• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.111-122
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• 2009

지반에 포함된 입자의 용해작용은 흙의 강도를 저하시키고, 지하구조물의 침하를 발생시킨다. 본 논문에서는 입자용해시 혼합재의 물리적 특성 변화를 조사하고자 하였다. 침하량 측정과 전단파 측정과 같은 거시적 반응을 평가하기 위해, 소금과 모래로 구성된 혼합재를 사용하였다. 또한, 광탄성(photoelastic) 디스크와 얼음 디스크 혼합재를 이용하여 힘 연결고리(force chain), 간극, 접촉점수(coordination number), 그리고 수평력 변화와 같은 미시적 거동을 분석하였다. 소금-모래 혼합재에서 전단파는 압밀셀에 설치된 다단의 벤더 엘리먼트로 측정되었고, 광탄성 디스크-얼음 디스크 혼합재의 역학적 거동은 로드셀과 디지털 이미지를 이용하여 분석되었다. 실험결과, 소금의 용해시 전단파 속도는 초기에는 감소한 후에 증가한 후 일정한 값으로 수렴하였다. 용해가능 입자의 크기가 커질수록 그리고 입자패킹이 불규칙해질수록 입자용해시 수평력의 변화가 더 커지는 것을 알 수 있었다. 용해 후, 간극비는 증가했고, 접촉점수는 감소하였다. 본 연구에서는 힘 연결고리, 간극비, 접촉점수와 같은 입자의 거동변화가 전단파 속도와 전체시스템의 수평력 변화 같은 전체적인 거동에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.5-16
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• 2009

포화된 연약지반의 거동 특성은 선행압밀하중을 기점으로 다양하게 변하기 때문에 정확한 선행압밀하중 산정은 연약지반 평가시 상당히 중요한 설계정수 이다. 선행압밀하중 평가를 위한 기존 방법들은 하중에 따른 침하량만을 산정할 뿐 입자의 미소변형 거동에 따른 입자 자체의 특성은 고려되지 않았다 본 논문의 목적은 입자의 미소변형 거동 특성을 반영한 전단파 속도를 이용하여 선행압밀하중을 산정하기 위한 방법을 제안하고 검증하는 것이다. 본 연구에서는 부산, 인천, 광양 지역에서 채취된 비교란 시료를 이용하였다. 횡방향 구속($K_0$ 조건)하에서 축 하중을 증가 시키며 전단파 속도를 측정 할 수 있는 벤더 엘리먼트가 설치된 압밀 셀을 이용하였다. 선행압밀하중은 기존에 널리 사용되고 있는 Casagrande (e-log p') 방법, Sridharan (log (1+e)-log p') 방법, 그리고 Onitsuka (In(1+e)-log p') 방법으로 산정하여 본 논문에서 제시된 방법으로 산정된 선행압밀하중과 비교하였다. 본 연구는 전단파 속도를 이용하여 선행압밀하중을 평가 할 수 있는 새로운 방법을 제안하였으며, 이는 미소변형 거동 특성을 고려한 새로운 방법으로 적용되기를 기대한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.71-83
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• 2007

사질토의 액상화에 대한 저항강도는 포화도를 나타내는 B값(간극수압계수)에 크게 의존한다. P파 속도($V_p$)는 현장에서 비교적 쉽게 측정이 이루어지고 B값에 따라 값이 크게 변하기 때문에 지하수위 아래에 위치한 지반의 포화도를 예측하고자 할 때 효율적으로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 포화가 가능하도록 개선된 Stokoe식 비틂전단(Torsional Shear, TS) 시험 시스템에 벤더엘리먼트(BE)와 가속도계를 부착하여 동일한 시험시편에 대하여 S파와 P파 속도를 측정할 수 있도록 하였고, 또한 비배수 비틂전단 시험에서 유발되는 과잉간극수압을 동시에 측정할 수 있도록 하였다. 일본의 토요라 모래를 사용하였고, 3가지 상대밀도(40%, 50%, 75%)에서 B값을 달리하여 비틂전단 시험을 수행하였다. 시험결과를 바탕으로 B값에 따른 S파 속도와 P파 속도를 기존의 이론식과 비교 분석하였고, 반복하중에 의한 과잉간극수압의 증가 및 이를 이용하여 획득한 반복한계 전단변형률의 B값에 대한 영향을 평가하였다. 또한 추후 현장에서 B값이 고려된 간극수압 및 반복한계 전단변형률의 직접적인 예측을 위해, 시험이 수행된 각 B값을 대응하는 P파 속도로 변환하여 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권8호
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• pp.17-33
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• 2007

