대형 직접전단시험과 대형 삼축압축시험에 의한 조립재료의 전단강도 비교

서민우(Seo Minwoo),김범주(Kim Bumjoo),하익수(Ha Iksoo) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.1

댐이나 항만 건설시 재료로 사용되는 조립재는 입자크기가 일반 토사에 비해 매우 크기 때문에 이러한 재료에 대해서 전단시험을 수행할 때에는 가급적 대형 전단시험장치를 사용하는 것이 보다 정확한 결과를 얻기 위해 바람직하다. 대형 전단시험장치로는 일반적으로 대형 직접전단시험장치와 대형 삼축압축시험장치가 있으나 일반 토질시험장치와 비교해 제작과 보급, 운영 등의 어려움 때문에 현재까지 국내에서 두 시험장치를 사용하여 시험을 수행한 실적은 많지 않은 편이다. 본 연구에서는 댐 축조재로 사용되는 입경이 큰 조립재료를 대상으로 시료의 평균 입자크기와 공시체 크기, 연직응력(구속압) 조건 등에 차이가 있는 총 6개 case에 대해서 대형 직접전단시험과 대형 삼축압축시험을 수행하고 두 시험간 전단강도 특성의 차이를 비교하였다. Mohr-Coulomb 강도규준에 의한 전단강도를 기준으로, 대형 직접전단시험을 통해 산정된 전단강도가 대형 삼축압축시험을 통해 산정된 전단강도보다 전체적으로 크게 나타났으며 또한, 1,000㎪ 수직응력에 대해 두 시험간 산정된 전단강도를 비교한 결과 대형 직접전단시험에 의한 전단강도가 대형 삼축압축시험에 의한 전단강도보다 약 10∼70% 크게 나타나 입경이 작은 일반 토사와 비교해 그 차이가 크고, 대형 직접전단시험결과의 분산도가 상대적으로 높은 것으로 나타났다. Since the particle sizes of the coarse materials used in dam or harbor constructions are much larger than those of typical soils, it is desirable that large shear testing apparatuses are used when performing shear tests on the coarse materials to obtain as accurate results as possible. Two large-scale shear testing apparatuses, large direct shear testing apparatus and large triaxial shear testing apparatus, are commonly used. Currently in Korea, however, there have not been many cases in which shear tests were done using the large apparatus due to mainly difficulties in manufacturing, diffusing, and operating them. In present study, both large direct shear tests and large triaxial shear tests were performed on the coarse materials, which are used as dam fill materials, for 6 test cases in which particle sizes, specimen sizes, vertical pressure (confining pressure) conditions were little different, and then, the shear strength characteristics of the materials were compared with the two different shear tests. The test results showed that, by the Mohr-Coulomb failure criterion, overall the shear strength obtained by the large direct shear tests was larger than that by the large triaxial shear tests. Moreover, the shear strength under the normal stress of 1,000 ㎪ was about 10 to 70% larger for the large direct shear tests than for the large triaxial shear tests, revealing the larger differences in the coarse materials, compared to typical soils.

대형직접전단시험과 개별요소법을 이용한 지오그리드로 보강된 궤도하부구조층의 전단거동 평가

피지현(Jihyun Pi),오정호(Jeongho Oh) 한국철도학회 2014 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.10

본 연구에서는, 대형직접전단시험을 이용하여 입도분포가 다른 도상자갈과 화강풍화토를 사용하여 모형 노반을 형성하고 지오그리드 보강 유무에 따른 실험결과와 개별요소법(PFC 3D프로그램)을 이용한 수치해석의 결과를 비교하여 전단특성에 미치는 영향을 알아보았다. 실험결과 전단강도는 무 보강시 재료 입경의 크기와 비례하여 나타났으며, 도상자갈과 화강풍화토로 구성된 이형 노반에서의 지오그리드 보강효과가 도상자갈만으로 이루어진 단일 조건보다 증가되는 것을 확인하였다. 이는 지오그리드의 격자 크기와 재료의 입자 크기는 밀접한 상호작용의 영향을 받는 것으로 판단되며, 개별요소해석을 통해서 이를 검증하고자 하였다. 실제 사용된 지오그리드 규격과 동일하도록 개별요소를 구성하고 기본 물성치들을 기존의 연구에 근거하여 산정한 후, 인장실험을 반복 모사하여, 실제 제품의 인장강도와 같은 조건이 되는 보정된 미시물성치를 산정할 수 있었다. In this study, we evaluated the shear response of geogrid reinforced track substructure using a large scale direct shear test and discrete element based numerical analysis using PFC 3D program. The direct shear test was conducted using ballast materials that have different particle size distributions and weathered granite soil. The test results revealed that the shear strength generally increased with the particle size in case of control condition without geogrid reinforcement. The effectiveness of geogrid reinforcement was found to be enhancing when we modeled two layer system composed of ballast material over weathered granite soil than one layer condition that has only ballast material, and this indicates that the interaction between geogrid and materials is significantly influenced by the size of geogird rib and material. Consequently, we conducted numerical analysis to verify this finding. Currently, the discrete element modeling of tested geogrid was successfully completed by calibration process to have actual tensile strenght proved by manufacturer based on repeated tensile strength test simulations.

