Journal of the Korean Geotechnical Society (한국지반공학회논문집)

Korean Geotechnical Society (한국지반공학회)
권호 표지

Micromechanical Analysis on Anisotropic Elastic Deformation of Granular Soils

미시역학을 이용한 사질토의 이방적 탄성 변형 특성의 해석

  • 정충기 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템 공학부) ;
  • 정영훈 (서울대학교 공과대학 지구환경시스템 공학부)
  • Published : 2004.07.01
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Abstract

Anisotropic characteristics of deformation are important to understand the particular behavior in the pre-failure state of soils. Recent experiments show that cross-anisotropic moduli of granular soils can be expressed by functions of normal stresses in the corresponding directions, which is closely linked to micromechanical characteristics of particles. Granular soils are composed of a number of particles so that the force-displacement relationship at each contact point governs the macroscopic stress-strain relationship. Therefore, the micromechanical approach in which the deformation of granular soils is regarded as a mutual interaction between particle contacts is one of the best ways to investigate the anisotropic elastic deformation of soils. In this study, a numerical program based on the theory of micromechanics is developed. Generalized contact model for the irregular contact surface of soil particles is adopted to represent the force-displacement relationship in each contact point far the realistic prediction of anisotropic moduli. To evaluate the model parameters, a set of analytical solutions of anisotropic elastic moduli is derived in the isotropic stress condition. A detailed procedure to determine the model parameters is proposed with emphasis on the practical applicability of micromechanical program to analyze the elastic behavior of the granular soils.

흙의 이방적 변형 특성은 파괴 이전 상태의 변형 거동을 정확히 이해하기 위한 중요한 특성 중 하나이다. 최근 활발히 이루어지고 있는 실험적 연구 결과는 사질토fl서 나타나는 이방적 탄성계수가 직교 이방 탄성이론으로 표현될 수 있으며, 또한 각 방향의 수직 탄성계수가 해당 방향의 수직 응력에 의한 지수 함수로 표현될 수 있음을 보여준다. 이러한 사질토의 탄성계수 이방성은 입자의 미시역학적 특성과 밀접한 관계가 있다. 사질토는 수많은 입자에 의해 구성된 입상체이므로 각 입자간의 접촉면에서 나타나는 힘-변위 관계가 거시적 인 입상체의 응력-변형률 관계를 지배한다. 따라서 사질토의 변형을 입자 간 상호 작용으로 해석하는 미시역학적 접근 방법은 흙의 이방적 변형 특성을 연구하는 가장 좋은 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 미시 역학 이론을 토대로 흙의 이방적 탄성 변형 특성을 예측하는 수치해석 프로그램을 개발하였다. 실제 토립자의 불규칙한 접촉면 상태를 간략하게 모사할 수 있는 접촉 모델을 제시하였다. 삼축 시험 등의 일반적인 역학 시험으로부터 얻을 수 있는 거시적 탄성 응력-변형률 관계로부터, 미시역학 모델에 필요한 변수를 결정할 수 있는 해석해를 유도하였다 실내 시험을 통해 구할 수 있는 거시적 탄성계수와 해석해를 이용하여 모델 변수를 구하는 방법을 구체적으로 제시하였다.

Keywords

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