Consolidation Model and Numerical Analysis for Soft Clay Ground Considering Characteristics of Material Function

물질함수특성을 고려한 연약 점토지반의 압밀모델 및 수치해석

Terzaghi's one-dimensional consolidation theory has some important assumption, which can't be applicable to predict the behavior of soft clay ground. Especially, predictions using infinitesimal strain and linear material function related with permeability can give rise to mistake in comparison with the result of real behavior in site. For this reason, Gibson et al. established a rigorous formulation for the one-dimensional nonlinear finite strain consolidation theory, which can consider non-linearity of material function. But it is difficult to apply this theory to predict the behavior of common soft clay ground with vertical drain. In this study, consolidation model which can consider the vertical and horizontal flow of a fully saturated clay layer, self-weight of soil and nonlinear characteristics of compressibility and permeability are derived. Numerical analysis scheme, which can be applied to consolidation analysis by derived consolidation model in this study was developed. The characteristics of material function were examined using laboratory testing such as standard consolidation test, Rowe-cell test and modified consolidation test.

Terzaghi의 1차원 압밀이론은 그 유도과정에 있어 몇 가지 중요한 가정사항을 내포하고 있으며, 이로인해 이 이론을 연약 점토지반의 압밀거동에 적용하는데는 많은 모순이 발생할 수 밖에 없다. 특히, 미소변형 및 선형 물질함수에 대한 가정은 실제 현장의 압밀현상과 비교할 때 많은 오류를 발생시키는 원인으로 작용한다. 이러한 이유에서, Gibson 등은 물질함수의 비선형성을 고려할 수 있는 1차원 비선형 유한변형률 압밀이론에 대한 엄밀해를 발표하였다. 그러나, 이 이론은 연직배수공법이 적용된 일반적인 연약 점토지반의 압밀현상에는 적용시킬 수 없다는 단점을 내포하고 있다. 본 연구에서는 포화된 지반의 수직 및 수평방향 배수를 고려하며 지반의 자중 및 투수성과 압축성에 대한 물질함수의 비선형적 특성을 반영할 수 있는 압밀모델을 제안하였다. 또한 제안된 모델을 실제 압밀현상에 적용하기 위한 수치해석 기법을 개발하였다. 수치해석에 이용된 물질함수의 특성은 표준압밀 시험 및 로우셀 시험, 개량 표준압밀 시험등을 이용하여 산정되었다.