직접전단장비를 이용한 토석류의 전단강도 및 유변학적 특성에 대한 입도분포의 영향 연구 Effects of Grain Size Distribution on the Shear Strength and Rheological Properties of Debris Flow Using Direct Shear Apparatus원문보기
본 연구에서는 전단특성 및 유변학적 정수를 모두 산정할 수 있는 직접전단실험 장비를 이용하여 조립토와 세립토에 대하여 전단강도 및 유변학적 특성에 대한 입도분포의 영향을 조사하고자 하였다. 최대입경 0.075mm의 세립토와 최대입경이 0.425mm이고, 세립분 함량이 17%인 조립토를 건조상태와 액성한계상태로 조성하여, 산사태 분류기준에 따라 재활성 산사태(reactivated landslide) 혹은 붕괴직후 토석류 속도에 해당하는 전단속도에 대하여 전단강도를 산정하였다. 또한, 유변학적 특성 평가를 위해 액성한계상태로 조성된 조립토와 세립토에 대하여 서로 다른 세 가지의 전단변형률속도로 반복적으로 전단하며 잔류전단강도를 측정하였다. 측정된 잔류전단강도와 전단변형률속도와의 관계를 통해 빙햄모델의 소성 점도와 항복응력을 산정하였다. 건조 및 액성한계상태에서 조성된 시료에 대하여 첨두전단강도에서 산정한 점착력의 경우, 세립토에서 조립토보다 더 크게 산정되었으며, 내부마찰각은 조립토에서 더 크게 산정되었다. 유변학 정수의 경우, 소성 점도와 항복응력이 조립토보다 세립토에서 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구는 재활성 산사태 혹은 붕괴직후 토석류의 거동예측에 효과적으로 활용될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 전단특성 및 유변학적 정수를 모두 산정할 수 있는 직접전단실험 장비를 이용하여 조립토와 세립토에 대하여 전단강도 및 유변학적 특성에 대한 입도분포의 영향을 조사하고자 하였다. 최대입경 0.075mm의 세립토와 최대입경이 0.425mm이고, 세립분 함량이 17%인 조립토를 건조상태와 액성한계상태로 조성하여, 산사태 분류기준에 따라 재활성 산사태(reactivated landslide) 혹은 붕괴직후 토석류 속도에 해당하는 전단속도에 대하여 전단강도를 산정하였다. 또한, 유변학적 특성 평가를 위해 액성한계상태로 조성된 조립토와 세립토에 대하여 서로 다른 세 가지의 전단변형률속도로 반복적으로 전단하며 잔류전단강도를 측정하였다. 측정된 잔류전단강도와 전단변형률속도와의 관계를 통해 빙햄모델의 소성 점도와 항복응력을 산정하였다. 건조 및 액성한계상태에서 조성된 시료에 대하여 첨두전단강도에서 산정한 점착력의 경우, 세립토에서 조립토보다 더 크게 산정되었으며, 내부마찰각은 조립토에서 더 크게 산정되었다. 유변학 정수의 경우, 소성 점도와 항복응력이 조립토보다 세립토에서 더 큰 것으로 나타났다. 본 연구는 재활성 산사태 혹은 붕괴직후 토석류의 거동예측에 효과적으로 활용될 것으로 기대된다.
In this study, effects of grain size distribution on the shear strength and rheological properties are investigated for coarse- and fine-grained soils by using direct shear apparatus. Shear strengths are estimated for fine-grained soils with the maximum particle size of 0.075 mm and coarse-grained s...
In this study, effects of grain size distribution on the shear strength and rheological properties are investigated for coarse- and fine-grained soils by using direct shear apparatus. Shear strengths are estimated for fine-grained soils with the maximum particle size of 0.075 mm and coarse-grained soils with the maximum particle size of 0.425 mm and fine contents of 17% prepared at dry and liquid limit states. The direct shear tests are conducted under the relatively slow shear velocity, which corresponds to the reactivated landslide or debris flow after collapse according to the landslide classification. In addition, for the evaluation of rheological properties, residual shear strengths for both fine- and coarsegrained soils prepared under liquid limit states are obtained by multiple reversal shear tests under three shear velocities. From the relationship between residual shear strengths and shear rates, Bingham plastic viscosity and yield stress are estimated. The direct shear tests show that cohesions of fine-grained soil are greater than those of coarse-grained soil at both dry and liquid limit states. However, internal friction angles of fine-grained soil are smaller than those of coarse-grained soil. In case of rheological parameters, the plastic viscosity and yield stress of fine-grained soils are greater than those of coarse-grained soils. This study may be effectively used for the prediction of the reactivated landslide or debris flow after collapse.
