• Geomechanics and Engineering
• /
• 제23권6호
• /
• pp.561-573
• /
• 2020

The creep and consolidation behaviors of clays subjected to thermal cycles are of fundamental importance in the application of energy geostructures. This study aims to numerically investigate the physical mechanisms for the temperature-triggered volume change of saturated clays. A recently developed thermodynamic framework is used to derive the thermo-mechanical constitutive model for clays. Based on the model, a fully coupled thermo-hydro-mechanical (THM) finite element (FE) code is developed. Comparison with experimental observations shows that the proposed FE code can well reproduce the irreversible thermal contraction of normally consolidated and lightly overconsolidated clays, as well as the thermal expansion of heavily overconsolidated clays under drained heating. Simulations reveal that excess pore pressure may accumulate in clay samples under triaxial drained conditions due to low permeability and high heating rate, resulting in thermally induced primary consolidation. Results show that four major mechanisms contribute to the thermal volume change of clays: (i) the principle of thermal expansion, (ii) the decrease of effective stress due to the accumulation of excess pore pressure, (iii) the thermal creep, and (iv) the thermally induced primary consolidation. The former two mechanisms mainly contribute to the thermal expansion of heavily overconsolidated clays, whereas the latter two contribute to the noticeable thermal contraction of normally consolidated and lightly overconsolidated clays. Consideration of the four physical mechanisms is important for the settlement prediction of energy geostructures, especially in soft soils.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제13권5호
• /
• pp.13-24
• /
• 2012

국토의 효율적 이용과 기간시설 수용을 위한 대단위 부지 확충 및 대규모 항만배후부지 개발이 계획 중에 있으며, 이에 따라 해안지역의 준설매립은 지속적으로 이루어지고 있다. 슬러리 상태의 초연약 상태인 준설매립 지반은 오랜 시간에 걸쳐 침강 및 자중압밀 과정을 거치게 되며 투기한 준설토를 압밀 촉진시켜 침하시킬 수 있다면 기존 처분지의 수명을 연장시킬 수 있으므로 경제적으로 유용하리라 판단된다. 재하중 없이 공기를 단축시키고 매립 물량을 증대시키기 위하여 small column test와 medium column을 보완, 개발한 medium column test를 실시하여 PBD와 침투압이 동시에 작용하였을 PBD의 효과 및 침투압의 침강 및 자중압밀 촉진 효과를 검토하였다. 연구 결과, 기존의 자중압밀 공법에 비하여 침투압과 PBD를 적용한 지반은 배수재의 배수거리 단축에 따른 투수 상승 효과와 침투압에 의한 침투 압밀의 효과가 활발히 이루어지는 것으로 나타났다. 이를 통해 매립 직후나 매립 도중에 연직드레인을 직접 타설하여 침강 및 자중압밀 과정을 단축시키면 전체 매립공사 공기를 단축시킬 수 있으며 압밀촉진에 따라 확보된 여유고 만큼 준설토 투기가 가능해져 투기 준설토량을 경제적으로 증대시킬 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국농공학회논문집
• /
• 제58권6호
• /
• pp.39-45
• /
• 2016

In this paper, analyzes the characteristics of self-weight consolidation on the dredged clay according to the fines content and falling height. Research was performed with the dredged clay sampled by Sae-mangeum field site. Classification of fines content was performed by sieve analysis test. After adjusting the fine content, self-weight consolidation tests were carried out focussing on the variation of fines content and falling heights. From the test results of the self-weight consolidation test, samples with high fines content had reached sedimentation completion more later than ones with less fine content samples. In other words, the start of self-weight consolidation was slowing down with increasing of fines content. Also, from the test results of calculating the coefficient of sedimentation consolidation, the coefficient value were increased with the fines content increases. In addition, the change of sedimentation ratio and volume ratio showed more higher changed value as the fine content increases. Thus, it is important to consider the fines content when estimate the settlement time of dredged soil in field dredge work.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제31권5호
• /
• pp.67-74
• /
• 2015

