• Geomechanics and Engineering
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• 제21권3호
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• pp.247-258
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• 2020

The shear strength of unsaturated soils, a research hotspot in geotechnical engineering, has great guiding significance for geotechnical engineering design. Although kinds of calculation models for the shear strength of unsaturated soil have been put forward by predecessors, there is still need for new models to extensively consider the nonlinear variation of shear strength, particularly for the nonlinear effect of the net normal stress on the shear strength of unsaturated soil. Here, the shear strength of unsaturated soils is explored to study the nonlinear effects of net normal stress with the introduction of a general nonlinear Mohr-Coulomb (M-C) strength criterion, and the relationship between the matric suction (or suction stress) and degree of saturation (DOS) constructed by the soil-water characteristics curve (SWCC) of van Genuchten is also applied for unsaturated soil. Then, two calculation models (i.e., an envelope shell model and an effective stress model) are established for the shear strength of unsaturated soils under the nonlinear strength theory. In these two models, the curve of the shear strength of unsaturated soils versus the net normal stress exhibits a tendency to gently. Moreover, the proposed formulas have flexibility and convenience with five parameters (for the effective stress model) or six parameters (for the envelope shell model), which are from the M-C strength parameters of the saturated soil and fitting parameters of SWCC of van Genuchten. Thereafter, by comparison with the classical theory of the shear strength of unsaturated soils from some actual cases, the rationality and accuracy of the present models were verified.

• Geomechanics and Engineering
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• 제24권4호
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• pp.307-321
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• 2021

In an earlier publication (Serrano et al. 2014), the theoretical basis for evaluating the shear strength in rock joints was presented and used to derive an equation that governs the relationship between tangential and normal stresses on the joint during slippage between the joint faces. In this paper, the theoretical equation is applied to two non-linear failure criteria by using non-associated flow laws, including the modified Hoek and Brown and modified Mohr-Coulomb equations. The theoretical model considers the geometric dilatancy, the instantaneous friction angle, and a parameter that considers joint surface roughness as dependent variables. This model uses a similar equation structure to the empirical law that was proposed by Barton in 1973. However, a good correlation with the empirical values and, therefore, Barton's equation is necessary to incorporate a non-associated flow law that governs breakage processes in rock masses and becomes more significant in highly fractured media, which can be induced in a rock joint. A linear law of dilatancy is used to assess the importance of the non-associated flow to obtain very close values for different roughness states, so the best results are obtained for null material dilatancy, which considers significant changes that correspond to soft rock masses or altered zones of weakness.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.281-290
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• 2022

The direct shear test is commonly used to evaluate the shear behavior of frozen soil-structure interfaces under normal stress. However, failure criteria, such as the Mohr-Coulomb failure criterion, are needed to obtain the unconfined shear strength. Hence, the punch shear test, which is usually used to estimate the shear strength of rocks without confinement, was examined in this study to directly determine the adfreezing strength. It is measured as the shear strength of the frozen soil-structure interface under unconfined conditions. Different soils of silica sand, field sand, and field clay were prepared inside the steel and concrete ring structures. Soil and ring structures were frozen at the target temperature for more than 24 h. A punch shear test was then conducted. The test results show that the adfreezing strength increased with a decrease in the target temperature and increase in the initial water content, owing to the increase in ice content. The adfreezing strength of field clay was the smallest when compared with the other soil specimens because of the large amount of unfrozen water content. The field sand with the larger normalized roughness showed greater adfreezing strength than the silica sand with a lower normalized roughness. From the experiment and analysis, the applicability of the punch shear test was examined to measure the adfreezing strength of the frozen soil-structure interface. To find a proper sample dimension, supplementary experiments or numerical analysis will be needed in further research.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권2호
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• pp.167-181
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• 2024

The soil-structure relative stiffness is a key factor affecting the seismic response of underground structures. It is of great significance to study the soil-structure relative stiffness for the soil-structure interaction and the seismic disaster reduction of subway stations. In this paper, the dynamic shear modulus ratio and damping ratio of an inhomogeneous soft soil site under different buried depths which were obtained by a one-dimensional equivalent linearization site response analysis were used as the input parameters in a 2D finite element model. A visco-elasto-plastic constitutive model based on the Mohr-Coulomb shear failure criterion combined with stiffness degradation was used to describe the plastic behavior of soil. The damage plasticity model was used to simulate the plastic behavior of concrete. The horizontal and vertical relative stiffness ratios of soil and structure were defined to study the influence of relative stiffness on the seismic response of subway stations in inhomogeneous soft soil. It is found that the compression damage to the middle columns of a subway station with a higher relative stiffness ratio is more serious while the tensile damage is slighter under the same earthquake motion. The relative stiffness has a significant influence on ground surface deformation, ground acceleration, and station structure deformation. However, the effect of the relative stiffness on the deformation of the bottom slab of the subway station is small. The research results can provide a reference for seismic fortification of subway stations in the soft soil area.

