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모관흡수력을 고려한 불포화토의 전단강도에 대한 연구
A study on the shear strength considering matric suction for an unsaturated soil 원문보기

한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집, 2008 Mar. 28, 2008년, pp.105 - 110  

오세붕 (영남대학교 토목공학과) ,  김태경 (영남대학교 토목공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The behaviour of an unsaturated soil was analyzed by performing $K_0$ consolidated triaxial tests. Unsaturated triaxial tests were performed with matric suctions for weathered soils and could catch stress paths under consolidation and stress-strain relationships under shear. As a result, ...

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제안 방법

  • 하지만 불포화토에 대한 K0 압밀조건에서의 거동 특성은 그 연구 성과가 미흡한 것으로 여겨진다. 따라서 본 연구에서는 기존의 삼축압축장비를 모관흡수력조절이 가능하도록 개조하여 국내 풍화토에 대하여 K0 조건 삼축압축시험을 수행하였다(김태경과 오세붕 2006)). 이를 토대로 모관흡수력의 변화에 따른 불포화토의 강도를 중심으로 거동을 평가하였다.
  • Mohr-Coulomb 이론을 이용하여 불포화토의 강도정수를 산정할 경우에는 Mohr원의 접선을 이용하여야하므로 회귀분석에 따라 그 값이 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 불포화토의 파괴규준을 파괴시의 축차응력을 이용하여 정의하였다.
  • 실험결과 삼축압축실험에 사용될 시료의 공기함입치는 그림 3에서 보여지듯이 20kPa 정도로 나타났다. 따라서 삼축시험에서 모관흡수력 효과가 충분히 나타나도록 모관흡수력이 공기함입치 이상인 20, 50 80kPa를 적용하여 실험을 수행하였다.
  • 본 연구에서는 불포화토의 K0 압밀 삼축압축실험을 수행하여 불포화토의 강도정수를 파괴시의 축차응력을 이용하여 도출하였다. 모관흡수력이 동일한 경우 등방조건과 K0 조건에서 거의 동일한 파괴포락선을 가지는 것으로 나타났다.
  • 삼축시험에서는 모관흡수력의 영향과 순체적응력의 영향을 알아보기 위해 다양한 조건에서 실험을 수행하였다. 이때 모관흡수력은 20, 50, 80kPa의 경우에 대하여 실험을 수행하였으며 순체적응력은 각 모관흡수력에 대하여 100, 200, 300kPa로 실험을 수행하였다.
  • 삼축압축실험을 수행하기 전 시험 시료의 공기함입치(air entry value)를 알아보기 위해 압력판 추출시험을 수행하였다. 압력판 추출시험은 습윤과정을 거치지 않고 시료를 충분히 포화시킨 후 건조과정을 수행하였다.
  • 삼축압축시험시에는 완성된 시료를 실험장치에 거치 후 포화과정을 수행하였다. 시료가 포화되면 상부 배수구를 통해 공기압을 주입하여 모관흡수력을 조절하였다. 일정한 모관흡수력을 가한 상태에서 시료내부의 함수비가 평형화가 이루어지도록 48시간이상 방치하였다.
  • 일정한 모관흡수력을 가한 상태에서 시료내부의 함수비가 평형화가 이루어지도록 48시간이상 방치하였다. 시료내부에서 더 이상의 물이 빠져나오지 않는 것을 확인한 후 K0​​​​​​​ 압밀과정을 수행하였다. 일정한 순체적응력까지 K0​​​​​​​ 압밀이 완료되면 전단과정을 수행하였다.
  • 삼축압축실험을 수행하기 전 시험 시료의 공기함입치(air entry value)를 알아보기 위해 압력판 추출시험을 수행하였다. 압력판 추출시험은 습윤과정을 거치지 않고 시료를 충분히 포화시킨 후 건조과정을 수행하였다. 실험결과 삼축압축실험에 사용될 시료의 공기함입치는 그림 3에서 보여지듯이 20kPa 정도로 나타났다.
  • 삼축시험에서는 모관흡수력의 영향과 순체적응력의 영향을 알아보기 위해 다양한 조건에서 실험을 수행하였다. 이때 모관흡수력은 20, 50, 80kPa의 경우에 대하여 실험을 수행하였으며 순체적응력은 각 모관흡수력에 대하여 100, 200, 300kPa로 실험을 수행하였다. 전단시 변형률 속도는 0.
  • 따라서 본 연구에서는 기존의 삼축압축장비를 모관흡수력조절이 가능하도록 개조하여 국내 풍화토에 대하여 K0 조건 삼축압축시험을 수행하였다(김태경과 오세붕 2006)). 이를 토대로 모관흡수력의 변화에 따른 불포화토의 강도를 중심으로 거동을 평가하였다. 특히 한계상태 이론을 적용한 불포화토의 파괴규준 및 강도정수를 산정하는데 초점을 두었다.
  • 시료내부에서 더 이상의 물이 빠져나오지 않는 것을 확인한 후 K0​​​​​​​ 압밀과정을 수행하였다. 일정한 순체적응력까지 K0​​​​​​​ 압밀이 완료되면 전단과정을 수행하였다.
  • 이를 토대로 모관흡수력의 변화에 따른 불포화토의 강도를 중심으로 거동을 평가하였다. 특히 한계상태 이론을 적용한 불포화토의 파괴규준 및 강도정수를 산정하는데 초점을 두었다.