In this study, effects of grain size distribution on the shear strength and rheological properties are investigated for coarse- and fine-grained soils by using direct shear apparatus. Shear strengths are estimated for fine-grained soils with the maximum particle size of 0.075 mm and coarse-grained soils with the maximum particle size of 0.425 mm and fine contents of 17% prepared at dry and liquid limit states. The direct shear tests are conducted under the relatively slow shear velocity, which corresponds to the reactivated landslide or debris flow after collapse according to the landslide classification. In addition, for the evaluation of rheological properties, residual shear strengths for both fine- and coarsegrained soils prepared under liquid limit states are obtained by multiple reversal shear tests under three shear velocities. From the relationship between residual shear strengths and shear rates, Bingham plastic viscosity and yield stress are estimated. The direct shear tests show that cohesions of fine-grained soil are greater than those of coarse-grained soil at both dry and liquid limit states. However, internal friction angles of fine-grained soil are smaller than those of coarse-grained soil. In case of rheological parameters, the plastic viscosity and yield stress of fine-grained soils are greater than those of coarse-grained soils. This study may be effectively used for the prediction of the reactivated landslide or debris flow after collapse.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
조성된 시료를 직접 전단장비를 이용하여 전단강도 및 유변학적 정수를 산정하는 실험을 수행하였고, 산정된 정수들을 입자크기 및 건조상태, 액성한계상태 여부에 따라 정수값을 산정하여 이들을 비교분석하였다. 본 논문은 흙 입도분포 특성에 따른 토석류의 전단강도 및 유변학적 특성 변화를 보여준다.
본 실험에서 산정된 시료들의 전단강도 정수들을 비교하여, 전단강도에 대한 흙 입자 크기의 영향에 대하여 토의하고자 한다. 먼저, Table 2와 같이, 첨두전단강도에서는 세립토의 점착력(건조: 100Pa; 액성한계: 227Pa)이 조립토의 점착력(건조: 97Pa; 액성한계: 218Pa)보다 더 큰 값을 나타냈지만, 잔류전단강도로 산정할 경우 반대로 세립토의 점착력(건조: 53Pa; 액성한계: 147Pa)이 조립토의 점착력(건조: 61Pa; 액성한계: 162Pa)보다 더 작게 산정되었다.
본 연구에서는 인제지역에서 채취한 시료를 조립토와 세립토로 분류하여 전단강도 및 유변학적 특성을 평가하는 연구를 수행하였다. 조립토는 40번체 통과시료로써 200번체 통과량이 17%정도 포함된 시료이며, 세립토는 200번체 통과시료만을 포함한 것이다.
본 연구에서는 입도가 서로 다른 흙에 대하여 전단강도와 유변학적 정수를 산정하기 위하여, 강원 인제 지역에서 채취한 흙을 체가름하여 조립토와 세립토로 시료를 분류하였다. 분류된 두 시료에 대하여 건조상태와 액성한계상태로 시료를 조성하였다.
시료를 건조상태와 액성한계상태로 조성하여 전단강도 특성을 나타내는 정수인 점착력과 내부마찰각을 산정하였으며, 액성한계상태로 조성된 시료에 대하여 유변학적 정수인 소성 점도, 항복응력을 각각 산정하였다. 직접전단실험 장비의 한계로 상대적으로 느린 재활성 산사태 및 붕괴직후의 토석류에 대한 실험결과를 도출하였으며, 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
(3) 세 가지 전단변형률속도에서 전단변형을 50mm이상 발생시켜 산정한 잔류전단강도를 이용하여, 유변학적 특성인 소성 점도와 항복응력을 산정하였다. 유변학적 특성인 소성 점도와 항복응력은 점착력과 마찬가지로 세립분 간의 물리화학적 결합력에 의해 결정되기 때문에, 소성 점도와 항복응력이 조립토보다 세립토에서 더 크게 산정되었다.
6kPa로 설정하였으며, 각각에 대하여 수평변위에 따른 전단응력을 측정하였다. 각 연직응력에 대하여 최대로 측정되는 전단응력을 첨두전단강도, 최대수평변위 11mm(전단변형률 16%에 해당) 에서 수렴하는 전단응력을 잔류 전단강도로 간주하였다.
001429s-1)로 반복전단실험을 수행하였으며 누적전단변위에 따라 측정된 전단응력을 토대로 잔류전단강도를 산정하였다. 각각의 전단변형률속도로 정방향 전단을 총 5회 수행하였으며, 수행한 결과는 Fig. 11에 나타내었다. 모든 시료에서 반복적으로 전단수행시 잔류전단응력이 감소하는 경향을 보였으며, 3～5번째 전단에서는 잔류전단응력의 값이 수렴함을 알 수 있다.