• 자원환경지질
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• 제38권3호
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• pp.305-317
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• 2005

본 연구는 도로 절취사면에 대한 사면안정 연구로서 삼량진과 밀양을 연결하는 1022호 지방도 중 천태산 부근에 위치한 약 4km의 연속적인 절취사면에서 수행되었다. 연구지역은 유문암질 회류응회암, 강하응회암, 유문암 및 안산암 등의 백악기 화산암류로 구성되어 있으며, 거의 전 구간에 걸쳐 $70^{\circ}$이상의 사면각으로 형성된 절취암반은 높은 빈도의 불연속면을 포함하고 있다. 암반사면의 불안정 요인으로 작용하는 불연속면의 기하학적 분포특성을 파악하기 위하여 8개 지점에서 선형조사선 조사를 실시하였으며, 조사 자료에 대하여 운동학적 해석 및 블록이론해석을 적용하여 대상 도로절취사면의 안정성을 검토하였다. 각각의 선형조사선에서 조사된 개별 불연속면에 대한 중력 재하의 평면 파괴, 쐐기 파괴, 및 전도 파괴 등에 대한 최대안전사면각을 산정한 결과, 평면파괴에 대한 최대안전사면각은 대부분의 개별 불연속면에서 $65^{\circ}$이상으로 나타났으며, 쐐기파괴에 대한 최대안전사면각은 $45^{\circ}$이상으로 산정되었다. 또한, 전도파괴에 대해서는 대부분의 개별 불연속면에서 $80^{\circ}$이상으로 산정되었다. 블록이론을 적용한 결과 SL4, SL5, SL6 및 SL8 지점에 존재하는 잠재적 키블록(Type II)을 확인하였다. 블록이론에 의해 구분된 잠재적 키블록에 대하여 한계평형해석을 수행한 결과 중력재하에서는 1보다 큰 안전율이 확보되었으나 집중호우 시 나타날 수 있는 간극수압과 같은 외적 사면 불안정 요인에 따라 안전율이 크게 저하될 수 있음을 도출하였다. 또한, 한계평형해석 시 적용되는 Mohr-Coulomb 및 Barton 등의 전단강도 기준식에 따른 안전율의 변화를 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.53-64
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• 2003

사면을 포함한 경사지에 설치된 송전탑, 교각, 고층빌딩 등을 지지하는 말뚝은 풍하중, 지진, 차량 등에 의한 수평하중을 고려하여 설계되어야 한다. 이러한 사면이나 경사지에 설치된 수평하중을 받는 말뚝은 편평한 지반에 비하여, 수평지지력이 감소하기 때문이다. 그러므로 이러한 구조물은 일반적으로 강성이 높고, 대구경의 기초인 피어기초가 사용된다. 수평하중을 받는 피어기초는 일반적으로 장대말뚝과 다른 거동을 한다. 즉, 수평하중에 의하여 말뚝 자체의 회전이 발생하고, 그 회전의 중심점 상부의 사면측의 수동토압에 의존하여 지반파괴가 발생한다는 측면에서 짧은 강성 말뚝과 유사한 거동을 한다. 본 논문은 모래사면의 언덕 근처에 설치된 짧은 말뚝의 수평하중의 영향에 대한 실험 및 수치해석 결과를 포함한다. 대부분을 모형실험과 3차원 탄소성 유한요소해석의 비교, 결과를 기술하였다. 먼저, 사면 언덕에서 모형말뚝까지의 거리를 3종류로 구분하여 단항의 모형실험과 군항말뚝의 수평하중 특성을 파악하기 위하여 수평지반과 사면지반(경사 30$^{\circ}$)에 대하여 말뚝중심간의 거리를 각2종류로 모형실험을 실시하였다. 동시에 3차원 탄소성 유한요소법에 의한 수치해석을 통하여 모형실험의 결과와의 비교를 시도하였다. 사용된 모래지반은 배수조건하에서 삼축압축실험으로 재현하였다. 3차원 탄소성 유한요소해석에서 완전탄소성모델의 파괴기준은 Mohr-Coulomb식, 소성 포텐셜은 Drucker-Prage식을 이용한 MC-DP모델을 적용하였다. 연구결과, 3차원탄소성 유한요소법이 사질토 지반에 설치된 짧은 말뚝의 수평거동을 파악하는데 유효하다는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권5호
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• pp.5-19
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• 2019

