[논문]Application of Successive Cavity Expansion Theory to Piezocone Tests.

Lim, Beyong-Seock; Lee, In-Mo

[국내논문] Application of Successive Cavity Expansion Theory to Piezocone Tests.
피에조콘 관입 시험에 대한 연속 공동확장이론모델의 적용 원문보기

Lim, Beyong-Seock (Research Center for Disaster Prevention Science & Technology, Korea University) , Lee, In-Mo (Dept. of Civil & Environmental Engineering, Korea University.)

본 연구는 피에조콘(Piezocone) 관입 시험에 의한 과잉간극수압의 소산(Dissipation)특성을 파악하기 위하여, 실측된 소산실험 결과치와 Gupta & Davidson에 의해 개발된 연속 공동확장이론(Successive Cavity Expansion Theory) 모델을 비교하였고, 그 경험적 이론의 적합성을 규명하였다. 연속 공동확장 이론이란, 콘 관입이 유발하는 관입 주변지반의 변환 메커니즘을 연속적인 공동확장의 전개과정로 파악할 때, 관입주변의 연속적 공동확장 영역에서 발생된 과잉간극수압들은 연속적으로 소산되어지고, 결국에는 관입멈춤직후 얻게 되는 소산시험의 결과도 이러한 과잉간극수압의 연속적 소산 메커니즘으로부터 그 영향을 받는다는 개념이다. 본 연구의 실험방법은 Piezocone 관입을 위한 연약모형지반 조성을 위하여 초대형 Slurry Consolidometer에 Slurry를 45일간 압밀시킨후 Calibration Chamber(Louisiana State University Calibration Chamber System)에 옮긴 후 2차 압밀시키는 Two-Stage Consolidation Method를 사용하였다. 또한 모형지반내에 8개의 Piezometers를 설치하여 Piezometers를 설치하여 Piezocone 관입시 유발되는 지반 내에서의 과잉간극수압의 변환을 측정하였다. 실험결과와 이론 예측치를 비교함으로써 연속 공동확장이론 모델은 u$_2$형식의 피에조콘 관입 소산시험 결과들과 잘 들어맞는 모습을 보여줬으나, 관입으로 인한 주변 지반의 과잉간극수압의 소산변화는 정성적으로만 모사 되는 모습을 보여줬다.

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The corrected pore pressure distribution was used in a dissipation analysis based on the Terzaghi-Rendulic uncoupled consolidation theory. This theory involves the assumption that the total stress remains constant during the consolidation process. For an axisymmetric linear uncoupled consolidation problem, the governing differential equation is

제안 방법

In this study, miniature piezocone penetration tests and reference piezocone tests were conducted in calibration chamber (LSU/CALCHAS). Dissipation tests were performed at the end of all piezocone penetration tests.
The method proposed by Gupta and Davidson (1986) simulates the piezocone penetration process as a successive spherical cavity expansion, and thereby extends the one-dimensional solution proposed by Torstensson to a two-dimensional, axisymmetric problem. The method also takes into account the dissipation that occurs during penetration, and empirically corrects the predicted excess pore pressure at the cone base to exactly match with the measured excess pore pressures. Due to this empirical correction, the method gives very good comparisons between the predicted and actual dissipation profiles above the cone base.
The method also takes into account the dissipation that occurs during penetration, and empirically corrects the predicted excess pore pressure at the cone base to exactly match with the measured excess pore pressures. Due to this empirical correction, the method gives very good comparisons between the predicted and actual dissipation profiles above the cone base. However the predicted spatial pore pressure distribution during the dissipation phase show only qualitatively agreement with the experimental results (recorded at the ducts situated along the penetration path).

이론/모형

The corrected pore pressure distribution was used in a dissipation analysis based on the Terzaghi-Rendulic uncoupled consolidation theory. This theory involves the assumption that the total stress remains constant during the consolidation process.
where d is the central difference operator for the variables. The solution of these equations (locally second-order correct in space and time and unconditionally stable) is obtained by the Thomas algorithm (Ames, 1977) and is incorporated in program PIEZ (Gupta, 1983). The finite difference mesh used for the analysis is shown in Figure 4.

성능/효과

Computations are made in an incremental manner to permit pore pressure dissipation during the advance of the probe. Two-dimensional axisymmetric consolidation problem was solved with assumed values of in situ coefficient of consolidation until a good match between the field and computer generated dissipation curves were obtained.

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