5kN으로, 연직하중에 비해 전단하중에 대하여 더 예민하게 반응할 수 있도록 하였다. 두 로드셀은 인디케이터와 RS232로 연결하여 데이터를 수집하였으며, 스테핑 모터(stepping motor)를 연직방향과 수평 방향에 설치하여 모터 컨트롤러를 통하여 제어하도록 구성하였다. 전단 시 연직응력을 일정하게 유지시키기 위하여, 수평변위에 따라 감소하는 전단면을 계산하여 자동으로 하중을 감소시키도록 시스템을 구축하였다.
시료의 전단강도 정수 산정 시 전단변위 11mm에서 잔류전단강도를 산정했던 것과는 달리 유변학적 정수 산정에서는 정방향으로 전단변위를 50mm 이상 발생시키기 위하여, 정방향으로 전단 후 역방향으로 전단하는 방식으로 총 9회(정방향 5회, 역방향 4회) 전단하였다. 모든 전단에서는 설정한 전단변형률속도와 연직응력을 유지시키며 진행하였다. 정방향 전단에 대해서만 수평변위에 따른 전단응력을 측정하였으며, 각 전단변형률속도에 대하여 마지막 정방향 전단에서 수렴하는 전단응력을 잔류전단강도로 산정하였다.
본 연구에서는 입도가 서로 다른 흙에 대하여 전단강도와 유변학적 정수를 산정하기 위하여, 강원 인제 지역에서 채취한 흙을 체가름하여 조립토와 세립토로 시료를 분류하였다. 분류된 두 시료에 대하여 건조상태와 액성한계상태로 시료를 조성하였다. 조성된 시료를 직접 전단장비를 이용하여 전단강도 및 유변학적 정수를 산정하는 실험을 수행하였고, 산정된 정수들을 입자크기 및 건조상태, 액성한계상태 여부에 따라 정수값을 산정하여 이들을 비교분석하였다.
본 장비에서 수평방향으로 설치된 모터와 하부전단상자가 볼트로 체결되어 있으며, 모터 컨트롤러를 이용하여 모터와 연결되어 있는 하부전단상자를 수평방향으로 이동시켜 전단을 발생시키는 방식이다. 상부전단상자와 하부전단상자의 간격은 스테인리스 스틸 재질의 간격재를 이용하여 0.05mm 이하로 유지시켰으며, 0.001mm단위까지 측정이 가능한 다이얼게이지로 그 간격을 확인하였다.
건조상태 및 액성한계상태 모두 전단변위 약 1mm에서 첨두전단강도가 발생하였으며, 2mm 이후에서는 전단응력이 수렴하는 것으로 나타났다. 수렴하는 전단응력에 대하여 잔류전단강도로 산정하였다. 건조상태에서는 연직응력 5.
조립토는 40번체 통과시료로써 200번체 통과량이 17%정도 포함된 시료이며, 세립토는 200번체 통과시료만을 포함한 것이다. 시료를 건조상태와 액성한계상태로 조성하여 전단강도 특성을 나타내는 정수인 점착력과 내부마찰각을 산정하였으며, 액성한계상태로 조성된 시료에 대하여 유변학적 정수인 소성 점도, 항복응력을 각각 산정하였다. 직접전단실험 장비의 한계로 상대적으로 느린 재활성 산사태 및 붕괴직후의 토석류에 대한 실험결과를 도출하였으며, 본 연구를 통하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
75kN/m3)으로 시료를 조성하였다. 시료에 가해주는 연직응력은 5.1kPa, 10.3kPa, 15.1kPa 그리고 25.6kPa로 설정하였으며, 각각에 대하여 수평변위에 따른 전단응력을 측정하였다. 각 연직응력에 대하여 최대로 측정되는 전단응력을 첨두전단강도, 최대수평변위 11mm(전단변형률 16%에 해당) 에서 수렴하는 전단응력을 잔류 전단강도로 간주하였다.
시료의 전단강도 정수 산정 시 전단변위 11mm에서 잔류전단강도를 산정했던 것과는 달리 유변학적 정수 산정에서는 정방향으로 전단변위를 50mm 이상 발생시키기 위하여, 정방향으로 전단 후 역방향으로 전단하는 방식으로 총 9회(정방향 5회, 역방향 4회) 전단하였다. 모든 전단에서는 설정한 전단변형률속도와 연직응력을 유지시키며 진행하였다.