암반으로 구성되어 있는 급경사($65^{\circ}{\sim}85^{\circ}$)비탈면이 장기간 안정한 상태로 유지되고 있는 자연현상을 고려할 때, 설계 및 초기 시공 단계에서 위와 유사한 지반 상태로 이루어진 깎기 암반비탈면에 대해 1:0.5(발파암 경사 기준)보다 급한 경사를 적용할 수 있을 것이다. 급경사로 설계 가능한 양호한 연속체 암반비탈면의 안정성을 검토하는 과정에서, 설계실무 측면에서 범용적인 암반강도정수 산정방법이 필요하게 되었다. Hoek 등(2002)이 수정 보완하여 발표한 Hoek-Brown 파괴기준과 GSI분류는 불연속구조의 영향을 충분히 고려한 암반특성화 시스템으로 평가되었으며, 응력변화에 따라 등가 Mohr-Coulomb 강도정수(등면적법)를 산출하는 방법을 제안하였다. 비탈면에서는 등가 M-C 강도정수가 최대구속응력(${{\sigma}^{\prime}}_{3max}$ 또는 수직응력)변화에 따라 민감하게 변화하므로 실무적으로 활용하기에 어려운 점이 있다. 이 연구에서는 양호한 연속체 암반비탈면에 대해 최대구속응력 범위이내에서 범용적으로 적용할 수 있는 강도정수산정방법(등각분할법)을 H-B 파괴기준을 응용하여 제안한다. 등각분할법 강도정수(A)의 타당성 및 적용성을 평가하기 위해, 연구대상 암반비탈면을 기존 실시설계 현장 인근에 있는 급경사 비탈면에서 암석종류별(화성암, 변성암, 퇴적암)로 선정하고, Hoek이 제시한 등가 M-C 강도정수(등면적법)들과 비교 분석하였다. 등면적법 및 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 기본적인 자료인 기존 실시설계 현장의 실내 암석 삼축압축시험과 연구대상 암반비탈면의 불연속구조의 특성조사(Face Mapping)를 통해 RocLab 프로그램(H-B 파괴기준을 기본으로 전산화된 지반정수 산정 소프트웨어)을 활용하여 산정하였다. 산정된 등면적법 등가 M-C 강도정수는 상호 연동되어 점착력과 내부마찰각이 아주 크거나($45^{\circ}$ 이상) 작게 나타났다. 등각분할법 등가 M-C 강도정수는 등면적법 등가 M-C 강도정수의 중간 정도이며, 내부마찰각은 $30^{\circ}{\sim}42^{\circ}$의 범위를 보인다. 연구대상 암반비탈면의 등각분할법 강도정수(A)와 기존 실시 설계 현장에서 연구대상 암반비탈면과 유사한 암반상태(동일 등급 RMR)에 적용한 강도정수(B)와 비교 분석하고, 이 지반정수들로 적용한 비탈면 안정해석(한계평형해석과 유한요소해석) 결과를 통해 제안한 등각분할법의 적용성을 간접적으로 평가하였다. A와 B의 강도정수 차이는 10% 정도이다. 한계평형해석 결과(우기 기준), A적용 안전율(Fs)=14.08~58.22(평균 32.9), B적용 안전율(Fs)=18.39~60.04(평균 32.2)이며, 각 동일한 암석종류에 따라 상호 유사하게 나타났다. 유한요소 해석 결과, A적용 변위=0.13~0.65mm(평균 0.27mm), B적용 변위=0.14~1.07mm(평균 0.37mm)으로 매우 유사하다. H-B 파괴기준을 응용하여 등각분할법으로 산출한 지반 정수를 실무적인 전단강도로 적용할 수 있는 적용성 평가에서 유의미한 결과를 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.221-242
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• 2021

