ3′)peak, Ultimate strength의 경우 Failure rato(Rf) = 0.9(Schanz, 1999)로 하여 (σ1′-σ3′)ultimate / Rf인 축차응력(deviator stress; corrected)의 1/2 값을 변형률에 대한 비로부터 결정하였다.
따라서 본 연구에서는 입력변수가 축 변형률(ε1)로서 배수 압축시험(CD test)에 적용 가능한 Compression shell 이론의 ASTM D7181-11 제안식과 Hoop tension 이론식(Henkel and Gilbert, 1952; Evans, 2005) 및 별도 경험식의 Hollow cylinder model(Greeuw et al., 2001)로 부터 각각 membrane 보정 응력을 산정하여 평균값을 적용하였으며 그 제안 식은 각각 다음 식 (2)～식 (4)와 같다.
배수 삼축 압축시험(Drained triaxial compression test) 의 결과로 부터 stress path를 도시하면 Fig. 4와 같으며, 점착력을 0으로 하고 파괴시의 평균 주응력(pf)과 전단강도(qf)의 값을 직선화한 추세선으로 tanα의 기울기를 갖는 kf 선(M-line)과 파괴포락선(Φ-line)을 도시하였다.
본 연구에서 낮은 구속응력에서의 강도 및 변형 특성 을 평가하기 위하여 건조된 표준사를 이용하여 배수 삼축압축(CD Triaxial Compression)시험을 실시하였으며, 구속응력(σe′)은 5, 13, 18, 100, 200, 300kPa로 하고, 조밀도에 따른 거동을 평가하기 느슨한 모래(Dr=30%) 및 조밀한 모래(Dr=80%)에 대하여 각각의 삼축 압축시험을 실시하였다.
삼축 압축시험 장비는 Geocomp사에서 제작한 LoadTracII 및 FlowTrac-II system을 이용하였으며 전자동 전용 software를 사용하여 측정 및 기록하였다. 시험 재료는 주 문진 표준사를 사용하였으며 제반 물리적 특성은 Table 2와 같다.

대상 데이터

=80%)에 대하여 각각의 삼축 압축시험을 실시하였다. 공시체의 지름은 72.9mm, 높이 154mm 로서 전단변형률은 0.15%/min로 재하하였다.
삼축 압축시험 장비는 Geocomp사에서 제작한 LoadTracII 및 FlowTrac-II system을 이용하였으며 전자동 전용 software를 사용하여 측정 및 기록하였다. 시험 재료는 주 문진 표준사를 사용하였으며 제반 물리적 특성은 Table 2와 같다.

성능/효과

(3) 낮은 구속응력(σc')에서의 전단강도 특성에 대하여기존 문헌 조사를 통하여 전반적으로 구속응력(σc′)이 낮을수록 전반적으로 로그(log) 함수로 증가하는 경향을 보이는 것을 확인하였으며, 주문진 표준사의 응력-변형률 관계로부터 dilatancy의 영향으로 낮은 구속응력(σc′)에서 peak strength 및 strain softening 거동이 확인되었다.
(4) 주문진 표준사의 변형 특성으로서 구속응력(σc′)이 작을수록 변형계수(Es)는 (σc ′/pa)n 만큼 감소하고 다음과 같은 관계식으로 정의되며, 문헌 조사를 통하여 모래인 경우 지수(n)의 값은 0.45～0.69 범위 내에 있으며, 주문진 모래의 경우 조밀 모래는 0.61, 느슨 모래는 0.47의 값을 나타내었다.
(5) 삼축시험에서 매우 낮은 구속응력(<20kPa)의 경우 membrane 효과가 강도 및 변형 특성에 영향을 끼치며 특히 strain hardening 경향을 보이는 경우에는 membrane의 응력이 상대적으로 크게 작용하므로 반드시 보정이 필요하다. 예로서 느슨한 사질토에 대한 무한 사면 안정해석 결과 약 0.1 정도의 안전율의 차이가 있으므로, 낮은 구속응력에서의 삼축 압축시험에서 ultimate strength를 보이는 경우에 membrane 의 효과를 반영하지 않으면 다소 과대평가 될 우려가 있는 것으로 판단되었다.