액성한계상태의 함수비로 조성된 시료에 대하여, 설정한 세 전단변형률속도(0.000476 s-1, 0.000952 s-1, 0.001429s-1)로 반복전단실험을 수행하였으며 누적전단변위에 따라 측정된 전단응력을 토대로 잔류전단강도를 산정하였다. 각각의 전단변형률속도로 정방향 전단을 총 5회 수행하였으며, 수행한 결과는 Fig.
입도 및 함수특성에 대한 전단강도 변화를 평가하기 위하여, 조립토와 세립토를 건조상태와 액성한계상태로 각각 조성하여 직접전단실험을 수행하였다. 실험 수행 시 다른 조건의 영향을 배제하기 위하여, 동일한 건조단위중량(13.
입자크기에 따른 유변학적 특성을 평가하기 위하여 조립토와 세립토를 액성한계 상태에서 반복적으로 직접전단실험을 수행하였다. 전단변형률속도에 따른 전단 강도를 획득하기 위하여 전단변형률속도를 0.
두 로드셀은 인디케이터와 RS232로 연결하여 데이터를 수집하였으며, 스테핑 모터(stepping motor)를 연직방향과 수평 방향에 설치하여 모터 컨트롤러를 통하여 제어하도록 구성하였다. 전단 시 연직응력을 일정하게 유지시키기 위하여, 수평변위에 따라 감소하는 전단면을 계산하여 자동으로 하중을 감소시키도록 시스템을 구축하였다.
이와 같은 이유로 입자크기의 영향 및 토석류 거동 예측에 있어 전단강도 및 유변학적 정수의 일관성있는 산정을 위한 기법 연구가 필요한 실정이다. 전단강도 특성과 유변학적 특성에 대한 일관성 있는 평가를 하고자 본 연구에서는 직접전단장비를 사용하였다. Duttine et al.
입자크기에 따른 유변학적 특성을 평가하기 위하여 조립토와 세립토를 액성한계 상태에서 반복적으로 직접전단실험을 수행하였다. 전단변형률속도에 따른 전단 강도를 획득하기 위하여 전단변형률속도를 0.000476 s-1,0.000952 s-1 그리고 0.001429 s-1(전단속도: 1mm/min, 2mm/min 그리고 3mm/min)로 변화시켜 실험을 수행하였으며, 연직응력은 반복 전단시 첨두전단강도의 변화를 명확하게 관찰할 수 있도록 전단강도 정수 산정 시 설정했던 연직응력 중 가장 큰 25.6kPa로 설정하였다.
7에 나타내었다. 전단상자에 대하여 연직방향과 수평방향에 각각 로드셀을 설치하여 각 방향에서 하중을 측정하였다. 설치된 두 로드셀의 최대로 측정가능한 하중은 각각 3kN과 0.
모든 전단에서는 설정한 전단변형률속도와 연직응력을 유지시키며 진행하였다. 정방향 전단에 대해서만 수평변위에 따른 전단응력을 측정하였으며, 각 전단변형률속도에 대하여 마지막 정방향 전단에서 수렴하는 전단응력을 잔류전단강도로 산정하였다. 반복전단 수행 시 잔류전단강도 산정방법에 대한 내용을 Fig.
분류된 두 시료에 대하여 건조상태와 액성한계상태로 시료를 조성하였다. 조성된 시료를 직접 전단장비를 이용하여 전단강도 및 유변학적 정수를 산정하는 실험을 수행하였고, 산정된 정수들을 입자크기 및 건조상태, 액성한계상태 여부에 따라 정수값을 산정하여 이들을 비교분석하였다. 본 논문은 흙 입도분포 특성에 따른 토석류의 전단강도 및 유변학적 특성 변화를 보여준다.
채취된 시료를 노건조한 후, 40번체(0.425mm)와 200번체(0.075mm)를 이용하여 조립토와 세립토로 분류하였다. 분류된 두 시료에 대하여 기본물성실험으로, 체분석 및 비중계 시험을 통하여 입도분석을 수행하였고(ASTM D422, 2007), Fig.
항복응력의 경우, 직접전단시험에서는 시료에 가해지는 연직응력으로 인하여 객관적인 비교가 힘들기 때문에 다른 시험방법으로 측정된 소성 점도와 본 논문에서 측정된 소성 점도를 비교하였다. 기존 연구에서는 액성한계상태에서의 소성 점도를 측정하기 위하여 Transparent plexiglas channel(Vallejo and Scovacco, 2003)과 Fall cone(Mahajan and Budhu, 2006, 2008)등을 이용하였으며, 주로 세립토의 소성 점도를 평가한 바 있다.
