• Coupled systems mechanics
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• 제3권2호
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• pp.233-245
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• 2014

Coupled finite element analysis is carried out to study the effect of degree of saturation on the vertical displacements and pore water pressures simultaneously by developing a FORTRAN90 code. The finite element formulation adopted in the present study is based upon Biot's consolidation theory to include partially saturated soils. Numerical methods are applied to a two-dimensional plane strain strip footing (flexible) problem and the effect of variable degree of saturation on the response of excess pore water pressure dissipation and settlement of the footing is studied. The immediate settlement in the case of partly saturated soils is larger than that of a fully saturated soil, the reason being the presence of pore air in partially saturated soils. On the other hand, the excess pore water pressure for partially saturated soil are smaller than those for fully saturated soil.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.91-100
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• 2012

부분포화토의 물리적 특징 중 하나인 함수특성곡선(soil-water characteristic curve)은 모관흡수력과 체적함수비의 관계를 나타낸다. 함수특성곡선은 지반의 습윤과정과 건조과정의 이력현상을 보여줄 수 있으나, 일반적으로 함수특성 곡선을 표현하는 방법은 이러한 이력현상을 무시한다. 또한 함수특성곡선의 고유한 형태는 흙의 간극비와 토립자들의 변형을 유발할 수 있는 외부의 여러 가지 하중들에 의해 언제든지 변화될 수 있다. 그러므로 여러 흙들이 가지고 있는 함수특성곡선과 토립자들 변형 사이의 관계에 대해서 실험적인 측면과 해석적인 측면의 차이점에 대해 이해가 필요하다. 실험적으로 1차 건조과정, 습윤과정 그리고 2차 건조과정으로 그려지는 전형적인 함수특성곡선들이 얻어진다. 이러한 이력현상을 갖는 함수특성곡선에서 습윤과정의 실험은 어려운 시험방법과 많은 시간소요가 필요하기 때문에 일반적으로 첫 번째 건조과정의 실험 결과를 불포화 투수계수와 전단강도 함수를 예측하기 위한 부분포화토의 물리적 특성으로 결정한다. 본 연구는 화강풍화토와 실트질 흙을 대상으로 유한요소해석 프로그램을 이용하여 부분포화토의 중요한 물리적 특성을 갖는 함수특성곡선의 1차 건조과정과 습윤과정 차이인 흙의 체적 변형과 이력현상에 대한 수리학적-역학적 흙의 거동특성을 비교 검토하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권3호
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• pp.95-102
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• 2011

불포화 지반을 이루고 있는 흙의 알갱이, 물과 공기의 연계해석이 전체 지반의 변형에 미치는 영향을 알아보고자, 흙 알갱이와 물의 두 가지 요소로 해석되어지는 기존 관점과의 차이를 분석하고 그에 대한 원인을 비교하였다. 열역학적 가정을 토대로 평형방정식을 이용하여 불포화토 거동을 지배하는 물과 공기의 흐름 관계를 유한요속해석을 위한 수학적인 알고리즘을 유도하여 배수시험 수치해석을 통해 기존 문헌과 비교 검증하였다. 3상으로 이루어진 불포화토 거동을 통해서 흙의 알갱이와 물과의 상호작용에서 공기압의 역할을 분석하여 불포화 지반 내에 물과 공기의 두가지 흐름에 대해 지반공학적인 적용성을 알아보았다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제11권5호
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• pp.35-43
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• 2010

불포화 투수계수는 모관흡수력(또는 함수비)과 간극률의 함수로 정의되어야 한다. 그러나 기존 상용프로그램이나 문헌에 개발된 모델들은 모관흡수력 만의 함수로써 정의 되어왔다. 사면의 안정성은 수리학적인 측면과 흙의 전단강도 특성들이 모두 고려되어야 한다. 이 두 가지 특성에 대한 해석은 상용 프로그램인 Seep/W, Sigma/W 그리고 Slope/W(Geo-Slope, 2007) 같은 상호 연계가능한 해석 프로그램을 이용한다. 이런 해석 방법으로 강우시 불포화 침투수를 고려하고 흙의 변형을 예측하며 결국에는 사면의 안정성 평가에 예측하고 있다. 불포화 침투수를 해석하는 Seep/W 프로그램은 흙의 변형은 고려하지 못하고 단지 불포화 침투해석만을 수행한다. 그래서 흙의 변형을 고려하기 위해 Sigma/W 프로그램을 연계하여 실제 사면에서 발생하는 침투에 의한 흙의 변형을 모사하고 있다. 이와 같이 동시에 발생하는 침투와 흙의 변형을 구현하기 위해 여러 연구자들이 새로운 모델들을 개발하고 있지만, 현재로서는 각각의 해석을 연계하여 실제로 일어나는 현상에 접근하고 있는 실정이다. 본 연구는 기존 프로그램을 이용하여 연계해석에 의한 결과와 동시해석과 유사한 알고리즘을 이용하여 해석한 결과를 비교하여 동시해석의 타당성을 검증하고자 하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권1호
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• pp.77-87
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• 2022

Many geotechnical analyses require the investigation of water flow within partially saturated soil zone to incorporate the effect of climatic conditions. It is widely understood that the hydraulic properties of the partially saturated soil should be included in the transient seepage analyses. However, the characteristics of dual porosity soils with dual-mode water retention curve are normally modelled using single-mode mathematical equation for simplification of the analysis. In reality, the rainwater flow can be affected significantly by the dual-mode hydraulic properties of the soil. This paper presents the variations of safety factor for dual porosity soil slope with dual-mode water retention curve and dual-mode unsaturated permeability. This paper includes the development of the new dual-mode unsaturated permeability to represent the characteristics of soil with the dual-mode water retention curve. The finite element analyses were conducted to examine the role of dual-mode water retention curve and dual-mode unsaturated permeability on the variations of safety factor under rainfall loading. The results indicate that the safety factor variations of dual porosity soil slope modelled using the dual-mode water retention curve and the unsaturated permeability equation are lower than those of dual porosity slope modelled using single-mode water retention curve and unsaturated permeability equations.