후속연구

(6) 본 연구는 매우 낮은 구속응력에 있어 강도 및 변형특성에 관한 시험적 접근방안으로 국내 표준사인 주문진 모래를 이용하였으며, 향후 많은 자료 축적과 병행하여 얕은 사면 및 debris 파괴에 대한 안정성 검토 등을 위하여 화강풍화토와 같은 국내 일반 적인 시료를 대상으로 지속적인 연구가 필요할 것 으로 판단된다.
따라서 membrane 응력이 보정된 내부마찰각(Φ)에 대하여 구속응력(σc′)에 대한 분포를 도시하면 Fig. 9와 같으며 대수 회귀곡 선(log regression curve)의 결정계수(R2)가 0.934～0.972 로서 비교적 분산도가 적으며, 향후 많은 자료를 축적 할 경우 더욱 상관도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	원위치의 낮은 응력상태에서 사질토 지반의 거동에 대한 연구가 중요한 이유는?	원위치의 낮은 응력상태에서 사질토 지반의 거동에 대한 연구는 지표 혹은 지표에 가까이 설치되는 얕은 기초 지반의 안정성, 제방 및 호안, 사면의 얕은 파괴, debris 파괴, 혹은 액상화 등의 해석에 있어 매우 중요하다. 특히 기초 및 제방의 지지력, 터널의 주변지반 거동 등을 파악하기 위하여 수행하는 각종 모델실험(1g-test)의 결과를 분석하는데 있어 매우 낮은 응력에서의 전단 및 변형특성을 명확히 파악할 필요가 있다.
	모래 시료의 전단강도는 어떤 경향을 보이는가?	일반적으로 모래 시료는 전단시 팽창과 수축이 발생 하며, 전단강도(내부마찰각, Φ)는 상대밀도(relative density) 가 클수록 또는 구속응력(effective confining stress σe′) 이 작을수록 증가하는 경향을 나타낸다. 그러나 매우 낮은 구속응력 상태에서 시행하는 모델실험은 높은 stress level에서 관찰되는 거동과 상당한 차이가 있다.
	매우 낮은 구속응력 상태에서 시행하는 모델실험이, 높은 stress level에서 관찰되는 거동과 차이가 있는 이유는?	그러나 매우 낮은 구속응력 상태에서 시행하는 모델실험은 높은 stress level에서 관찰되는 거동과 상당한 차이가 있다. 그 이유로서는 Ponce and Bell(1971)는 입자간의 겉보기 점착력으로 간주하였으며(Lancelot et al., 2006), 또한 재료의 본질적인 특성과 경계조건과 같은 외적인 요소에 의해 발생한다고 알려져 있다(Macari-Pasqualino et al., 1994)

참고문헌 (26)

Ahn, B.H. (2002), A Study on the Characteristics of the Jumunjin Standard Sand by Triaxial Compression Tests, MSc Thesis, Changwon National University.
ASTM D7181 (2011), "Standard test method for consolidated drained triaxial compression test for soils", ASTM international.
Duncan, J. and Bursey, A. (2013), "Soil Modulus Correlations", Foundation Engineering in the Face of Uncertainty, Geo-Congress 2013, pp.321-336.
Evans, T. M. (2005), "Microscale Physical and Numerical Investigations of Shear Banding in Granular Soils", PhD Dissertation, Georgia Institute of Technology.
Fukushima, S. and Tatsuoka F. (1984), "Strength and deformation characteristics of saturated sand at extremely low pressures", Soils and Foundations, 24(4): pp.30-48.