대상 데이터
본 연구에서는 국내의 산지 중 실제로 토사재해가 발생하였던 강원 인제지역에서 시료를 채취하였다. Fig. 5는 시료를 채취한 현장사진이며, 토사재해가 발생했을 것으로 예상되는 급경사의 하부를 시료채취 구역으로 선정하였다. 구역내에서 지표로부터 약 30cm 심도에 위치한 시료를 채취하였다
5는 시료를 채취한 현장사진이며, 토사재해가 발생했을 것으로 예상되는 급경사의 하부를 시료채취 구역으로 선정하였다. 구역내에서 지표로부터 약 30cm 심도에 위치한 시료를 채취하였다
본 연구에서는 국내의 산지 중 실제로 토사재해가 발생하였던 강원 인제지역에서 시료를 채취하였다. Fig.
데이터처리
075mm)를 이용하여 조립토와 세립토로 분류하였다. 분류된 두 시료에 대하여 기본물성실험으로, 체분석 및 비중계 시험을 통하여 입도분석을 수행하였고(ASTM D422, 2007), Fig. 6과 같은 결과를 획득하였다. Fig.
성능/효과
(1) 흙 입자 중 미립자 간의 물리화학적 결합에 의해 작용하는 힘이 점착력이며, 세립분의 물리화학적 결합을 조립분이 약화시키므로, 점착력을 첨두전단강도에서 산정하였을 때 건조 및 액성한계상태에서 모두, 세립토의 점착력이 조립토의 점착력보다 더 큰 것으로 나타났다.
(2) 내부마찰각의 경우, 균등계수가 더 작은 조립토에서 입자 간의 맞물림 효과가 더 크며, 조립토의 입자크기가 세립토보다 더 크기 때문에 조립토에서 세립토보다 더 큰 값을 보였다.
Fig. 9(a)와 마찬가지로 전단변위 약 1mm에서 첨두전단강도가 발생하였으며, 2mm 이후에서는 전단응력이 수렴하는 것으로 나타났다. 연직응력 5.
73 인 것으로 나타났다(ASTM D854, 2009). ASTM D4318(2005)에 의거하여 액･소성한계 실험을 수행하였으며, 그 결과 조립토의 액성한계와 소성한계는 각각 38.52%와 29.15%로 나타났으며, 세립토에서는 45.20%와 37.72%로 나타났다. 조립토와 세립토의 소성지수는 각각 9.
9(a)는 조립토의 건조상태와 액성한계상태에서 각 연직응력에 대한 전단응력이다. 건조상태 및 액성한계상태 모두 전단변위 약 1mm에서 첨두전단강도가 발생하였으며, 2mm 이후에서는 전단응력이 수렴하는 것으로 나타났다. 수렴하는 전단응력에 대하여 잔류전단강도로 산정하였다.
건조상태의 조립토에서 각 연직응력에 대한 전단강도로 산정된 점착력은 97Pa(첨두)와 61Pa(잔류)이며, 내부마찰각은 28.25°(첨두)와 21.58°(잔류)인 것으로 나타났다.
즉, 직접전단실험 장비는 전단속도 및 전단변형에 한계가 있으며, 그 한계로 인하여 재활성 산사태 및 붕괴 직후의 토석류를 규명하는 것에 적합하지만, 빠른 속도로 거동하는 토석류의 특성파악에는 한계가 있다. 도출된 실험결과를 보면, 재활성 산사태 혹은 붕괴직후의 토석류는 조립토를 다량 포함할 경우(80% 내외), 세립분만을 포함하는 토사에 비해 점착력, 소성 점도 및 항복응력이 감소하고, 내부마찰각은 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 이와 같은 결과는, 조립분의 함유량이 상대적으로 적은 토사에 대하여 강도특성 및 유변학적 특성을 유추하기에는 부족한 자료이며, 이에 따른 추가적인 연구가 진행되야 할 것으로 판단된다
11에 나타내었다. 모든 시료에서 반복적으로 전단수행시 잔류전단응력이 감소하는 경향을 보였으며, 3～5번째 전단에서는 잔류전단응력의 값이 수렴함을 알 수 있다. 마지막 전단인 5번째 전단에서의 잔류전단응력을 잔류전단강도로 산정하였다.
Suetsugu and White(1983)에 따르면 세립토 함량이 증가할수록 점성과 항복응력이 증가하는 것으로 나타났으며, 세립분 함량과 소성 점도 및 항복응력은 지수함수 관계를 보인다(O’brien and Julien, 1988). 본 논문에서 사용한 인제 시료는 세립분 함량이 100%일 때와, 17%일 때의 시료로써, 세립분 함량이 많은 세립토의 소성 점도(1580.1Pa･s)가 세립분 함량이 적은 조립토의 소성 점도(620.9Pa･s)보다 2.5배 크게 산정되었다. 또한, 세립토의 항복응력(563.