HDPE 표면처리 지오멤브레인의 경계면 전단강도에 관한 연구

김세진(Sejin Kim),윤희정(Heejung Youn) 한국지반환경공학회 2016 한국지반환경공학회논문집 Vol.17 No.2

본 논문에서는 HDPE 표면처리(textured) 지오멤브레인의 경계면 전단거동을 파악하고자 하였다. 표면처리 지오멤브레인과 marl, 그리고 직포(woven geotextile)와의 경계면에서 발생하는 경계면 전단강도를 측정하였으며, 표면처리의 영향을 파악하기 위해 매끈한(smooth) 지오멤브레인과 직포와의 경계면 전단강도를 측정하여 비교·분석하였다. 경계면 전단강도는 대형직접전단 시험기를 이용하여 측정하였으며, 다양한 조건에 대해 거동 변화를 알아보기 위해 수침조건과 수직응력을 변화시켰다. 시험에 사용된 수직응력은 총 6단계로 저압(12, 24, 45kPa)과 고압(100, 500, 1,000kPa)으로 구분하여 적용하였다. 시험결과 수침에 의한 경계면 전단강도의 감소는 유의미한 수준으로 나타났으며, 수직응력의 영향은 불확실했다. 표면처리 여부에 따라 경계면 전단강도는 큰 차이를 보여주었는데 매끈한 지오멤브레인의 경계면 전단강도는 표면처리 지오멤브레인에 비해 절반까지 감소하는 것으로 나타났다. This paper evaluates the interface shear strength of HDPE textured geomembrane. The interface shear strength between textured geomembrane and marl, and textured geomembrane and woven geotextile were measured; and the smooth geomembrane was used to evaluate the effect of “texture” on the interface shear strength. The interface shear strength was measured using a large direct shear testing device under several conditions including the presence of water, and the normal stresses that were 12, 24, 45, 100, 500, and 1,000 kPa. From testing results, it was found that there was meaningful reduction in the interface shear strength in the presence of water, but the effect of normal stress was not clear. The interface shear strength was measured to be significantly different for smooth geomembrane, whose strength was measured to be as small as half that of the textured geomembrane.

쇄석과 저회의 혼합다짐말뚝의 전단강도와 Clogging 현상 규명

이동엽(Lee Dongyeup),강형남(Kang Hyongnam),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.3

본 논문에서는 모래에 비해 배수성이 떨어지지 않으며 지지력이 우수할 것으로 판단되는 쇄석을 사용하여 연약점성토지반에서 쇄석다짐말뚝을 시공 후 쇄석간의 공극에 점토입자의 유입으로 인해 배수능을 상실하는 Clogging 현상에 대한 대체방안을 규명하고자 하였다. 이러한 Clogging 현상의 억제방안으로 국내 화력발전소에서 발생되는 산업폐기물인 석탄회 중 재활용 방안이 미비한 저회의 활용 가능성을 높여 보고자 쇄석과 저회의 적정 혼합비의 다짐시험에 따라 대형직접전단시험을 실시하여 최대전단 강도와 내부마찰각을 파악하고, 그에 따른 Clogging 현상의 특성에 대해 실험을 실시하였다. 따라서, 쇄석과 저회의 혼합비에 따른 지지력 및 강도특성을 파악하여 적정 혼합비를 찾고, 현장과 같은 Clogging 현상을 육안으로 확인할 수 있도록 모형토조를 제작하였으며 적정 혼합비에 따른 배수능을 비교?분석하였다. 실험결과 각 혼합비에 따른 대형직접전단시험에서 쇄석과 저회의 혼합비가 80:20일 때 전단강도와 내부마찰각이 가장 크게 나타났으며 Clogging 시험에서도 쇄석 100%의 다짐말뚝보다 Clogging 억제 효과가 점진적으로 뛰어남을 확인하였다. The rammed aggregate compaction pile method is widely used as soft ground improvement method because of the installed piles improve not only overall composite capacity but also discharge capacity. But the discharge capacity is declined when the clogging is generated due to the clay penetration into voids of rammed aggregate compaction pile with the time elapsed. The purpose of this study is to reduce the clogging problem occurred in rammed aggregate compaction pile constructed in the soft ground and to minimize voids of rammed aggregate compaction pile. The proper mixing ratio was determined which is based on the results of the large scale direct shear tests conducted to get strength and permeability as optimum mixing ratio of crushed stone and bottom ash. The test results indicated that the highest internal friction angle was obtained at 80:20 mixing ratio of crushed stone and bottom ash. The internal friction angle was declined when the mixing ratio of the bottom ash increased over 20%. The results of the clogging tests, presented that the mixture of 80:20 crushed stone and bottom ash is highest effective of clogging than ratio of pure crushed stone.

