Effect of Average and Cyclic Shear Stress on Undrained Cyclic Behavior of Marine Silty Sand

해양 실트질 모래의 비배수 동적 거동에 대한 평균 및 반복전단응력의 영향

Offshore wind turbine foundations are subjected to wind, current and wave loadings. Hence, both static and cyclic behaviors of foundation's soil are important for the design of offshore wind turbine foundation. Undrained cyclic behaviors of soils depend upon the number of loading cycles, vertical effective stress, cyclic shear strain, relative density, and the combination of cyclic and average shear stresses. In order to evaluate the effect of average and cyclic shear stresses on the undrained cyclic behavior of marine silty sand, cyclic direct simple shear (CDSS) tests are performed with relative density of 85%, vertical effective stress of 200 and 300 kPa, and failure criteria of either 15% double amplitude cyclic shear strain (${\gamma}_{cyc}$) or permanent shear strain (${\gamma}_{p}$). The results are presented in the form of design graphs or contour diagrams. The undrained cyclic behavior of marine silty sand is found to be dependent on cyclic and average shear stresses and/or the combination of both shear stresses. It is found that when significant average shear stress exists the permanent or progressive shear strain is the govering failure criteria instead of cyclic shear strain.

해상풍력발전기의 기초는 바람, 조류, 그리고 파도 하중을 받기 때문에 해상풍력발전기 기초를 설계하는 데 있어 반복하중을 받는 기초지반의 전단거동 평가가 필요하다. 지반의 비배수 동적 전단거동은 반복하중 횟수, 수직 유효응력, 반복 전단변형률, 상대 밀도, 그리고 평균 및 반복전단응력의 조합에 영향을 받는다. 본 연구에서는 해양 실트질 모래의 비배수 동적 거동에 대한 평균 및 반복전단응력의 영향을 평가하기 위하여 반복단순전단시험(CDSS)을 수행하였으며 상대밀도 85%, 수직 유효응력 200kPa과 300kPa의 시험조건에서 15%의 이중진폭 동적전단변형률(${\gamma}_{cyc}$)과 영구전단변형률(${\gamma}_p$)를 파괴 기준으로 적용하였다. 시험결과는 설계 그래프와 등고선도로 나타내었다. 결과에 따르면 해양 실트질 모래의 비배수 동적 거동은 평균 및 반복전단응력과 두가지 전단응력의 조합에 의해 크게 변하는 경향을 보였다. 평균전단응력이 존재하는 경우에는 반복전단변형보다는 영구변형에 의해 파괴가 결정되는 것으로 나타났다.