Table 4는 본 논문의 결과와 Transparent plexiglas channel 과 Fall cone을 비교한 것이다. 본 연구에서 측정한 소성 점도와 다른 기법으로 측정한 소성 점도 값을 비교하면, 본 연구에서 산정한 소성 점도는 기존 연구에서 측정된 범위에 대하여 중간 범위의 소성 점도 값을 나타내였다.
세립토에서 점착력은 건조상태에서 100Pa(첨두)와 53Pa(잔류)로 액성한계상태에서는 227Pa(첨두)와 147Pa(잔류)인 것으로 나타나 조립토에서와 같이 액성한계상태에서 점착력이 약 2～3배 정도 크게 나타났으며, 내부마찰각은 건조상태에서 25.15°(첨두)와 19.00°(잔류), 액성한계상태에서는1.49°(첨두)와 1.01°(잔류)로 산정되어 조립토와 마찬가지로 액성한계상태에서 건조상태보다 약 1/17 만큼 작은 내부마찰각을 갖는 것으로 나타났다.
15Pa로 측정되었다. 세립토의 잔류전단강도는 세 전단변형률속도에 대하여 각각 564.25Pa, 565.07Pa, 565.76Pa인 것으로 나타났다.
액성한계상태 조립토의 내부마찰각은 건조상태 조립토의 내부마찰각보다 각각 1/17 정도로 감소(28.25°→1.66°; 21.58°→1.26°)하였지만, 점착력은 약 2.5배 증가(97→218Pa; 61→162Pa)하는 것으로 나타났다.
15kPa로 산정되었다. 액성한계상태에서는 연직응력 5.1kPa, 10.3kPa, 15.1kPa 그리고 25.6kPa에 대하여 첨두전단강도가 각각 354Pa, 511Pa, 687Pa 그리고 945Pa로 산정되었으며, 잔류전단 강도는 273Pa, 385Pa, 503Pa 그리고 723Pa로 산정되어, 건조상태에서 보다 작은 전단강도를 나타내었다.
조립토와 세립토의 전단강도 정수 산정 결과를 비교해보면, 건조상태에서 내부마찰각은 세립토에서 조립토보다 약 3.10～3.58° 작은 것으로 나타났으며, 액성한계상태에서도 약 0.17～0.25° 작게 나타났다.
6으로 부터 10%, 30%, 그리고 60% 통과율에 해당하는 입경을 산정하였으며, 곡률계수와 균등계수를 산정하여 Table 1에 정리하였다. 조립토의 곡률계수와 균등계수는 각각 4.4와 1.78로 산정되었으며, 세립토의 곡률계수와 균등계수는 각각 2.94와 9.67인 것으로 나타나, 세립토가 조립토보다 더 균등하다는 것을 알 수 있다. 조립토의 경우 최대 및 최소 간극비는 각각 0.
52Pa로 나타났다. 조립토의 점성과 항복응력 모두 세립토의 점성과 항복응력보다 작은 것으로 나타났다.
48%로 산정되었다. 통일분류법에 따라 조립토는 실트질 모래와 점토질 모래가 혼합되어(SM-SC) 있는 것으로 나타났으며, 세립토는 무기질 실트(ML)로 분류되었다.
후속연구
(4) 본 논문의 결과는 전단속도가 느린 재활성 산사태 및 붕괴직후 토석류 거동에 활용 가능하며, 세립분 함유량이 17%인 조립토와 세립분의 함유량이 100%인 세립토에 해당하는 결과로써, 전단속도가 빠른 경우와 세립분의 함유량이 더 많은 경우의 토석류에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
도출된 실험결과를 보면, 재활성 산사태 혹은 붕괴직후의 토석류는 조립토를 다량 포함할 경우(80% 내외), 세립분만을 포함하는 토사에 비해 점착력, 소성 점도 및 항복응력이 감소하고, 내부마찰각은 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 이와 같은 결과는, 조립분의 함유량이 상대적으로 적은 토사에 대하여 강도특성 및 유변학적 특성을 유추하기에는 부족한 자료이며, 이에 따른 추가적인 연구가 진행되야 할 것으로 판단된다
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
비뉴턴유체의 거동을 규명하기 위한 식중 토석류 거동예측 시뮬레이션은 무엇이 있는가?
비뉴턴유체 거동을 규명하기 위하여 Bingham, Casson, Herschel-Bulkley, Power law 등의 여러 모델들이 제시되었으며, 그 중 토석류 거동예측 시뮬레이션에서는 Bingham 모델이 가장 많이 사용되고 있다(Jeong, 2013). Bingham 모델은 전단변형률속도와 전단응력의 관계를 선형적으로 나타내는 모델로, 소성 점도(η)와 항복응력(τy)을 이용하여 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다(Nguyen and Boger, 1992).
