It has been known that Terzaghi's consolidation theory is not well consistent with the consolidation phenomenon on the soft clay ground, but this theory has still been adopted normally in practice because there is no method for estimating the consolidation settlement and rate easier than Terzaghi's theory. It is impossible to map whole part of consolidation settlement vs time curve to the curve of Terzaghi'z average degree of consolidation. If the primary consolidation and the secondary compression are happened same time, it would be useless of trying to find the end of primary consolidation, but it is needed for using Terzaghi's theory that the end of consolidation is determined to the time of beginning consistency between the final settlement analyzed with curve fitting and the experimented consolidation settlement.
Slurry clay has much higher water content than liquid limit of clay and even if small loads apply, it suffers a great settlement. Accordingly it is very difficult to perform a general consolidation test about slurry clay because of high water content. In this study consolidation tests have been performed successfully using Rowe Cell Tester about 1 remolding clay and 3 slurry clays with a water content of 100%, 133% and 150%. From the test results compression index characteristics, secondary compression index characteristics and consolidation coefficient characteristics have been investigated about slurry clay and remolding clay. Also two kinds of theory, by Terzaghi theory and by Mikasa theory, has been used to calculate consolidation coefficients. Compared to the calculation results, they had a similar value of consolidation coefficient. However if Mikasa theory is applied in the field design, the period which reach to the required consolidation degree will be much reduced compared to the period by Terzaghi theory because the time coefficient T$\_$v/ by Mikasa theory is far smaller than T$\_$v/ by Terzaghi theory.
준설토지반은 보통 연약지반에 비해 상당히 큰 압밀침하가 발생하기 때문에 압밀과정 중 층 두께의 변화가 크다. Mikasa는 층 두께의 변화를 고려하는 더욱 합리적인 압밀계산법을 연구 발표하였으나 아직 국내 현장에서 많이 활용되고 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 100%, 120%, 133%, 150%의 함수비를 갖는 준설토 지반에 대해 Rowe cell 압밀시험기를 이용한 시험을 수행하여 준설토의 압밀특성을 분석하였으며, 층 두께의 변화를 고려하지 않는 경우와 층 두께의 변화를 고려하는 경우 각각 압밀계수를 구하여 비교하였다. 또한 실제 현장 예를 상정하여 압밀기간을 구하여 보았는데, 그 결과 압밀기간은 층 두께의 변화를 고려한 Mikasa 이론의 경우가 그렇지 않은 Terzaghi이론의 경우보다 짧게 산정되었다. 그리고, 더욱 정확한 결과를 주는 Mikasa이론이 실용적으로 이용될 수 있도록 압밀계산법에 대해 자세히 언급하였다.
In order to integrate two consolidation theories of Terzaghi's consolidation theory and Mesri's secondary compression theory and to identify a model suitable for analyzing stress-strain behavior over time, numerical analysis on consolidation tests were conducted using a modified cam-clay model and a soft soil creep model and the following conclusions were obtained. The results of numerical analysis applying the theory that a linear proportional relationship is established between the void ratio at logarithmic scale and the permeability coefficient at logarithmic scale is better agreement with the result of oedometer test than the results of applying constant hydraulic conductivity. The modified cam-clay model is a model that does not include secondary compression, but the slope of the normal consolidation line corresponding to the compression index of the standard consolidation test includes secondary compression, so the actual settlement curve over time is lower than the predicted value through numerical analysis. It always gets smaller. Other previous studies that applied Terzaghi's consolidation theory to consolidation test analysis showed the same results and were cross-confirmed. The soft soil creep model, which includes secondary compression in the theory, showed good agreement in all sections including secondary compression in the consolidation test results. It was judged appropriate to use a soft soil creep model when performing numerical analysis of soft clay ground.
Terzaghi's theory of one-dimensional consolidation is restricted in its applicability to relatively thin layers and small incremental loading. Because it is assumed to infinitesimal strain and linear material function. For this reason, Gibson et al established a rigorous formulation for the one-dimensional nonlinear finite strain consolidation theory. There are some difficulties in the application of finite strain consolidation theory. The developed program consisted of several forms and modules. These forms and modules with graphic-user-interfaced format are used in analysis of consolidation practices. For the purpose of verification of developed program. the results of case study and prediction of developed program are compared. The results of comparison is fairly well with prediction and measured data. And with varying finite strain consolidation parameter, g(e) or λ(e), the sensitivity of predicted values were examined.