지반의 전단파 속도 주상도를 도출하는데 있어 다운홀 기법은 하나의 시추공을 이용하고 간단한 지표면 가진원을 사용하므로 매우 경제적이다. 그러나 실험을 통해 획득한 신호에서 전단파 성분의 도달시간 정보를 정확히 도출하지 못할 경우 최종 결과의 신뢰성이 떨어지게 된다. 따라서 다운홀 기법에 있어 최종 결과의 신뢰성을 높이기 위해 도달 시간 정보의 결정 방법에 대한 고찰은 매우 중요하다. 본 논문에서는 총 6가지 방법을 이용하여 다운홀 시험을 통해 획득한 신호에서 도달시간 정보를 획득, 비교하고자 하였으며 각 방법에 대한 효율적인 비교 및 검증을 위하여 유한요소 해석 및 실내 모형 토조 시험을 수행하였다. 유한요소 해석을 이용한 검증에서는 모델의 입력치와, 실내 모형 토조에서는 벤더 엘리먼트 시험 결과와의 비교를 통해 각 방법의 오차정도를 비교해 보았다. 초동 추정 방법의 결과는 다른 방법에 비해 오차정도가 매우 컸다. 다른 방법들 또한 획득 파형의 특성에 따라 오차 정도가 달랐으며 정확한 값을 제공하지 못하는 것을 볼 수 있었다. 그 중에서 상호상관법이 적용성이 가장 뛰어난 것으로 판단되었으며 현장 시험 데이터를 이용한 추가적인 검토를 통해 확인할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권1호
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• pp.91-99
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• 2008

본 연구에서는 대형 챔버에 낙사법에 의한 고결시료 조성시 모래와 고결유발제인 석고의 재료분리를 방지하기 위한 방법을 검토하고, 콘관입시험, 딜라토미터 시험, 벤더엘리먼트 시험을 수행하여 조성된 시료의 균질성을 평가하였다. 시료 낙사시 발생하는 재료분리를 최소화하기 위해 모래 중량비 0.5%의 물로 모래시료 표면을 습윤시키고, 석고를 모래표면에 골고루 흡착시킨 후 시료를 낙사하였다. 일반적인 세립분 포함 모래시료와 같이 건조상태 모래와 석고의 혼합시료는 석고함유율이 증가할수록 최대/최소 간극비가 감소하였지만, 습윤상태 모래와 석고의 혼합시료는 석고함유율이 적은 초기의 최대/최소 간극비가 증가하는 경향을 보였다. 조성된 시료의 연직방향 론선단저항, 딜라토미터 수평응력지수, 딜라토미터 계수, 재료지수, 그리고 수평방향 전단파속도는 매우 균등하게 측정되었으며, 이로써 시료의 균질성이 매우 양호한 것으로 평가된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권12호
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• pp.103-111
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• 2008

