• Geomechanics and Engineering
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• 제23권1호
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• pp.39-50
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• 2020

In order to understand the shear mechanical properties of the interface between clay and structure and better serve the practical engineering projects, it is critical to conduct shear tests on the clay-structure interface. In this work, the direct shear test of clay-concrete slab with different joint roughness coefficient (JRC) of the interface and different normal stress is performed in the laboratory. Our experimental results show that (1) shear strength of the interface between clay and structure is greatly affected by the change of normal stress under the same condition of JRC and shear stress of the interface gradually increases with increasing normal stress; (2) there is a critical value JRC_cr in the roughness coefficient of the interface; (3) the relationship between shear strength and normal stress can be described by the Mohr Coulomb failure criterion, and the cohesion and friction angle of the interface under different roughness conditions can be calculated accordingly. We find that there also exists a critical value JRC_cr for cohesion and the cohesion of the interface increases first and then decreases as JRC increases. Moreover, the friction angle of the interface fluctuates with the change of JRC and it is always smaller than the internal friction angle of clay used in this experiment; (4) the failure type of the interface of the clay-concrete slab is type I sliding failure and does not change with varying JRC when the normal stress is small enough. When the normal stress increases to a certain extent, the failure type of the interface will gradually change from shear failure to type II sliding failure with the increment of JRC.

• 지질공학
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• 제32권4호
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• pp.643-659
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• 2022

최근 지중저장기술(예, 온실가스 심지층 처분, 인공지열저류층 발전 등)이 활발히 수행됨에 따라, 유체 주입과 저장부지 안정성 사이의 역학적 관계에 관한 정량적 이해의 중요성이 인지되고 있다. 지중 유체 주입은 공극압 및 지중응력 교란과 지층의 역학적 불안정성을 야기할 수 있어, 유체 주입에 대한 다공탄성 수치 모형 구축이 요구된다. 본 연구에서는 순차적인 COMSOL-PyLith-COMSOL 유체 주입-유발지진 다공탄성 수치 모사를 수행한다. 유한요소 상용 소프트웨어인 COMSOL을 이용해 단층에 가해지는 쿨롱 파괴 응력(CFS) 변화를 시간에 따라 추적하였고, CFS 변화량이 임계값(예, 0.1 MPa)을 초과할 경우, 모형의 정보(기하구조, 물성 등)를 유한요소 오픈소스 코드인 PyLith로 이동시키는 알고리즘을 구축했다. PyLith는 단층의 미끄러짐을 모사하고, 미끌림에 의한 변위장을 획득한다. 이후 변위장을 COMSOL로 이동시켜 지진에 의한 응력 및 표면 변위를 계산한다. 수치 모사 결과, 주입 기간 중엔 주입정 근거리에서 큰 변화(공극압, CFS 변화 등)를 보였고, 주입 종류 후에는 잔류 응력이 원거리 영역으로 확산하는 양상이 나타났다. 이는 주입 종료 후 지속적인 모니터링의 필요성을 제안한다. 또한, 단층과 주입층 물성(예, 투수계수, Biot-Willis 계수)에 따른 CFS 변화량 비교는 주입정 위치 선정 시 주입층 및 주변 지층에 대한 물성 파악이 중요함을 의미한다. 단층 미끄러짐 양에 따른 표면 변위 및 이암층에 가해지는 편차응력은 다양한 단층 미끌림 시나리오 설정의 필요성을 지시한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.41-50
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• 2007

본 논문에서는 실트 함유율이 높은 모래에 대한 정규압밀 등방배수 및 비배수 삼축압축시험(NCIU 및 NCID) 결과를 나타내었다. 유효구속응력 $100\sim400kpa$하에서 실트 함유율이 63%인 낙동강 모래 시료를 사용하여 실험을 실시하였다. 실험결과, 모래질 실트는 초기에는 압축이 되지만 전체적인 응력-변형률 곡선에서 최종적으로 체적팽창반응을 보였다. 모래질 실트의 거동은 낮은 소성 특성으로 인하여 점토와 모래보다 비하여 그 특성을 묘사하기가 어려웠다. 특히, 시료는 파괴 후 전단과정에서 팽창현상을 보였다. 모래질 실트의 전단거동과 전단강도정수는 응력-변형률 거동과 Mohr-Coulomb 파괴규준에 의하여 결정되는데, 전단거동은 파괴 후 변형률 연화 경향과 같이 체적변화가 증가하는 것으로 관찰되었다. 본 논문에서 모래질 실트의 전단과정 동안에 발생되는 팽창거동은 모래 함유율 뿐만 아니라 저점착력을 가진 세립자의 함유율에 의해서도 달라졌다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.161-168
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• 2003

대부분의 자연상태의 사질토는 어느 정도 경화되어 있다. 경화의 정도는 흙의 체적변형 거동이나 강도에 중요한 영향을 준다. 경화된 사질토 지반의 중요한 특징은 사질토임에도 불구하고 굉장히 높이 서 있을 수 있다는 것이다. 많은 현장 관측이나 경화모래로 된 사면의 파괴 해석들은 기존의 사면해석방법이 적절하지 않다는 것을 보여준다. 이것은 단지 파괴면이 원호가 아니라는 점뿐만 아니라 파괴면에서의 전단응력이 실험으로부터 얻어진 전단강도보다 훨씬 작기 때문일 것이다. 이러한 사실은 파괴양상이 Mohr-Coulomb 전단파괴와 다르다는 것을 말한다. 이런 파괴는 파괴역학 개념과 이론으로 설명될지도 모른다. 이 논문에서는 파괴 역학 개념을 이용해서 경화모래로 이루어진 급경사 사면의 해석을 수행하였다. FEM 해석 결과는 파괴역학의 개념을 이용한 해석방법이 경화사질토로 이루어진 지반구조물의 설계나 안정해석에 훌륭한 대안임을 보여주고 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제14권6호
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• pp.1417-1431
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• 1994

