• Geomechanics and Engineering
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• 제35권2호
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• pp.209-219
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• 2023

This paper presents numerical investigations into the particle crushing effect on the shear properties of gravel under direct shear condition. A novel particle crushing model was developed based on the octahedral shear stress criterion and fragment replacement method. A series of direct shear tests were carried out on unbreakable particles and breakable particles with different strengths. The evolutions of the particle crushing, shear strength, volumetric strain behavior, and contact force fabric during shearing were analyzed. It was observed that the number of crushed particles increased with the increase of the shear displacement and axial pressure and decreased with the particle strength increasing. Moreover, the shear strength and volume dilatancy were obviously decreased with particle crushing. The shear displacement of particles starting to crush was close to that corresponding to the peak shear stress got. Besides, the shear-hardening behavior was obviously affected by the number of crushed particles. A microanalysis showed that due to particle crushing, the contact forces and anisotropy decreased. The mechanism of the particle crushing effect on the shear strength was further clarified in terms of the particle friction and interlock.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.41-53
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• 2009

조립재료의 입자 형상이 입자 파쇄 전개 및 전단 거동 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 개별요소법(DEM, discrete element method)을 이용하여 직접전단시험을 수치해석적으로 모델링하였다. PFC(Particle Flow Code)내의 clump 모델 및 cluster 모델을 이용하여 6가지 형상의 입자를 생성하여 이를 원형입자의 직접 전단거동과 비교 분석함으로써 입자형상의 영향을 연구하였다. 연구결과, PFC에 의해 모델링된 직접 전단모델의 수치해석 결과는 실내 실험결과와 잘 일치하였으며, 따라서 본 연구 결과의 타당성을 입증하였다. 입자 형상 관점에서 모나고 거친 입자의 내부마찰각이 상대적으로 둥글고 매끄러운 입자에 비해 큰 값을 나타냈으며, 입자 파쇄 또한 많이 발생하는 것을 확인하였다. 이때 입자파쇄는 전단면근처에 집중되며 전단대를 형성하였다. 따라서 본 연구에서 제시한 수치해석 모델은 향후입자 파쇄를 포함한 조립재료의 전단강도 특성 연구에 다양하게 적용될 수 있다고 판단된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제10권2호
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• pp.1-12
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• 2011

조립재료의 입자 결합 및 파쇄 형태가 전단거동 특히 잔류 전단거동 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 개별요소법(DEM, discrete element method)에 기초를 둔 프로그램인 PFC(Particle Flow Code)를 이용하여 링 전단시험을 수치해석적으로 모델링하였다. 본 연구에서는 PFC내의 clump 모델 및 cluster 모델을 이용하여 두 개의 비파쇄모델 그리고 두 개의 파쇄모델을 포함한 총 네 개의 모델을 제시하였다. Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 Lobo-crushing 모델의 적합성을 검토하였다. 또한 링 전단시험 모델링의 결과 분석을 통하여 직접전단시험 모델링 결과와 비교하였다. 연구 결과, 잔류 전단거동 분석을 위해서는 링 전단시험의 모델링이 필수적임을 알 수 있었다. 또한 잔류 전단강도 분석을 위해서는 Lobo-crushing 모델이 부적합함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 제시한 수치해석 모델은 향후 입자 파쇄를 포함한 조립재료의 잔류 전단강도 특성 연구에 다양하게 적용될 수 있다고 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권1호
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• pp.1-8
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• 2018