토석류는 무엇인가?
, 2015). 토석류는 퇴적물과 집중호우로 인한 대량의 물이 슬러리 형태로 혼합되어 사면을 따라 이동하는 흐름으로, 퇴적물을 구성하고 있는 입자의 크기에 따라 서로 다른 거동특성을 보인다(Tran et al., 2011).
토석류 발생의 주된 원인은?
토석류 발생의 주된 원인은 집중호우이기 때문에 건기와 우기가 뚜렷한 우리나라의 경우 토석류가 빈번히 발생하며, 특히, 도심지 내에 경사가 급한 산지가 주변에 많이 분포해 있으므로 토석류 발생 규모 대비 큰 피해를 야기한다. 이와 같은 이유로 우리나라에서는 1998년도부터 2014년도까지 피해복구로 총 1조1662억원이라는 천문학적인 비용이 소모되었으며, Lee(2005)에 따르면 토사재해로 인한 사상자수는 평균적으로 매년 100명 이상 발생하는 것으로 보고되고 있다.
참고문헌 (42)
ASTM D422 (2007), "Standard Test Method for Particle-size Analysis of Soils", The American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, United States.
ASTM D854 (2009), "Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer", The American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, United States.
ASTM D4318 (2005), "Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils", The American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, United States.
ASTM D4253 (2006), "Standard Test Methods for Maximum Index Density and Unit Weight of Soils Using a Vibratory Table", The American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, United States.
ASTM D4254 (2006), "Standard Test Methods for Minimum Index Density and Unit Weight of Soils and Calculation of Relative Density", The American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, United States.
Bareither, C. A., Edil, T. B., Benson, C. H., and Mickelson, D. M. (2008), "Geological and Physical Factors Affecting the Friction Angle of Compacted Sands", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.134, No.10, pp.1476-1489.
Byun, Y. H., Tran, M. K., Yun, T. S., and Lee, J. S. (2012), "Strength and Stiffness Characteristics of Unsaturated Hydrophobic Granular Media", Geotechnical Testing Journal, Vol.35, No.1, pp. 199-200.
Choi, H. G. (2007), Ground disaster engineering, Wongisul, Seoul, 253p.
Chok, Y. H., Jaksa, M. B., Kaggwa, W. S., and Griffiths, D. V. (2015), "Assessing the Influence of Root Reinforcement on Slope Stability by Finite Elements", International Journal of Geo-Engineering, Vol.6, Paper No.12 (DOI 10.1186/s40703-015-0012-5).
Contreras, S. M. and Davies, T. R. (2000), "Coarse-grained Debrisflows: Hysteresis and Time-dependent Rheology", Journal of Hydraulic Engineering, Vol.126, No.12, pp.938-941.
Duttine, A., Tatsuoka, F., Kongkitkul, W., and Hirakawa, D. (2008), "Viscous behaviour of Unbound Granular Materials in Direct Shear", Soils and Foundations, Vol.48, No.3, pp.297-318.
Head, K. H. (2011), Manual of Soil Laboratory Testing: Volume Two: Permeability, Shear Strength and Compressibility Tests, John Wiley and Sons, New York-Toronto, 440p.
Hong, Y. H., Byun, Y. H., Chae, J. G., and Lee, J. S. (2015), "Shear Behavior of Sands Depending on Shear Box Type in Direct Shear Test", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.31, No.3, pp.51-62.
Hwang, G. N. and Jo, Y. S. (2002), "Settling Characteristics of Saemankeum Fine-Cohesiv Sediments: Effects of Physico-Chemical Properties", Journal of Korea Water Resources Association, Vol.35, No.5, pp.475-484.
Ilori, A. O., Udoh, N. E., and Umenge, J. I. (2017), "Determination of Soil Shear Properties on a Soil to Concrete Interface Using a Direct Shear Box Apparatus", International Journal of Geo-Engineering, Vol.8, Paper No.17 (DOI 10.1186/s40703-017-0055-x).
Imran, J., Harff, P., and Parker, G. (2001), "A Numerical Model of Submarine Debris Flow with Graphical User Interface", Computers & geosciences, Vol.27, No.6, pp.717-729.
IUGS/WGL. (1995), International Union of Geological Science Working Group on Landslides, 1995, A suggested method for describing the rate of movement of a landslide. IAEG Bulletin, 52, pp.75-78.
Jeong, S. W. (2013), "Debris Flow Mobility: A Comparison of Weathered Soils and Clay-rich Soils", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.29, No.1, pp.23-27.