지하수위 하강에 따른 침하량은 1차 압밀 침하량에 비해 비교적 작기 때문에 잔류침하량 산정시 별도로 고려하지 않는다. 그러나 고속철도 콘크리트 궤도에서의 허용잔류침하량은 30mm로 작기 때문에 예기치 못한 과도한 지하수위 하강으로 인하여 허용잔류침하량을 초과할 수 있다. 본 연구에서는 응력-간극수압 유한요소 해석을 통하여 지하수위 변동에 따른 침하 영향을 분석하여 해석결과와 실측자료를 비교하였다. 그 결과 허용잔류침하량을 만족하기 위한 탄성계수 범위를 제시 하였으며 설계 시 지하수위 저하 영향이 반영되는 것이 타당하다고 판단된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
• /
• pp.898-905
• /
• 2005

The settlement of embankment on soft clay includes shear settlement due to shear deformation. Even though the consolidation settlement is not related to lateral displacement, but shear settlement makes the embankment unstable because it deforms ground and decreases the ground strength. In order to determine the shear deformation behaviour during embankment construction, 3 cases (1B, 2B, and 3B) of rapid undrained loading tests on soft clays were performed. Shear settlement is consist of elastic settlement, plastic settlement and viscous settlement. Elastic settlement isn't considered because the range is small, therefore the first is the range of plastic displacement, and the second is that of viscous displacement in the displacement-time curve for each loading stage. After determining that the change in the inclination of the viscous displacement range is larger than in the plastic displacement range after the ground failure occurs for the loading stage, the stability management methods were suggested considering that it is hard to divide the plastic displacement range and the viscous displacement range. The stability management method was based on the ratio of the plastic displacement range's inclination and the viscous displacement range's inclination. A stability management method based on the ratio of the total inclination for each loading stage compared to the whole inclination in the initial loading stage was also recommended.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제20권9호
• /
• pp.105-114
• /
• 2004

액성한계 두 배 이상의 매우 높은 함수비를 갖는 준설점토의 압밀특성을 파악하기 위해 Rowe cell 압밀시험기를 사용하여 압밀시험을 실시하였다. 초기함수비 변화가 압밀특성에 주는 영향을 검토하기 위해서 함수비를 $100\~150\%로$ 변화시켜서 실험을 수행하였고 재성형 준설점토의 압밀특성과 비교하였다. 실험결과로부터 준설점토의 초기함수비가 증가할수록 e-logP 곡선의 비선형적 거동이 뚜렷하였고, 하중단계 40kPa까지는 곡선의 기울기 변화가 급변하였으며 그 이후의 하중단계에서는 완만한 형상을 보여주었다. 압축지수비는 Mesri(1973)가 제안한 값의 범위 내에 존재하였으며, 초기함수비변화가 압밀계수에 미치는 영향은 거의 없었고 오히려 압밀하중의 크기가 연직압밀계수에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다. 또한 대형압밀시험기를 이용하여 압밀기간 중 층 두께의 변화를 고려하여 압밀기간을 산정하는 Mikasa이론과 그렇지 않은 Terzaghi의 이론을 비교하였다. 그 결과 변형률이 큰 지반에서의 압밀기간은 압밀기간 중 층 두께의 변화를 고려한 Mikasa 이론의 경우가 그렇지 않은 경우보다 실측치에 근사하게 산정되었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제15권6호
• /
• pp.219-238
• /
• 1999

본 연구에서는 연약한 점토층 준설매립지반을 대상으로, 비교적 활발히 연구가 진행되고 있는 자중압밀 침하분야에 비해 상대적으로 연구성과가 미흡한 표토층의 건조수축특성 규명에 초점을 두고, 침투압밀시험, 부압시험 및 건조수축시험 등 실내시험을 시행하였다. 실내시험이 시행된 시료는 전라남도에 위치한 해남지구, 고금지구 및 고흥지구 등 3개 지구의 현장시료이며, 실내시험결과를 토대로 건조수축 관련특성을 분석하였다. 또한 Abu-Hejleh % Znidarcic가 제안한 연약한 세립점토 지반의 건조수축 침하이론 지배방정식을 유한차분형태로 표현하고 실내시험을 통해 파악된 해남지구 현장시료의 건조수축특성 등을 입력자료로 하여, 3차원 체적변화에 따른 건조수축침하를 수치적으로 예측하였다. 계속해서 자중압밀침하를 포함한 전체침하 예측치를 해남지구 현장에서의 10년간 실제 관측결과와 서로 비교하였다. 최종적으로는 건조수축특성에 관련된 변수들이 침하 등에 미치는 영향정도를 분석하였다. 특성 (불연속면의 방향 및 강도), 하중조건 및 암반사면의 기하학적 형상 등이다. 확률론적 해석에서 고려할 수 있는 불연속면의 방향 및 마찰각의 통계적 특성이 파괴형태를 고려한 암반사면의 안정에 큰 영향을 보였다. 암반사면의 안정은 굴착면의 방향에 가장 민감하였다. 예제분석을 통하여 개발된 파괴형태를 고려한 암반사면의 신뢰도모델은 암반사면의 안정성 조사에 성공적으로 적용할 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제10권2호
• /
• pp.29-36
• /
• 2009