This paper presents an investigation of the liquefaction characteristics and particle crushing of isotropically consolidated silica sand specimens at a wide range of confining pressures varying from 0.1 MPa to 5 MPa during undrained cyclic shearing. Different failure patterns of silica sand specimens subjected to undrained cyclic loading were seen at low and high pressures. The sudden change points with regard to the increasing double amplitude of axial strain with cycle number were identified, regardless of confining pressure. A higher cyclic stress ratio caused the specimen to liquefy at a relatively smaller cycle number, conversely producing a larger relative breakage $B_r$. The rise in confining pressure also resulted in the increasing relative breakage. At a specific cyclic stress ratio, the relative breakage and plastic work increased with the rise in the cyclic loading. Less particle crushing and plastic work consumption was observed for tests terminated after one cyclic loading. Majority of the particle crushing was produced and majority of the plastic work was consumed after the specimen passed through the phase transformation point and until reaching the failure state. The large amount of particle crushing resulted from the high-level strain induced by particle transformation and rotation.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제9권1호
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• pp.47-57
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• 2010

기초 지반이나 댐, 사면 등을 건설할 경우, 성토재로 입자 크기가 큰 조립 재료를 많이 사용하고 있다. 따라서 이러한 조립재료의 전단 거동은 구조물의 안정성에 영향을 미치게 된다. 예를 들어, 구조물과 입자의 접촉면 혹은 입자들간의 접촉면에서 발생하는 입자 파쇄는 전체 지반의 특성을 변화시키고 따라서 구조물의 안정성에 문제를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 입자의 파쇄 유무에 따른 전단 거동의 특성을 파악하기 위해 개별요소법(DEM, Distinct Element Model)을 기반으로 하는 수치해석 프로그램 PFC2D를 이용하여 직접전단실험을 재현하였다. 입자의 모델을 파쇄 모델과 비 파쇄 모델로 구분하여 총 4개의 모델을 모사하고 그 결과를 분석하였다. 비 파쇄 모델에는 one ball 모델과 clump 모델이, 파쇄 모델에는 cluster 모델과 Lobo-crushing 모델을 적용하였다. 입자의 구성은 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)가 제안한 8개 입자의 조합으로 구성하였다. 해석 결과, 내부마찰각 순서는 clump 모델 > cluster 모델 > one ball 모델 순이며, 전체를 비교해 봤을 때 원형입자모델보다 입자 결합모델이, 파쇄 모델보다 비 파쇄 모델의 내부마찰각이 크게 나타났다. 또한 기존에 제시된 Lobo-Guerrero and Vallejo(2005)의 모델은 입자 파쇄 거동을 모사하기에는 부적합하다는 결론을 얻을 수 있었다.

• 한국광물학회지
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• 제23권4호
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• pp.297-303
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• 2010

본 연구에서는 파쇄 메커니즘이 상이한 파쇄기(함마 크럿셔와 롤 크럿셔)와 파쇄회로(개회로 및 폐회로)를 사용하여 각각의 파쇄기 종류에 따른 백운석 파쇄산물의 입도분포와 파쇄특성에 대해 알아보았다. 함마 크럿셔로 파쇄한 경우, 100 mesh 이하의 미분이 약 34 wt.%로 롤 크럿셔로 파쇄한 경우보다 약 3 배 이상 높았다. 또한 14~25 mesh 산물은 롤 크럿셔로 파쇄할 경우, 함마 크럿셔로 파쇄한 경우에 비하여 약 20 wt.% 이상 많이 생성되었다. 35 mesh 이하의 산물은 함마 크럿셔로 파쇄 시 전체의 약 80 wt.% 정도였다. 두 파쇄기 모두 개회로에 비해 폐회로 파쇄 시 미분의 발생률이 감소하였다. 광석에 따른 적절한 파쇄기 및 파쇄회로의 선택에 따라 목적하는 입도의 산물을 효율적으로 얻을 수 있다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 춘계 학술발표회
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• pp.136-145
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• 2009

Factors influencing shear behavior of granular material include particle size, shape, distribution, relative density, particle crushing, etc. In this study, these factors are characterized by viewpoint of shear behavior using numerical analysis based on DEM. Geometrical particle shape is represented by a combination of small circular particles and influence of particle shape on crushing is studied through relative comparisons between clump (uncrushable) and cluster (crushable) models which are modeled using DEM. Also, particle shape is quantified by the dimensionless parameters such as circularity and convexity. The results indicate that particle shape indexes have a negative association with internal friction angle. Also, internal friction angle becomes reduced and failure envelop curve becomes nonlinear due to the particle crushing. It is also found that numerical results are quite good agreement with the experimental test conducted in this study.

