A Critical Liquefaction Resistible Characteristic of Saturated Sands Based on the Cyclic Triaxial Test Under Sinusoidal Loadings

Laboratory dynamic tests are carried out to assess the liquefaction potential of saturated sands in most countries. However, simple results such as the maximum cyclic shear stress and the number of cycles at initial liquefaction are used in the experimental assessment of liquefaction potential, even though various results can be obtained from the dynamic test. In addition, it seemed to be inefficient because more than three dynamic tests with different stress ratio have to be carried out to draw a liquefaction resistance experimental curve. To improve the present assessment method fur liquefaction potential, a new critical resistible characteristic far soil liquefaction is proposed and verified through conventional cyclic triaxial tests with Jumunjin sand. In the proposed method, various experimental data such as effective stress path, stress-strain relationship, and the change of excess pore water pressure can be used in the determination of cumulative plastic shear strains at every 1/4 cycle. Especially, the critical cumulative plastic shear strain to initiate liquefaction can be defined in a specific point called a phase change point in the effective stress path and it can be calculated from a hysteric curve of stress-strain relationship up to this point. Through this research, it is found that the proposed cumulative plastic shear strain can express the dissipated energy to resist dynamic loads and consider the realistic soil dynamic behavior of saturated sands reasonably. It is also found that the critical plastic shear strain can be used as a registible index of soils to represent the critical soil dynamic state, because it seems to include no effect of large deformation.

정현하중재하 진동삼축시험에 기초한 포화사질토의 액상화 한계저항특성

국내 액상화 상세평가에 관한 시방내용을 살펴보면, 지진을 정현하중으로 고려한 등가전단응력개념에 기초하여 전단응력을 달리한 3회 이상의 액상화 발생 실내진동시험을 수행하고 이를 토대로 액상화 저항응력비 곡선을 도시하여 지진규모별로 적용할 것을 명시하고 있다. 즉, 현행 액상화 상세평가에서는 실내진동시험결과인 응력, 변형률, 과잉간극수압, 유효응력, 응력 경괴의 변화 등의 다양한 결과들을 효과적으로 이용하지 못하고 최대전단응력과 액상화 발생시 진동재하횟수라는 단순한 시험결과만을 이용하여 액상화 평가를 수행한다. 본 연구에서는 현행 액상화 상세평가에서의 단순한 시험결과의 이용을 탈피하여 응력, 변형률, 그리고, 과잉간극수압 시간이력들과 응력-변형률 상관관계 및 유효응력경로 등의 다양한 실내진동시험 결과를 토대로 액상화 발생메카니즘을 포함한 지반의 동적저항상태를 분석하였다. 특히, 과잉간극수압의 영향을 고려한 동적 유효응력경로가 지반의 동적거동을 효과적으로 구분하여 나타낼 수 있는 점을 발견하고 이를 토대로 지반의 동적상태를 점진적 응력감소, 급진적 응력감소, 그리고 액상화 후 극한상태의 3단계로 구분하였다. 또한, 액상화 현상이 실제적으로 점진적 응력감소에서 급진적 응력감소로 전환되는 시점에서 대변형을 동반하여 발생한다는 사실을 발견하고 이를 액상화 상태전환시점으로 정의하였으며 이러한 액상화상태전환시점이 압축제하 또는 인장재제하로 하중방향이 바뀌는 시점에서 발생하는 점을 반영하여 1/4주기별 시험결과분석에 기초하여 저항특성을 나타내었다. 그리고, 본 연구를 통해 제안된 액상화 저항특성에 대한 타당성 검토를 위해 과잉간극수압으로 인해 발생하는 지반재료 내부에서 소산되는 에너지 개념과 기제안된 교란상태개념에 기초한 액상화 저항특성과 비교하였다. 연구결과, 제안된 누적 소성 전단변형률은 액상화 발생의 원인이 되는 과잉간 극수압의 영향을 합리적으로 표현하고 있을 뿐만 아니라 진동하중으로부터 소산되는 재료 내부의 에너지 변화를 신뢰성 높게 표현하고 있는 것으로 나타났다. 특히, 제안된 지반의 한계 저항특성의 경우, 기제안된 교란도 함$.$수에 기초한 수치해석방법보다 정확하게 대변형의 영향을 포함하지 않고 한계상태를 표현하고 있는 것으로 나타났다.