본 연구에서는 2차원 유한요소해석을 통하여 부마찰(negative skin friction) 이 작용하는 단독말뚝의 거동을 분석하였다. 압밀의 진행에 따른 부마찰의 변화를 검토하기 위하여 압밀해석을 실시하였으며, 말뚝과 주변지반 사이에서의 항복(yielding, slip)을 고려하였다. 일반적으로 널리 사용되는 -방법에 의해 부마찰력을 산정하는 경우 중립면 부근에서의 전단강도의 부분발현 및 지중응력의 감소를 반영할 수 없기 때문에 정밀유한요소 해석에 비하여 부마찰력이 25% 정도 과하게 평가된다. 압밀이 진행 중일 때 말뚝과 지반사이 대부분의 구간에서 항복이 발생하는 경우 더 이상의 부마찰력의 증가는 그리 크지 않은 것으로 나타났다. 부마찰이 발생하는 말뚝에 코팅을 실시하는 경우 부마찰력의 크기 및 말뚝의 침하를 효과적으로 감소시킬 수 있으나, 말뚝두부에 상재하중이 작용할 때 말뚝의 선단이 충분히 견고한 지지층에 설치되어 있지 않은 경우 말뚝의 마찰저항력이 매우 작아서 말뚝에 큰 침하가 발생할 우려가 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2004년도 춘계학술발표회
• /
• pp.706-713
• /
• 2004

This paper introduced an alternative method called USCP (Unpenetrated Sand Compaction Pile). In USCP, the toe of the sand pile does not reach to the lower supporting layer. Hence it is possible to reduce the amount of sand required. However, the degree of improvement could not be the same as SCP. Effective soil improvement, nevertheless, might be possible by combining both methods. In this paper, an improved method that cross over both SCP and USCP was discussed. And in order to verify applicability to a clay layer, consolidation behaviors with different conditions were analyzed and compared using FEM(Finite Element Method) based on the elasto-viscosity theory. From the results, it is concluded for the characteristic of settlement of USCP that the lower degree of replacement and the smaller ratio of penetration($H_d/H$), the larger is the settlement of the lower part of the clay layer comparing to the layer with no improvement. It is also concluded that the ratios of allotment of stress (m) calculated from the final settlements with 30% of degree of replacement are $1.8{\sim}3.3$ for $H_d/H=lOO%,\;1.8{\sim}4.0\;for\;H_d/H=75%,\;and\;1.8{\sim}3.8\;for\;H_d/H=50%$. Besides, the ratio of allotment of stress decreased as the degree of replacement decreased.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제18권2호
• /
• pp.189-203
• /
• 2019

Brine leakage is a common phenomenon during construction facilitated by artificial freezing technique, threatening the stability of frozen wall due to the continual thawing of already frozen domain. This paper takes the frequently encountered soft clay in Wujiang District as the study object, and remolded specimens were prepared by mixing calcium chloride solutions at five levels of concentration. Both the deformation and pore water pressure of frozen specimens during thawing were investigated by two-stage loading tests. Three sections were noted from the changes in the strain rate of specimens during thawing at the first-stage load, i.e., instantaneous, attenuated, and quasi-stable sections. During the second-stage loading, the deformation of post-thawed soils is closely correlated with the dissipation of pore water pressure. Two characteristic indexes were obtained including thaw-settlement coefficient and critical water content. The critical water content increases positively with salt content. The higher water content of soil leads to a larger thaw-settlement coefficient, especially at higher salt contents, based on which an empirical equation was proposed and verified. The normalized pore water pressure during thawing was found to dissipate slower at higher salt contents, with a longer duration to stabilize. Three physical indexes were experimentally determined such as freezing point, heat conductivity and water permeability. The freezing point decreases at higher salt contents, especially as more water is involved, like the changes in heat conductivity. The water permeability maintains within the same order at the considered range of salt contents, like the development of the coefficient of consolidation. The variation of the pore volume distribution also accounts for this.