Julien, P. Y. and Leon, C. (2000), "Mud Floods, Mudflows and Debris Flows. Classification, Rheology and Structural Design", Proc., Int. Workshop on the Debris Flow Disaster of December 1999 in Venezuela, Universidad Central de Venezuela, Caracas, Venezuela.
Karim, M. E. and Alam, M. J. (2017), "Effect of Nonplastic Silt Content on Undrained Shear Strength of Sand-silt Mixtures", International Journal of Geo-Engineering, Vol.8, Paper No.14 (DOI 10.1186/s40703-017-0051-1).
Kim, B. S., Shibuya, S., Park, S. W., and Kato, S. (2012), "Effect of Opening on the Shear behavior of Granular Materials in Direct Shear Test", KSCE Journal of Civil Engineering, Vol.16, No.7, pp.1132-1142.
Lee, C. W. (2005), "Trends of Deaths and Missings Caused by Narural and Sediment Disasters in Korea", Journal of Korean Forest Society, Vol.94, No.4, pp.252-257.
Lee, J. S., Song, C. G., Kim, H. T., and Lee, S. O. (2015), "Risk Analysis Considering the Topography Characteristics of Debris Flow Occurrence Area", Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.15, No.3, pp.75-82.
Mahajan, S. P. and Budhu, M. (2008), "Shear Viscosity of Clays to Compute Viscous Resistance", In Proceedings of the 12th International Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG), Goa, India.
Maranzano, B. J. and Wagner, N. J. (2001), "The Effects of Particle Size on Reversible Shear Thickening of Concentrated Colloidal Dispersions", The Journal of Chemical Physics, Vol.114, No.23, pp.10514-10527.
Nguyen, Q. D. and Boger, D. V. (1992), "Measuring the Flow Properties of Yield Stress Fluids", Annual Review of Fluid Mechanics, Vol.24, No.1, pp.47-88.
Omar, T. and Sadrekarimi, A. (2015), "Effect of Triaxial Specimen Size on Engineering Design and Analysis", International Journal of Geo-Engineering, Vol.6, Paper No.5 (DOI 10.1186/s40703-015-0006-3).
Ovarlez, G., Cohen-Addad, S., Krishan, K., Goyon, J., and Coussot, P. (2013), "On the Existence of a Simple Yield Stress Fluid behavior", Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 193, pp.68-79.
Park, G. W., Hong, W. T., and Lee, J. S. (2017), "Estimation of Shear Strength and Rheological Parameters of Fine-Grained Soil Using Direct Shear Test", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.18, No.2, pp.29-37.
Ramesh, V., Mani, S., Baskar, M., Kavitha, G., and Anbazhagan, S. (2017), "Landslide Hazard Zonation Mapping and Cut Slope Stability Analyses Along Yercaud Ghat Road (Kuppanur-Yercaud) Section, Tamil Nadu, India", International Journal of Geo-Engineering, Vol.8, Paper No.2 (DOI 10.1186/s40703-017-0039-x).
Shibuya, S., Mitachi, T., and Tamate, S. (1997), "Interpretation of Direct Shear Box Testing of Sands as Quasi-simple Shear", Geotechnique, Vol.47, No.4, pp.769-790.
Shin, H. (2014), "FEM Numerical Formulation for Debris Flow", Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol.30, No.10, pp. 55-65.
Shin, H. (2015), "Evaluation of Debris Properties Using Numerical Analysis for USGS Debris Flume Tests", Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol.15, No.3, pp.215-221.
Suetsugu, Y. and White, J. L. (1983), "The Influence of Particle Size and Surface Coating of Calcium Carbonate on the Rheological Properties of its Suspensions in Molten Polystyrene", Journal of Applied Polymer Science, Vol.28, No.4, pp.1481-1501.
Tran, M. K., Byun, Y. H., Shin, H., and Lee J. S. (2011) "Behaviors of Soluble Granular Media during Particle Dissolution", International Journal of Geo-Engineering, Vol.3, No.2, pp.39-49.
Tran, M. K., Shin, H., Byun, Y. H., and Lee, J. S. (2012), "Mineral Dissolution Effects on Mechanical Strength", Engineering Geology, 125, pp.26-34.
Vallejo, L. E. and Scovazzo, V. A. (2003), "Determination of the Shear Strength Parameters Associated with Mudflows", The Japanese Geotechnical Society, Vol.43, No.2, pp.129-133.
Wang, J. and Gutierrez, M. (2010), "Discrete Element Simulations of Direct Shear Specimen Scale Effects", Geotechnique, Vol.60, No.5, pp.395-409.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.