대형삼축시험기를 이용한 댐재료의 전단강도특성 연구 : (Shear Strength Characteristics of Rockfill Materials using Large Triaxial Testing Apparatus)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a large cyclic triaxial testing apparatus was successfully developed first in Korea. The new apparatus produced as a result of this study can be used in determining accurately the design parameters of rockfill materials, evaluating the stress-strain characteristics of coarse materials, and obtaining the dynamic parameters for the behaviour analysis of fill dam during earthquake. This apparatus has a great extensibility to various areas of geotechnical testing as well.</단락>

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 우리나라 최초로 국내기술에 의하여 한국형 대형진동삼축시험기를 개발·설치를 성공적으로 완료하였으며, 본 연구를 통해 개발된 시험기는 록필재료의 설계정수를 정확하게 산정하고 댐의 상시 및 지진시 거동을 해석하는데 필요한 각종 수치해석용 입력 파라메타를 산정하는데 가장 유용하게 활용될 수 있다. 또한 본 시험기는 확장성이 뛰어나 향후 필요에 따라서 액상화시험과 같은 각종 시험이 가능하도록 개조 또는 개선이 용이한 장점이 있다. 본 시험기를 이용하여 대곡댐 본댐 ZONE-3 및 ZONE-4재료에 대하여 전단강도 및 변형특성 등을 조사한 결과 강도정수는 37~45.3° 로서 대부분 설계 강도정수를 상회하는 것으로 나타나 선정된 댐 재료가 축조재료로서 적정한 것으로 나타났으며, 변형특성을 나타내는 쌍곡선 모델(hyperbolic model)에 사용되는 각종파라메타는 기존문헌에 제시된 값과 다소 차이가 있는 것으로 나타나 앞으로 댐의 설계나 안정성 검토시에는 문헌에 의한 값이 아닌 대형삼축시험 결과를 사용하여야 할 것으로 판단된다. 향후 연구과제로서는 댐의 지진해석시 필수적 입력값인 10^{-5}이하의 미소변형율범위에서의 동적물성치 산정에 필요한 미소변형율 측정시스템을 구축하는 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론
• 1.1 연구배경
• 1.2 연구목적
• 1.3 연구내용 및 방법
• 1.3.1 연구내용
• 1.3.2 연구방법
• 제2장 국내·외의 대형삼축시험기의 개발 및 이용현황
• 2.1 대형삼축시험기의 개발역사(최형식, 1999)
• 2.2 AIT의 대형삼축시험기(이영휘, 1999)
• 2.2.1 개요
• 2.2.2 삼축챔버(Triaxial Chamber)
• 2.2.3 연직하중장치(Vertical Loading Unit)
• 2.2.4 오일펌프장치(Hydraulic (Oil Pump) Unit)
• 2.2.5 공기압 및 물 조절장치(Air Pressure and Water Control Unit)
• 2.2.6 전기적 측정 및 제어 장치(Electrical Measuring and Control unit)
• 2.3 스웨덴 왕립기술연구소(Royal Institute of Technology)
• 2.4 일본 건축연구소
• 2.5 일본 Obayashi 연구소
• 2.6 (주)Maruto제작소
• 2.6.1 모델명 SG-86(전기·유압 서보식)
• 2.6.2 모델명 SG-2046
• 2.7 Fujita시험연구소의 대형삼축시험기
• 2.8 대형삼축시험의 비용현황
• 제3장 대형삼축시험기 설계 및 제작의 일반론
• 3.1 삼축시험기의 설계 및 제작의 원칙
• 3.2 삼축실의 종류
• 3.2.1 타입 1
• 3.2.2 타입 2
• 3.2.3 타입 3
• 3.2.4 타입 4
• 3.2.5 타입 5
• 3.2.6 타입 6
• 3.2.7 타입 7
• 3.3 축수부의 종류
• 3.3.1 타입 A
• 3.3.2 타입 B
• 3.3.3 타입 C
• 3.3.4 타입 D
• 3.3.5 타입 E
• 3.3.6 타입 F
• 3.3.7 타입 G
• 3.4 로드셀의 설치위치
• 3.5 가압, 재하 및 측정 시스템
• 3.5.1 시스템의 유연구조화
• 3.5.2 측압
• 3.5.3 간극수압
• 3.5.4 축하중
• 3.5.5 축변위
• 3.5.6 미소 축변위의 측정
• 3.5.7 체적변화 (포화공시체)
• 3.5.8 불포화공시체의 체적변화
• 3.6 대형삼축시험용 공시체 제작장치
• 3.6.1 충격다짐방식
• 3.6.2 진동다짐방식
• 3.6.3 다짐시험장치 사용현황 (일본 토목연구소)
• 제4장 한국형 대형삼축시험기의 개발 및 설치
• 4.1 설계 및 제작의 기본방침
• 4.2 설계 및 제작
• 4.2.1 본체 (main body)
• 4.2.2 삼축실 (triaxial chamber)
• 4.2.3 연직재하장치(vertical loading unit)
• 4.2.4 구속압 발생장치(confining pressure generator)
• 4.2.5 유압발생장치(hydraulic pressure generator)
• 4.2.6 공기-물 조절장치 (air & water control unit)
• 4.2.7 전기적 계측 및 제어장치 (electric measuring & controlling unit)
• 4.2.8 공시체 제작장치
• 4.2.9 제어프로그램
• 4.3 설치
• 4.3.1 설치계획
• 4.3.2 설치
• 제5장 조립재료의 역학적 특성
• 5.1 기본적 특성
• 5.1.1 조립재료의 정의
• 5.1.2 역학적 성질
• 5.2 전단강도 특성
• 5.2.1 지반재료의 전단강도의 정의
• 5.2.2 전단강도식
• 5.2.3 전단강도에 영향을 미치는 인자들
• 5.2.4 시험방법과 관련한 특성
• 5.3 변형특성
• 5.3.1 변형특성 일반
• 5.3.2 쌍곡선 모델 (Kulhawy-Duncan-Seed의 모델)
• 5.3.3 정적 변형특성
• 5.3.4 동적 변형특선
• 5.4 기존댐 축조재료의 전단강도 및 변형특성 적용현황
• 5.4.1 전단강도 특성
• 5.4.2 변형특성
• 제6장 대형삼축시험에 의한 댐재료의 전단강도 및 변형특성 분석
• 6.1 시험개요
• 6.2 시험방법
• 6.2.1 공시체 제작방법
• 6.2.2 대형삼축시험 방법
• 6.2.3 대형직접전단시험 방법
• 6.3 시험결과의 정리방법
• 6.3.1 강도정수의 산정방법
• 6.3.2 쌍곡선 모델 변수의 산정방법
• 6.4 시험결과 및 분석
• 6.4.1 기본물성
• 6.4.2 시험입도
• 6.4.3 전단강도특성
• 6.4.4 대형직접전단시험 결과와의 비교 분석
• 6.4.5 변형특성
• 6.5 포아송비의 산정
• 6.5.1 포아송비∼반경방향변형율의 관계
• 6.5.2 포아송비의 구속응력 의존성
• 6.6 고찰
• 6.6.1 전단강도 특성
• 6.6.2 변형특성
• 제7장 운영 및 유지관리 방안
• 7.1 운영방안
• 7.1.1 대형삼축시험기의 활용
• 7.1.2 시험 인력
• 7.2 유지관리 방안
• 7.2.1 시험기
• 7.2.2 공구 및 소모품
• 제8장 결론 및 향후 과제
• 8.1 결론
• 8.2 향후 과제
• 참고문헌