지반은 화학적 및 물리적인 작용으로 인하여 지반 자체가 용해되어 지반 재료 자체가 자연적으로 소실(Vanishing)되는 입자를 포함하고 있다. 지반의 소실은 입자로 구성된 재질에서 국부적인 간극 및 투수계수의 증가와 같은 미소구조의 변화를 유발하여 지반의 강도와 변형에 영향을 미친다. 본 논문에서는 지반 재료의 소실 발생 시 대상지반의 국부적인 강성의 변화특성을 파악하기 위하여 소금과 모래를 여러 가지 부피비로 혼합하여 사용하였다. 실험은 전단파 측정을 위한 벤더 엘리먼트가 설치된 압밀셀을 이용하여 수행하였다. 입자의 용해는 다양한 구속응력 하에서 시료를 포화시켜 수행하였다. 축방향 변형률과 전단파 신호를 매 하중 단계와 입자용해 시 측정하였다. 실험 결과, 입자 용해 후 축방향변형률과 간극비는 증가하였고, 전단파 속도와 최대전단탄성계수는 감소하는 것으로 나타났다. 입자 용해로 인한 간극비 증가와 입자간의 접촉이 감소하여 전단파 속도가 감소하였다. 입자가 용해되는 동안 수직변형률은 포화 시작점에서 급격히 증가하였으며 입자 용해가 완료되면서 수렴하였으며, 전 단파속도는 시작 시 감소하였다가 입자가 재배열되면서 증가하는 것으로 나타났다. 모래와 소금으로 구성된 시료는 지반소실재의 거시적 구조 거동에 의미있는 결과를 보여줄 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제24권8호
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• pp.125-135
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• 2008

모래 입자와 연약한 고무 입자로 이루어진 강-연성 혼합재의 응력-변형 및 전단파 특성을 평가하기 위해 고무와 모래의 부피비(sf)와 입자 크기비(sr)를 달리하는 시료를 조성하였다. 벤더 엘리먼트가 설치된 압밀셀을 이용하여 응력-변형시험 및 $K_o$ 상태에서의 미소변형 전단파 시험을 실시하였다. 일정한 입자 크기비를 가지는 강-연성 혼합재는 강성의 입자에서 연성의 입자로 거동이 전이되는 응력-변형 및 미소변형 전단파 특성을 보였다. 또한, $G_{max}=\;{\Lambda}({\sigma}'_{o}/kPa)^{\zeta}$ 관계에서 모래의 부피비(sf)가 $0.4{\sim}0.6$인 구간에서 $\Lambda$계수가 급격히 증가하며 $\zeta$ 지수는 최대값을 보이는 것으로 관찰되었다. 전이 혼합재는 구속응력의 변화에 매우 민감한 거동을 보이며 연성인 고무입자는 재하 하중에 의해 쉽게 변형되므로 최소 간극율을 가지는 강-연성 혼합재의 부피비는 재하된 응력의 크기에 좌우된다. 실내시험을 이용한 본 연구에서는 입자 크기 비와 모래 부피비가 강성 입자와 연성 입자의 혼합재료 거동을 결정하는 것으로 요인으로 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권11호
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• pp.47-54
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• 2006

비고결화된 흙의 전단파 속도는 모세관 현상을 무시할 수 있는 경우 유효응력의 함수로 표현할 수 있다. 그러나 지반에서의 응력상태는 등방성인 경우보다는 이방성인 경우가 대부분이므로 이러한 유효응력은 파가 전파되는 방향과 입자가 움직이는 방향의 두 가지로 나눠진다. 또한, 전단파 속도는 입자 특성에 따라 실험적으로 결정되는 ${\alpha}$계수와 ${\beta}$지수에 영향을 받는데 ${\beta}$지수의 경우 입상 매질(particulate material)의 접촉 특성(입자크기, 입자모양, 입자들의 구조)에 따라 결정되며, ${\alpha}$계수는 패킹(packing)의 형태(즉, 간극률과 coordination number), 입자를 만드는 재료의 특성, 입자간의 접촉 거동, 구조의 변화에 따라서 변화한다. 본 연구에서는 입자구조의 특성이 다른 점토, 모래, mica등의 재료로 압밀시험을 실시하고 벤더 엘리먼트를 통하여 유효응력 방향과 입자 이방성에 따른 전단파 속도를 측정하였다. 연구 결과, 둥근 입자로써 입자자체가 등방성인 경우에는 응력이방성에 의하여 전단파 속도의 크기가 달라지는 것으로 나타났다. 또한 전단파 속도는 동일한 응력 하에서 입자 배열에 의존하는 것으로 나타났다. 이번 연구는 지반구조물의 설계와 시공 시 전단파 속도와 전단탄성계수는 매우 신중하게 계산되고 사용되어져야 함을 제시하고 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.5-16
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• 2009