• Geomechanics and Engineering
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• 제31권2호
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• pp.223-235
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• 2022

Bearing capacity of shallow foundations is often determined for either dry or saturated soils. In some occasions, foundations may be subjected to external loading which is inclined and/or eccentric. In this study, the ultimate bearing capacity of shallow foundations resting on partially saturated coarse-grained cohesionless and fine-grained cohesive soils subjected to a wide range of combined vertical (V) - horizontal (H) - moment (M) loadings is rigorously evaluated using the well-established limit equilibrium method. The unified effective stress approach as well as the suction stress concept is effectively adopted so as to simulate the behaviour of the underlying unsaturated soil medium. In order to obtain the bearing capacity, four equilibrium equations are solved by adopting Coulomb failure mechanism and Bishop effective stress concept and also considering a linear variation of the induced matric suction beneath the foundation. The general failure loci of the shallow foundations resting on unsaturated soils at different hydraulic conditions are presented in V - H - M spaces. The results indicate that the matric suction has a marked influence on the bearing capacity of shallow foundations. In addition, the effect of induced suction on the ultimate bearing capacity of obliquely-loaded foundations is more pronounced than that of the eccentrically-loaded footings.

• Geomechanics and Engineering
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• 제37권2호
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• pp.109-122
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• 2024

Standard triaxial cells are commonly used to measure the mechanical behavior of saturated soils. However, this type of standard system is difficult to use for unsaturated soil specimens since it cannot measure the changes in the pore-air volume and pressure. This paper proposes to extend the measurement possibilities of the standard triaxial testing device in a simple way and to adapt it to partially saturated soils. The system is supplied by two hygrometers installed at each end of the cylindrical unsaturated specimen to measure local relative humidity, which allows the derivation of suction. The volumetric strain of the specimen is calculated by analyzing digital photos captured from the outside of the transparent cell wall. Specimens made of kaolin clay, having different hydraulic properties, were tested to verify the reliability of the measurements, and thus, the relevance of the proposed techniques to study the mechanical behavior of unsaturated soils.

• Geomechanics and Engineering
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• 제9권5호
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• pp.669-685
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• 2015

A three-dimensional elastoplastic constitutive model, also known as a UH model (Yao et al. 2009), was developed to describe the stress-strain relationship for normally consolidated and over-consolidated soils. In this paper, an acoustic tensor and discriminator of bifurcation for the UH model are derived for the strain localization of saturated clays under undrained and fully and partially drained conditions. Analytical analysis is performed to illustrate the points of bifurcation for the UH model with different three-dimensional stress paths. Numerical analyses of cubic specimens for the bifurcation of saturated clays under undrained and fully and partially drained conditions are conducted using ABAQUS with the UH model. Analytical and numerical analyses show the similar bifurcation behaviour of overconsolidated clays in three-dimensional stress states and various drainage conditions. The results of analytical and numerical analyses show that (1) the occurrence of bifurcation is dependent on the stress path and drainage condition; and (2) bifurcation can appear in either a strain-hardening or strain-softening regime.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.117-127
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• 2010

대부분의 지하구조물들은 불포화 지반에 건설되어있는 경우가 많으므로, 본 논문에서는 불포화토의 겉보기 점착력이 지반 굴착시 거동에 미치는 영향에 관하여 연구하였다. 이를 위해 압력판 추출시험, 불포화 삼축압축시험, Trap-door 시험을 수행하여 다양한 범위의 겉보기 점착력에서 지반의 거동이 어떻게 변화하는지 관찰하였다. 그 결과 완전 포화와 완전 건조 상태일 때는 지반이 거의 같은 거동을 보이고, 불포화 상태일 때는 함수비의 증가에 따라 그 거동이 매우 달라짐을 알 수 있었다. 이를 통해 겉보기 점착력이 지하 구조물 굴착 시 매우 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권10호
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• pp.57-64
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• 2007

현재 불포화토에 대한 많은 연구가 진행되어 왔고 최근 들어 많은 연구자들이 불포화지반의 안정성을 보다 합리적으로 판단하고 해석하기 위해 불포화상태를 고려한 연구의 필요성을 제기하여 왔다. 이를 위해서는 흡인력에 대한 전단강도의 증진효과를 정량화하고 이를 안정해석에 적용하는 것이 요구되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 불포화 사질토의 전단강도 특성을 규명하기 일해서 국내에 널리 분포하는 화강풍화토 7가지를 대상으로 불포화 삼축압축시험을 수행하였으며, 결과치를 분석하여 강도특성을 규명하고자 한다.