박근우
(School of Civil, Environmental and Architectural Engrg., Korea Univ.)
,
홍원택
(School of Civil, Environmental and Architectural Engrg., Korea Univ.)
,
이종섭
(School of Civil, Environmental and Architectural Engrg., Korea Univ.)
집중호우로 인하여 산악지반에 발생하는 토석류의 거동은 대상지반 세립분의 전단강도 및 유변학적 특성들에 의하여 영향을 받기 때문에, 두 특성에 대한 정수는 토석류 거동을 파악하는데 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 직접전단 실험을 통하여 세립분의 전단강도 및 유변학적 정수를 평가하고자 하였다. 건조상태와 액성한계상태로 조성된 두 가지 세립분 시료에 대하여 직접 전단실험을 수행하였으며, 연직응력에 따른 전단강도를 측정하여 점착력과 내부마찰각을 산정하였다. 또한 액성한계로 조성된 시료의 잔류전단강도를 획득하기 위하여 전단변형률속도와 전단방향을 변화시켜 반복전단실험을 수행하였다. 실험 결과, 액성한계상태의 시료는 건조 상태 시료에 비해 내부마찰각은 작지만 점착력은 더 큰 것으로 나타났으며, 잔류전단강도를 통해 산정한 내부마찰각과 점착력은 첨두전단강도에 의해 산정된 결과보다 작은 것으로 나타났다. 반복전단 결과, 전단변형률속도와 잔류전단강도는 선형적인 관계를 보였으며, 전단변형률속도-잔류전단강도 관계의 기울기로써 결정되는 점성은 약 $73.60Pa{\cdot}s$로 산정되었다. 본 연구는 직접전단 장비가 산악지반 토석류 거동과 관련된 세립분의 전단강도 및 유변학적 정수 산정에 효과적으로 활용될 수 있음을 보여준다.
집중호우로 인하여 산악지반에 발생하는 토석류의 거동은 대상지반 세립분의 전단강도 및 유변학적 특성들에 의하여 영향을 받기 때문에, 두 특성에 대한 정수는 토석류 거동을 파악하는데 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 직접전단 실험을 통하여 세립분의 전단강도 및 유변학적 정수를 평가하고자 하였다. 건조상태와 액성한계상태로 조성된 두 가지 세립분 시료에 대하여 직접 전단실험을 수행하였으며, 연직응력에 따른 전단강도를 측정하여 점착력과 내부마찰각을 산정하였다. 또한 액성한계로 조성된 시료의 잔류전단강도를 획득하기 위하여 전단변형률속도와 전단방향을 변화시켜 반복전단실험을 수행하였다. 실험 결과, 액성한계상태의 시료는 건조 상태 시료에 비해 내부마찰각은 작지만 점착력은 더 큰 것으로 나타났으며, 잔류전단강도를 통해 산정한 내부마찰각과 점착력은 첨두전단강도에 의해 산정된 결과보다 작은 것으로 나타났다. 반복전단 결과, 전단변형률속도와 잔류전단강도는 선형적인 관계를 보였으며, 전단변형률속도-잔류전단강도 관계의 기울기로써 결정되는 점성은 약 $73.60Pa{\cdot}s$로 산정되었다. 본 연구는 직접전단 장비가 산악지반 토석류 거동과 관련된 세립분의 전단강도 및 유변학적 정수 산정에 효과적으로 활용될 수 있음을 보여준다.
As the behavior of the debris flow due to the torrential rains in mountain is affected by shear strength and rheological properties of the fine fraction in the ground, the evaluation of both properties is necessary to estimate the behavior of the debris flow. The objective of this study is to evalua...
As the behavior of the debris flow due to the torrential rains in mountain is affected by shear strength and rheological properties of the fine fraction in the ground, the evaluation of both properties is necessary to estimate the behavior of the debris flow. The objective of this study is to evaluate the shear strength and rheological properties using the direct shear apparatus. The direct shear tests are conducted for two kinds of fine-grained soil specimens, which are in dry state and liquid limit state. From the direct shear tests, shear strengths are measured according to the normal stresses applied on the specimens to evaluate the cohesion and internal friction angle. In addition, reversal shear tests are performed for the fine-grained soil specimens in liquid limit state according to the shear rate to evaluate the residual shear strength. The results of direct shear tests show that the specimen at the liquid limit state has lower internal friction angle and higher cohesion compared to the dry stated, and the residual friction angle and cohesion at the residual state are lower than those at the peak state. In the result of reversal shear test, the residual shear strength is directly proportional to the shear rate and viscosity is calculated as $73.60Pa{\cdot}s$. This study demonstrates that the direct shear apparatus can be effectively used for the evaluation of the shear strength and rheological properties of the fine-grained soils related with the debris flow.