점토지반에 적용된 저회다짐말뚝의 치환율에 따른 압밀침하특성 및 전단특성

박세현(Park Sehyun),지성현(Jee Sunghyun),천병식(Chun Byungsik) 한국지반환경공학회 2010 한국지반환경공학회논문집 Vol.11 No.7

국토의 70%를 산이 차지하고 있는 우리나라의 여건으로 볼 때 효율적이고 경제적인 연약지반 개량의 필요성이 점차 높아 지고 있다. 해양개발을 위한 연약지반개량 공법에는 모래다짐말뚝공법, 치환공법, 프리로딩공법, 대기압공법, 지하수위 저하공법, 팩드레인공법, 생석회말뚝공법 등이 있는 데, 그 중 모래다짐말뚝공법은 모래의 수급이 어려워져 수입하는 등의 경제적인 문제점과 모래채취로 인한 자연 훼손의 문제점을 야기하므로 이에 대한 대책공법이 시급한 실정이다. 최근, 모래와 공학적 성질이 유사한 화력발전소 부산물인 저회를 대체 재료로 활용하기 위한 연구가 이루어지고 있으나 연약지반 개량 재료로 활용하기 위한 연구는 미미한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 10~80%의 치환율로 복합지반을 조성하여 대형직접전단시험, 전단시험, 표준압밀시험을 실시한 후 저회다짐말뚝의 전단특성과 압밀특성을 규명하였다. 연구결과 저회다짐말뚝의 치환율이 증가에 따라 전단강도 정수는 증대하고, 침하저감 계수 및 t??은 감소하는 경향이 나타났다. The necessity of effective and economical improvement for soft ground is required more and more as mountains form 70% of country. The soft ground improvement methods for ocean development are sand compaction pile method, displacement method are applied to the soft ground improvement from ocean development pre-loading method, air pressure method, well point method, pack drain method, quicklime pile method etc. Among them, the sand compaction pile method, has many problems such as the economical problem on importing materials due to the lack of sand and destroying the nature while collecting sand. To replace the sand with other alternative materials, a study on the bottom ash compaction pile method because the bottom ash has the similar engineering properties with sand. Therefore, in this study, after compose the complex soil with a replacement rate of 10~80% and a large direct shear test, shear test, consolidation test with replacement rates of bottom ash are performed to estimate whether its shear and consolidation characteristics are suitable for the alternative material of compaction pile method. As a result of test, Shear Strength Parameters tend to be increased in accordance with the increase of replacement ratio of bottom compaction pile, and Settlement Reduction Factor and t?? tend to be decreased.

조립재료와 지오신세틱스의 접촉면 마찰특성 평가

장용채(Chang Yongchai),이승은(Lee Seungeun),서지웅(Seo Jiwoong) 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.5

본 연구에서는 대형직접전단시험을 이용하여 조립재료와 지오신세틱스 사이의 접촉면 마찰특성을 비교하여, 조립재료인 고둥껍질과 쇄석간의 조립재료특성을 파악하여 고둥껍질의 효용성을 높이는데 그 목적이 있다. 이 연구를 위하여 모형지반을 조립재료인 쇄석 또는 고둥껍질로 형성하여 부직포 또는 지오스트립 지오신세틱스를 포설 전단시켜 마찰계수와 마찰각을 비교 분석하였다 .분석결과 쇄석의 단위중량이 13.7kN/㎥ 일 때 33.8°, 고둥껍질의 단위중량이 5.4kN/㎥ 일 때 35.4°의 내부마찰각을 나타내었다. 또한 지오신세틱스와 쇄석의 접촉면 마찰각이 지오신세틱스와 고둥껍질 접촉면 마찰각보다 크게 나타났다. The purpose of the study was to evaluate how much gastropod shell effected its properties better than crushed stone as coarse grained materials by comparing friction properties of a contact surface between coarse grained materials and geosynthetics with the large-scale direct shear test. To achieve the purpose, the study compared and analyzed friction coefficient and friction angle by making crushed stone or gastropod shell into model ground and by installing and shearing non-woven fabric or geostrip geosynthetics. As the results of the analysis, crushed stone had the internal friction angle of 33.8° when its unit weight was 13.7 kN/㎥ and gastropod shell had the internal friction angle of 35.4° when its unit weight was 5.4 kN/㎥. Also, the friction angle of a contact surface between geosynthetics and crushed stone was larger than the friction angle of a contact surface between geosynthetics and gastropod shell.