Sang-Hyun Jun;Byung-Soo Park;Hyuk-Jae Kwon;Jong-Ho Lee
Geomechanics and Engineering
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제32권1호
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pp.1-20
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2023
To predict the consolidation behavior of dredged and reclaimed marine clays exhibiting consolidation settlement with large strains, the finite strain consolidation theory must be used. However, challenges in appropriately applying the theory and determining input parameters make design and analysis studies difficult. To address these challenges, design charts for predicting the consolidation settlement of reclaimed marine clays are developed by a numerical approach based on the finite strain consolidation theory. To prepare the design charts, a sensitivity analysis of parameters is performed, and influencing parameters, such as initial void ratio and initial height, as well as the non-linear constitutive void ratio-effective stresspermeability relation, are confirmed. Six representative Korean marine clays obtained from different locations with different liquid limits are used. The design charts for estimating the consolidation times corresponding to various degrees of consolidation are proposed for each of the six representative clays. The consolidation settlements predicted from the design charts are compared to those in previous studies and at an actual construction site and are found to agree well with them. The proposed design charts can therefore be used to solve problems related to the consolidation of reclaimed marine clays having large strains.
본 연구는 준설매립 점성토 지반의 토질정수를 효과적으로 구할 수 있는 자중 및 침투압밀시첨 기법과 현장 모형 실험장치의 개발을 중심으로 수행되었다. 이러한 모형 실험장치와 시험기법개발은 연약한 매립 지반의 침강-자중-재하압밀 과정에 대한 재현을 가능케하였다. 이러한 실험적 연구는 준설 점성토 지반의 자중압밀특성을 중심으로 이루어졌으며, 이론적인 연구로 매립점토 지반의 압밀해석시 Terzaghi의 1차원 압밀이론의 적용한계 등을 지적하였고, 이러한 문제점을 고려한 Mikasa의 자중 압밀이론을 토대로 유한차분해석을 실시하였다. 실내시험에 의해 군산 매립점토의 토질정수로 비체적-유효응력-투수계수 관계를 구하였으며 현장 모형실험을 통하여 투입단계부터 간극수압-토압-수위관계 및 침하량 등을 측정하였다. 시험에 의해 얻어진 결과는 Terzaghi의 방법과 Mikasa 자중압밀의 차분해석에 의해 비교.분석되었으며, 실측 침하량은 Terzaghi의 이론보다 Mikasa의 자중압밀이론이 비교적 잘 일치하였다.
A numerical study was performed to investigate characteristics of one-dimensional consolidation of soft clay. Results of consolidation tests with the remolded normally consolidation clay of having a very high initial void ratio were analyzed by using the numerical technique of finite difference method based on the finite strain consolidation theory, to evaluate consolidational characteristics of soft clay under surcharges on the top of clay. On the other hand, a numerical parametric study on soft clay consolidated due to its self-weight was also carried out to find its effect on one-dimensional consolidation. Terzaghi's conventional consolidation theory, finite strain consolidation theories with linear and non-linear interpolation of effective stress - void ratio - permeability relation were used to analyze the test results and their results were compared to each other to figure out the difference between them. Therefore, the validity of theories was assessed.
The theory of consolidation has been achieved remarkable development in terms of theory such as finite consolidation theory, two dimensional Rendulic consolidation theory. Though those theories are well defined, the analysis is by no means straightforward, because associated properties are very difficult to determine in the laboratory, Therefore Terzaghi's one dimensional consolidation theory and Barron's cylindrical consolidation theory are still widely used in engineering practice. The theoretical shortcomings of those consolidation theories and uncertainties of associated properties make inevitably some discrepancy between theoretical and field settlements. Field settlement measurement by settlement plate is, therefore, widely used to overcome the discrepancy. Ultimate settlement is one of the most important factor of embankment construction on soft soils. Nowadays the ultimate settlement prediction methods using field settlement data are widely accepted as a helpful tool for field settlement analysis of embankment construction on soft soils. Among the various methods of ultimate settlement prediction, hyperbolic method and Asaoka's method are most commonly used because of their simplicity and ability to give a reasonable estimate of consolidation settlement. In this paper, the reliability of hyperbolic method and Asaoka's method has been examined using analytical methods. It is shown that both hyperbolic method and Asaoka's method are significantly affected by the direction of drainage.
In this study, design charts for estimating consolidation settlement are proposed according to finite strain consolidation theory using a nonlinear constitutive relationship equation. Results of parametric sensitivity analysis shows that the final settlement, initial height, and initial void ratio exerted the greatest effect, and the coefficients of the void ratio-effective-stress. Proposed design charts were analyzed for three regions using a representative constitutive relationship equation that enables major dredged-reclaimed construction sites in Korea. The regional design charts can be calculated accurately for the final settlement because it is applied directly to the numerical analysis results, except for reading errors. A general design chart applicable to all marine clays is proposed through correlation analysis of the main parameters. A final self-weight consolidation settlement with various initial void ratios and initial height conditions should be estimated easily using the general design chart and constitutive relationship. The estimated final settlement using the general design chart is similar to the results of numerical analysis obtained using finite strain consolidation theory. Under an overburden pressure condition, design charts for estimating consolidation settlement are proposed for three regions in Korea.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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