As the behavior of the debris flow due to the torrential rains in mountain is affected by shear strength and rheological properties of the fine fraction in the ground, the evaluation of both properties is necessary to estimate the behavior of the debris flow. The objective of this study is to evaluate the shear strength and rheological properties using the direct shear apparatus. The direct shear tests are conducted for two kinds of fine-grained soil specimens, which are in dry state and liquid limit state. From the direct shear tests, shear strengths are measured according to the normal stresses applied on the specimens to evaluate the cohesion and internal friction angle. In addition, reversal shear tests are performed for the fine-grained soil specimens in liquid limit state according to the shear rate to evaluate the residual shear strength. The results of direct shear tests show that the specimen at the liquid limit state has lower internal friction angle and higher cohesion compared to the dry stated, and the residual friction angle and cohesion at the residual state are lower than those at the peak state. In the result of reversal shear test, the residual shear strength is directly proportional to the shear rate and viscosity is calculated as $73.60Pa{\cdot}s$. This study demonstrates that the direct shear apparatus can be effectively used for the evaluation of the shear strength and rheological properties of the fine-grained soils related with the debris flow.
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제안 방법
본 연구에서는 화천 지역에서 획득한 시료의 세립분에대하여 함수비를 액성한계로 조성한 후 직접전단실험 장비를 이용하여 세립분의 전단강도 및 유변학적 정수를 산정하는 실험을 진행하였다. 동일한 실험장비를 이용하여 전단실험을 진행하였고, 동일한 시료에 대하여 점착력, 내부마찰각 그리고 점성을 산정하여, 다음과 같은 결론을 얻을 수있었다.
토석류 거동특성에 직접적인 영향을 미치는 세립분의 전단특성 및 유변학적 특성을 평가하기 위하여 세립분만으로 구성된 시료를 직접전단 셀 내부에 조성하였다. 전단특성평가 시 상대밀도 60%로 조성된 건조시료와 액성한계상태로 조성한 시료에 대하여 실험하였으며, 유변학적 특성 평가를 위한 반복직접전단 실험은 액성한계상태로 조성한 시료에 대하여 수행하였다.
토석류 거동특성에 직접적인 영향을 미치는 세립분의 전단특성 및 유변학적 특성을 평가하기 위하여 세립분만으로 구성된 시료를 직접전단 셀 내부에 조성하였다. 전단특성평가 시 상대밀도 60%로 조성된 건조시료와 액성한계상태로 조성한 시료에 대하여 실험하였으며, 유변학적 특성 평가를 위한 반복직접전단 실험은 액성한계상태로 조성한 시료에 대하여 수행하였다.
성능/효과
(1) 화천시료 세립분은 건조상태에서 점착력은 60.4Pa, 내부마찰각은 19.39°로 산정되었으며, 액성한계 상태에서는 각각 179.2Pa, 1.33°로 산정되었다. 액성한계상태의 세립분은 조립질이거나 건조한 상태의 시료에 비해 매우 작은 내부마찰각을 갖지만, 점착력은 증가함을 알수 있다.
(2) 화천시료 세립분은 액성한계상태에서 총 5회 전단으로 잔류전단강도를 산정하였으며, 본 실험에서 측정된 잔류전단강도의 값은 전단변형률속도에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 측정된 잔류전단강도와 전단변형률속도의 관계에서 화천시료 세립분의 점성은 73.
(3) 본 논문에서는 동일한 직접전단 실험장비를 통하여 세립분의 전단강도와 유변학적 특성을 모두 평가할 수 있음을 보여준다.
(2) 화천시료 세립분은 액성한계상태에서 총 5회 전단으로 잔류전단강도를 산정하였으며, 본 실험에서 측정된 잔류전단강도의 값은 전단변형률속도에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 측정된 잔류전단강도와 전단변형률속도의 관계에서 화천시료 세립분의 점성은 73.60Pa･s로 얻어졌으며, 기존 다른 실험방법으로 산정된 세립분의 점성과 비교하였을 때, 중간 범위의 값을 나타냈다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라에서 발생하는 토사재해의 형태는 어떠한가?
우리나라에서 발생하는 토사재해는 하절기 집중호우로지반의 함수비가 과도하게 증가하여 사면의 붕괴 후, 액성한계 이상의 토석류(또는 이류)가 발생하는 형태로 나타난다(Lee & Widjaja, 2013). 특히 도심지에서 토사재해가 발생할 경우, 토석류가 도시까지 도달하여 큰 인명피해와 재산피해를 야기하므로, 토사재해 피해방지대책은 도시설계에 있어서 중요한 요소이다.
토사재해에 의한 피해를 최소화하기 위하여 시행하는 것은?
특히 도심지에서 토사재해가 발생할 경우, 토석류가 도시까지 도달하여 큰 인명피해와 재산피해를 야기하므로, 토사재해 피해방지대책은 도시설계에 있어서 중요한 요소이다. 토사재해에 의한 피해를 최소화하기 위하여, 토사재해 발생이 우려되는 지역에서는 사방댐과 같은 방재시설들을 구축하고 있다. 방재시설 구축 시사방댐의 적절한 위치, 규모, 개수를 예측하기 위하여, 토사재해 발생 후 토석류의 규모 등 거동예측에 대한 연구가 요구되는 실정이다.
객관적인 토석류 거동예측을 위하여 일관성 있는 전단강도 및유변학적 정수 산정에 대한 연구가 필요한 이유는?
지역특성 외에도 조성된 시료의 크기 및 상태, 실험장비의 종류에 따라 각기 다른 결과가 도출된다. 그러므로, 객관적인 토석류 거동예측을 위하여 일관성 있는 전단강도 및유변학적 정수 산정에 대한 연구는 매우 중요한 요소이다.
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