쇄석다짐말뚝에 발생하는 간극막힘 저감방안에 관한 수치해석적 연구

정재원(Jaewon Jeong),이승준(Seungjun Lee),박노원(Nowon Park),천병식(Byungsik Chun) 한국지반환경공학회 2013 한국지반환경공학회논문집 Vol.14 No.1

현재 연약지반 처리에 있어 장기침하 및 부등침하, 지지력 부족으로 인한 지반 전단파괴 및 허용 침하량 초과 등과 같은 지반공학적 문제점들을 보완하고자 연약지반의 침하 저감 및 지지력 증대, 압밀촉진을 목적으로 SCP 공법과 GCP 공법이 대표적으로 적용되고 있다. 그러나 압밀촉진효과 즉, 두 다짐말뚝의 배수능 차이에 대해서는 아직 충분히 규명되지 않을 뿐 아니라 특히 실무에서는 GCP 공법의 간극막힘 현상을 최소화시키기 위한 노력으로 소정 비율의 모래를 혼입하여 다짐말뚝을 적용하고 있지만, 이 또한 정량적으로 명확하게 규명되어 있지 않고 경험적인 방법으로 수행되고 있는 실정에 있다. 따라서 본 연구에서는 SCP와 GCP, GCP에 소정의 모래를 혼합한 형태의 공법에 대한 압밀촉진효과를 비교 · 평가하기 위하여 각각의 다짐말뚝이 적용된 복합지반에 먼저 대형직접전단시험을 수행하여 큰 지지력을 나타낼 것으로 기대되는 배합비를 산정하여, PFC3D를 활용한 개별요소법과 MIDAS GTS를 활용한 유한요소해석을 수행하여 간극막힘 현상을 저감할 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 대형직접전단시험 결과, 배합비쇄석:모래가 70:30에서 가장 큰 지지력이 기대되는 것으로 추정되며 수치해석을 수행한 결과, 기존 쇄석다짐말뚝에 소정의 모래를 혼입함으로써 지지력 확보와 간극막힘 현상 저감 및 간극수를 더 빨리 배출하여 연약지반을 더 빨리 안정화할 수 있을 것으로 사료된다. Recently, engineering problems such as long-term settlement, differential settlement, and the resultant structural damage, have been frequently reported at construction sites. Use of Sand Compaction Piles(SCP) and Granular Compaction Piles(GCP) are good at remedying existing problems, improving bearing capacity and promoting consolidation. However, such compaction piles have the potential for clogging, which would limit their usability. Investigations into the potential for clogging in SCP, GCP, and GCP mixed with sand has not been thoroughly conducted and is the objective of this current study. Large scale direct shear tests were performed on sections of SCP, GCP, and sand mixed GCP to evaluate bearing capacity. Discrete Element Method analyses were conducted with PFC3D and Finite Element Analyses were conducted with MIDAS GTS to propose an algorithm to help reduce clogging in the granular compaction piles. Results from the large scale direct shear test and multiple simulations suggest a 70% gravel and 30%sand mixing ratio to be optimal for bearing capacity and reducing clogging.

굵은 입자가 포함된 풍화토의 전단강도 평가에 대한 실험연구

김준석 한국재난정보학회 2024 한국재난정보학회 논문집 Vol.20 No.1

Purpose: In this paper, an experimental study was conducted to analyze the difference in shear strength caused by the problem of excluding coarse particles due to the size of the test specimen in the direct shear test. Method: A large-scale direct shear test was conducted on three weathered soils containing coarse aggregates with a maximum diameter of 50mm. In addition, a small direct shear test was performed using a sample with a maximum diameter of 5 mm, excluding coarse aggregates. Result: In the case of the small direct shear test, compared to the results of the large direct shear test containing large particles, the internal friction angle was about 2.3% smaller, and there was no significant difference. In terms of adhesion, compared to the large direct shear test, the small direct shear test derived about 80.3% smaller value, showing a relatively large difference.Conclusion: In the large direct shear test, it was analyzed that the coarse particles had a greater impact on the adhesion than the internal friction angle. Therefore, granite weathered clay containing coarse particles is judged to have the same shear strength as the adhesive force that is not affected by vertical stress. In this study, it was analyzed that the small direct shear test, which excludes the coarse particles that are commonly used, provides results on the safety side by excluding the effect of coarse particles.