상세보기
Greeuw, G., Adel, H., Schapers, A., and Haan, E. (2001), "Reduction of Axial Resistance due to Membrane and Side Drains in the Triaxial Test", Soft Ground Technology, pp.30-42.
Hardin, B.O. and Black, W.L. (1966) "Sand stiffness under various triaxial stresses", J. of Soil Mechanics & Foundations Div, Vol.92, SM2, pp.27-42.
Hong, W.P., Song, J.S., and Hong, S.W. (2010), "Punching Shear Failure in Pile-Supported Embankments", J. of the Korean Geotechnical Society, Vol.26, No.3, pp.35-45.
Hoque, E. and Tatsuoka, F. (1998), "Anisotropy in the elastic deformation of materials", Soils and Foundations. (38)1:163-179.
Im, J.C., Lee, T.H., and An, M.H. (2000), "A Study on the Estimation of Internal Friction Angle of Sand Ground through the Bearing Capacity Experiment", J. of Korean Society of Civil Engineers, v.20 n.6-C. pp.495-506.
Jiang, G.L., Tatsuoka, F., Flora, A., and Koseki, J. (1997), "Inherent and stress-state-induced anisotropy in very small strain stiffness of a sandy gravel", Geotechnique, Vol.47, Issue 3, 01 June 1997, pp. 509-521.

상세보기
Ju, J.W., Choi, H.N., Park, J.B., and Park, J.K. (1997), "A Production of Triaxial Specimen and Shear Characteristics of Gumunjin Standard Sand", Proceedings of Korean Society of Civil Engineers, Vol.3, 1997. pp.189-192.
Kohata, Y., Tatsuokaj, F., Wang. L., Jiang, G.L., Hoque, E., and Kodaka, T. (1997), "Modelling the non-linear deformation properties of stiff geomaterials", Geotechnique, Vol.47, Issue 3, 01 June 1997, pp.563-580.

상세보기
Lade, P.V. and Kim, M.K. (1988), "Single hardening constitutive model for frictional materials III. Comparisons with experimental data", Computers and Geotechnics, Vol.6, Issue 1, 1988, pp.31-47.

상세보기
Lancelot, L., Shahrour, I., and Al Mahmoud, M. (2006), "Failure and Dilatancy Properties of Sand at Relatively Low Stresses", J. of Engineering Mechanics, ASCE, Vol.132, No.12, December 2006, pp.1396-1399.

상세보기
Lee, K. P., Matchala, S. and IM, J. C. (2008), "Shear Strength of Jumunjin Sand according to Relative Density", Marine Georesources and Geotechnology, 26: pp.101-110.

상세보기
Lee, J.H., Lee, D.R., Yun, T.S., and Lee, J.H. (2012), "Evaluation of at Rest Lateral Stress Coefficient Influenced by Particle Condition", J. of Korean Geotechnical Society, Vol.28 No.8, 2012. pp.21-29.

원문보기 상세보기
Lee, K. L. (1970), "Comparison of Plane Strain and Triaxial Tests on Sand", J. of Soil Mech. Found. Div., ASCE, Vol.96, no.SM3, pp.901-923.
Macari-Pasqualino, E. J., Runesson, K., and Sture, S. (1994), "Response prediction of granular materials at low effective stresses", J. of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.120, No.7, July, 1994. pp.1252-1268.

상세보기
Paik, K.H. and Lee, J.H. (2008), "Calculation of Bearing Capacity of Tapered Drilled Shafts in Cohesionless Soils Using Shape Factor", J. of the Korean Geotechnical Society, Vol.24, No.12, 2008. pp. 13-22.
Park, C.S. and Bae, S.H. (2002), "Deformation and Strength Characteristics of Jumunjin Standard Sand by Triaxial Test", Engineering Research & Technology, Vol.2, pp.399-403.
Park, C.S. and Tatsuoka, F. (1990), "Deformation and strength characteristic under low confining pressure of the Silver Leighton Buzzard sand by plane strain compression test", Poceedings of annual conference, JSCE, Vol.45, 1990.9. pp.742-743 (in Japanese).
Ponce, V. M. and Bell, J. M. (1971), "Shear Strength of Sand at Extremely Low Pressures", J. of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 97(SM4), pp.625-636.
Schanz, T. and Vermeer, P. A. (1998), "On the stiffness of sands- Pre-failure Deformation Behaviour of Geomaterials", Geotechnique 48, pp.383-387.
Tatsuoka, F., Goto, S., and Sakamoto, M. (1986), "Effects of some factors on strength and deformation characteristics of sand at low pressures", Soils and Foundations, Vol.26, No.1, pp.105-114.

상세보기
Yoon, H.C. (2002), "A study on the stress-dilatancy relationships of sand according to the stress path", MSc Thesis, Kyonggi University (in Korean).

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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