본 연구는 콘 관입시험(CTP)과 딜라토미터시험(DMT)을 이용한 부산지역 점토의 최대전단탄성계수 추정($G_{max}$)에 관한 것이다. 이를 위해 부산신항 지역과 녹산지역에서 피에조콘 관입시험(CPT) 및 달라토미터시험(DMT)를 수행하였으며, 비교란 시료를 채취하여 hybrid oedometer 시험을 실시하였다. Oedometer 내벽에 장착된 벤더엘리먼트로 전단파 속도를 측정하여 최대전단탄성계수를 산정하였으며, 이를 바탕으로 부산점토의 최대전단탄성계수와 구속응력, 간극비, 응력이력간의 관계를 파악하였다. 현장시험 및 실내시험을 분석한 결과, $q_t$와 $G_{max}$의 상관계수 ${\alpha}_G$는 소성지수에 반비례하는 것으로 나타났으며, $E_D$와 $G_{max}$의 상관계수 $R_G$는 ($I/I_D$)$(p_a/{\sigma}'_v)^{0.5}$와 비례관계를 나타냈다. 이러한 관계를 바탕으로 본 연구에서는 CPT와 DMT 시험으로부터 $G_{max}$를 추정하는 방법을 개발하였으며, 제안된 방법은 부산점토의 최대전단탄성계수를 적절하게 예측하는 것으로 관찰되었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.47-56
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• 2014

겨울철의 낮은 기온으로 인하여 지반 내부의 간극수는 동결과 융해를 반복한다. 지반에 이러한 동결-융해작용이 반복되면 흙의 입자구조 변형이 발생하며 이는 지중 기반시설에 손상을 가져올 수 있다. 본 연구는 흙의 동결-융해 과정에서의 탄성파 속도변화를 통하여 흙의 강성 변화 양상을 알아보기 위하여 수행되었다. 40 %, 60 %, 80 %의 3가지 모래-실트의 무게비를 가진 모래-실트 혼합토를 포화도 40 %, 상대밀도 70 %로 동일하게 조성하였다. 각 시료를 동결-융해를 위해 제작된 사각형 형태의 셀에 다짐법으로 조성하였다. 탄성파를 측정하기 위하여 한 쌍의 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 시료 양편에 설치하였으며, 시료의 온도 변화 양상을 관찰하기 위하여 탄성파 트랜스듀서와 같은 깊이의 중앙부에 열전대를 설치였다. 조성한 시료에 대하여 시료를 $20^{\circ}C$에서 $-10^{\circ}C$까지 동결시킨 후 $-20^{\circ}C$를 18시간 동안 유지하였으며, 다시 실험실 상온($20^{\circ}C$)까지 온도를 서서히 올려 융해시켰다. 이 과정에서 온도, 전단파, 그리고 압축파를 측정하였다. 연구결과, 융해 이후의 탄성파 속도는 같은 온도의 동결 이전보다 감소하였다. 이때 전단파의 속도가 압축파의 속도보다 더 큰 비율로 감소하는 모습을 보였다. 실트의 함량이 40 %에서 80 %까지 증가함에 따라 탄성파의 속도는 증가하는 양상을 보였다. 본 연구를 통해 동결-융해가 불포화토의 입자구조를 느슨하게 만들며, 그 영향은 압축파에 비해 전단파 속도의 변화에서 잘 나타남을 알 수 있었다.