본 연구에서 삼축압축시험기를 이용하여 낙동강유역 모래에 대한 상대밀도, 전단변형어속도, 구속압력의 변화에 의한 전단강도 특성을 고찰하였다. 그리고 Lade 모델과 수정 Lade 모델의 결과는 실험에 의하여 비교하였다. 전단변형제어속도, 상대밀도 그리고 구속압력변화에 의한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 낙동강유역의 모래에 대해 Coulomb의 식을 이용할 수 있는 응력의 한계는 변형제어속도가 0.08%/min일 때 120~200 kpa이고 0.5%/min일 때 120~150 kpa의 범위로 고찰되었다. 이들 한계범위들은 석회질 모래나 양입도의 석영질 모래에 비해 적게 나타났다. 2) 변형제어속도와 상대밀도 모두가 Lade 모델과 수정 Lade 모델에 필요한 매개변수에 많은 영향을 미친다. 따라서 현장에서는 하중조건과 지반조건을 정확히 파악하여 적절한 매개변수를 사용하는 것이 중요하다. 3) 변형제어속도와 상대밀도의 변화에 따른 구성모델식에 의한 파괴시 주응력비는 전반적으로 변형제어속도에는 큰 영향을 받지 않으나, 상대밀도와 구속압력이 구성 모델식의 결과에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 낙동강유역의 모래에 대한 응력-변형거동의 정확한 예측을 위해서는 다양한 조건에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 4) Lade 모델과 수정 Lade 모델에서 결정된 파괴시 주응력비와 파괴포락선의 내부마찰각을 실측치와 비교한 결과, 본 연구에서 사용된 구속응력 범위내에서는 Lade 모델이 수정 Lade 모델보다 평균적으로 실측치에 더 근접함을 보여 주었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.5-19
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• 2019

암반으로 구성되어 있는 급경사($65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$)비탈면이 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 자연현상을 고려할 때, 설계 및 초기 시공 단계에서 위와 유사한 지반 상태로 이루어진 깎기 암반비탈면에 대해 1:0.5(발파암 경사 기준)보다 급한 경사를 적용할 수 있을 것이다. 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반비탈면의 안정성을 검토하는 과정에서, 설계실무 측면에서 범용적인 암반강도정수 산정방법이 필요하게 되었다. Hoek 등(2002)이 수정 보완하여 발표한 Hoek-Brown 파괴기준과 GSI분류는 불연속구조의 영향을 충분히 고려한 암반특성화 시스템으로 평가되었으며, 응력변화에 따라 등가 Mohr-Coulomb 강도정수(등면적법)를 산출하는 방법을 제안하였다. 비탈면에서는 등가 M-C 강도정수가 최대구속응력(${{\sigma}^{\prime}}_{3max}$ 또는 수직응력)변화에 따라 민감하게 변화하므로 실무적으로 활용하기에 어려운 점이 있다. 이 연구에서는 양호한 연속체 암반비탈면에 대해 최대구속응력 범위이내에서 범용적으로 적용할 수 있는 강도정수산정방법(등각분할법)을 H-B 파괴기준을 응용하여 제안한다. 등각분할법 강도정수(A)의 타당성 및 적용성을 평가하기 위해, 연구대상 암반비탈면을 기존 실시설계 현장 인근에 있는 급경사 비탈면에서 암석종류별(화성암, 변성암, 퇴적암)로 선정하고, Hoek이 제시한 등가 M-C 강도정수(등면적법)들과 비교 분석하였다. 등면적법 및 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 기본적인 자료인 기존 실시설계 현장의 실내 암석 삼축압축시험과 연구대상 암반비탈면의 불연속구조의 특성조사(Face Mapping)를 통해 RocLab 프로그램(H-B 파괴기준을 기본으로 전산화된 지반정수 산정 소프트웨어)을 활용하여 산정하였다. 산정된 등면적법 등가 M-C 강도정수는 상호 연동되어 점착력과 내부마찰각이 아주 크거나($45^{\circ}$ 이상) 작게 나타났다. 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 등면적법 등가 M-C 강도정수의 중간 정도이며, 내부마찰각은 $30^{\circ}{\sim}42^{\circ}$의 범위를 보인다. 연구대상 암반비탈면의 등각분할법 강도정수(A)와 기존 실시 설계 현장에서 연구대상 암반비탈면과 유사한 암반상태(동일 등급 RMR)에 적용한 강도정수(B)와 비교 분석하고, 이 지반정수들로 적용한 비탈면 안정해석(한계평형해석과 유한요소해석) 결과를 통해 제안한 등각분할법의 적용성을 간접적으로 평가하였다. A와 B의 강도정수 차이는 10% 정도이다. 한계평형해석 결과(우기 기준), A적용 안전율(Fs)=14.08~58.22(평균 32.9), B적용 안전율(Fs)=18.39~60.04(평균 32.2)이며, 각 동일한 암석종류에 따라 상호 유사하게 나타났다. 유한요소 해석 결과, A적용 변위=0.13~0.65mm(평균 0.27mm), B적용 변위=0.14~1.07mm(평균 0.37mm)으로 매우 유사하다. H-B 파괴기준을 응용하여 등각분할법으로 산출한 지반 정수를 실무적인 전단강도로 적용할 수 있는 적용성 평가에서 유의미한 결과를 확인할 수 있었다.