• 지질공학
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• 제24권1호
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• pp.23-38
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• 2014

아랍에미리트연합(UAE)의 Ruwais지역 Sabkha층 탄산질 모래는 석영질 모래와는 구성성분이 다르며 낮은 외부하중에서 쉽게 입자파쇄가 발생한다. 이러한 지반은 상부하중으로 인한 입자파쇄를 유발하여 추가 침하가 발생하며 전단강도가 감소하게 된다. 이러한 문제에 대한 구체적인 연구를 위하여 표준압밀시험과 삼축압축시험을 수행하여 탄산질 입자의 파쇄에 대한 다양한 공학적 특성을 분석하고자 하였다. 그 결과 탄산질 모래는 선행입자파쇄 정도에 따라서 파괴시 전단 응력의 크기가 다르게 나타났다. 즉, 응력경로를 나타내는 p-q 다이어그램에서 p' > p인 경우가 발생하였으며, 이때 내부 공극이 외부로 노출되어 음(-)의 간극 수압이 발생되었다. 또한, 입자파쇄로 인하여 증가하던 q값이 감소하였다. 삼축압축시험결과 탄산질 모래의 선행입자파쇄 정도에 따라서 압축시 발생되는 간극수압의 형태가 다르게 나타나 Sabkha층 탄산질 모래의 입자파쇄시 나타나는 다양한 거동특성을 알 수 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제14권9호
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• pp.57-65
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• 2013

탄산질 모래는 낮은 구속압에서도 입자파쇄가 발생하며 이로 인해 높은 압축성을 나타내기 때문에 입자파쇄가 강도 및 변형특성에 중요한 영향을 미친다. 본 논문은 탄산질 모래로 구성된 Sabkha층에 Tank 설치를 위하여 시험성토 및 Hydrotest를 수행한 후 지반의 침하거동을 비교 분석한 것이다. 현장 Sabkha층 시료는 압밀시험결과 80~170kPa에서 입자파쇄가 발생하였고, 화학조성을 분석한 결과 석영질 모래에서 검출되지 않은 칼슘성분이 다량 검출되어 입자파쇄가 잘 일어날 수 있음을 알 수 있었다. 입자파쇄가 발생하지 않은 시험성토에서는 성토완료 이틀만에 간극수의 소산과 침하가 완료되었으나 입자파쇄응력보다 큰 200kPa의 하중이 재하된 Hydrotest에서는 충수 후 장기침하거동이 발생하여 시험성토의 침하거동과는 상이한 결과를 나타내었다. 따라서 현장 Sabkha층에 입자파쇄하중 이상의 하중이 재하될 경우 입자파쇄로 인한 즉시침하와 파쇄된 입자의 재배열로 인한 이차압축침하가 발생됨을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.740-746
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• 2010

Most important characteristics of calcareous sand are the particle angularity and hollow structure. These characteristics lead to the different behavior of calcareous sand compared to siliceous sand. This study performs a series of dilatometer test using calibration chamber, in order to analyze the effect of particle characteristic of calcareous sand on DMT indices. From experimental test, it is observed that the horizontal stress index($K_D$) and dilatometer modulus($E_D$) of calcareous Jeju sand is underestimated compared to siliceous sand. This is because the particle crushing during penetration induces the less contraction of the dilatometer membrane. A slightly smaller influence of particle crushing is reflected in $E_D$ rather than $K_D$, because $P_1$ pressure reflects the deformation characteristics of un-crushed particle relatively well. It is also observed that $K_D$ of Jeju sand is differently influenced by the vertical effective stress compared with that of siliceous sand.