대상 데이터

  • 본 연구에 사용된 시료는 지방도로 건설현장에서 채취한 시료로 실내에서 자연건조 후 #10번 체를 통과한 입자들을 이용하였다. 실험에 사용된 시료는 직경 50mm, 높이 100mm의 실린더 형태로 재성형하여 시험을 수행하였다.
  • 본 연구에 사용된 시료는 지방도로 건설현장에서 채취한 시료로 실내에서 자연건조 후 #10번 체를 통과한 입자들을 이용하였다. 실험에 사용된 시료는 직경 50mm, 높이 100mm의 실린더 형태로 재성형하여 시험을 수행하였다. 이 때 시료를 오븐 건조시킨 후, 적당량의 물과 골고루 교반시켜 해당 함수비로 만들었다.
  • K0​​​​​​​ 컨트롤서보는 내부셀에서 측정된 횡방향 변위의 변화량을 피드백 라인을 통해 받아들여 구속압을 증가시켜 K0​​​​​​​ 상태를 유지시킨다. 하부 좌대(base pedestal)는 불포화토를 시험하기 위하여 세라믹 디스크를 사용하였으며, 상부 캡(top cap)은 기존의 다공판을 이용하였다. 상부 배수라인은 공기압을 적용할 수 있도록 되어 있으며 공기압은 레규레이터로 조절한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
흙의 조직은 어떻게 구성되는가? 흙의 조직은 토립자와 간극으로 나누어지며 간극은 물과 공기로 채워져 있다. 불포화토의 간극속에는 물과 공기의 압력 차이가 발생하므로 표면장력과 확산이중층의 원리에 의하여 모세관 현상과 흡착현상이 발생한다.
불포화토의 간극 속에는 어떤 현상이 발생하는가? 흙의 조직은 토립자와 간극으로 나누어지며 간극은 물과 공기로 채워져 있다. 불포화토의 간극속에는 물과 공기의 압력 차이가 발생하므로 표면장력과 확산이중층의 원리에 의하여 모세관 현상과 흡착현상이 발생한다. 이러한 이유로 불포화토에서는 흡수력을 가지게 되며 입자를 서로 잡아당기는 역할을 한다(Chandler et al, 1986; Fredlund & Rahardjo, 1993).
불포화토의 K0 압밀 삼축압축실험을 통해 불포화토의 강도정수를 파괴시의 축차응력을 이용하여 도출한 결과는 어떠한가? 본 연구에서는 불포화토의 K0 압밀 삼축압축실험을 수행하여 불포화토의 강도정수를 파괴시의 축차응력을 이용하여 도출하였다. 모관흡수력이 동일한 경우 등방조건과 K0 조건에서 거의 동일한 파괴포락선을 가지는 것으로 나타났다. 그리고 모관흡수력이 증가함에 따라서 겉보기 점착력은 유사하게 증가하는 것으로 나타났다. 불포화토의 강도정수를 한계상태이론의 응력변수를 적용하여 구한 결과 기존의 Mohr-Coulomb 이론을 이용하여 구한 결과보다 용이하고 합리적인 결과를 얻을 수 있었다. 따라서 이러한 기법을 적용하면 다양한 모관흡수력에 따른 파괴시 Mohr 원의 접선을 이용하여 불포화토의 강도정수를 획득하는 데 겪는 불편함을 해소할 것으로 판단된다.
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