기존의 한국형 기준 처분시스템의 처분 효율을 높인 향상된 한국형 기준 처분시스템(Improved Korean Reference Disposal System, KRS⁺)의 열-수리-역학적 복합거동 성능평가를 위해 TOUGH2-MP/FLAC3D를 이용한 수치모델링 연구가 수행되었다. 사용후핵연료 처분 이후 방사성 붕괴열에 의해 처분시스템의 온도가 상승하고, 방사성 붕괴열이 빠르게 감소함에 따라 온도가 감소하여 최대 온도가 설계기준 온도인 100℃를 넘지 않는 것으로 나타났다. 완충재의 초기 포화도는 온도 상승으로 인한 공극수의 증발로 인해 감소하였다가 주변 암반으로부터 지하수가 유입되어 처분 약 250년 후 포화 상태에 이르렀다. 암반에서는 완충재와 암반의 흡입력의 차이로 인해 암반에서 완충재로 지하수가 유입되어 처분 직후 포화도가 감소하다가 이후 원계 암반으로부터 지하수가 유입되어 포화 상태에 도달했다. 처분시스템 내 열응력과 팽윤압 발생에 의한 주변 암반의 파괴 가능성을 평가하고자 모어-쿨롱 파괴기준식과 스폴링 강도를 사용하였다. KRS⁺ 처분시스템의 처분공의 간격을 감소시키면서 처분시스템의 열적 거동 변화를 확인하였는데, 처분공 간격이 5.5 m 이하에서는 완충재의 설계 기준 온도를 초과하게 된다. 다만, 벤토나이트 완충재 부피의 56.1%의 온도는 90℃ 이하로 유지되었다. 본 연구에서 사용한 수치해석 기법은 향후 응력 모델, 지온 경사 및 입력 물성을 변화시킨 다양한 조건에서의 처분시스템의 THM 복합거동 성능평가에 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 자원환경지질
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• 제10권1호
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• pp.37-48
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• 1977

The earth's crust is unceasingly undergoing deformations because of the forces acting upon it. The relationship between the tectonic forces and the resulting deformations are found from the states of stresses in the earth's crust induced by these forces. The study has been attempted to analyze the deformations of the overlying sedimentary layers, which are deformed by the magma intrusion along its lower boundary. The elastic model is constructed to analyze the geologic structures, by means of the theory of elasticity, and then the appropriate boundary conditions are given. The solution of the Airy stress function which satisfies the given boundary conditions is derived from the analytic method. The internal stress distributions of the deformed elastic model layer are portrayed by principal stress trajetories, and then the corresponding potential faults and joints systems are predicted from the Coulomb-Mohr failure criterion. The internal displacement distributions are shown by the calculated displacement components vectors, namely horizontal, vertical and net components. Results of the numerical calculations show the developments of some geologic structures as follows; (1) one set of shear joints and or two sets of shear joints which are oppisite directions, and one set of extension joints parallel to the ${\sigma}_1$ direction, (2) one set of high angle thrusts and normal faults, (3) symmetric fold; both limbs are dipping in opposite direction with low angle. The field work at the Wall-A San area, located near Jinju City, in southern Korea, had accomplished to compare the field structures with the predicted ones. The results of the comparison exhibits the developments of joint and fault systems satisfactorily consistent with each others. But the area does not show any type of folding, in spite of the intrusion of a granodiorite massif, this fact is one of the important features of the whole Kyungsang sedimentary basins of Mesozoic age distributed at the south-eastern parts of Korea. For this reason, it is thought that the magma intrusion had occurred with extremly low pressure. The geologic structures have been modified by the erosion and weathering throughout the geologic time, and the conditions of the sedimentary layers (width, thickness and radius of magma) are not the same as before, being intruded by the magma. To enlighten this, it is preferable to study these geologic structures with analyses of various types of rheological models.

• 콘크리트학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.121-130
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• 2007

본 연구에서는 FRP(fiber reinforced polymer) 합성재료에 의하여 콘크리트를 구속할 시 예상되는 콘크리트의 강도 및 변형 능력의 향상 효과를 알아보기 위하여 섬유 량 혹은 방향, 단부하중조건에 따른 wrap 혹은 튜브형의 구속형태, 반원형 쉘 및 수직 이음부의 유무에 따른 연속 및 불연속 구속 형태 등을 주요 변수로 한 총 36개의 원형단주 시험체에 대하여 단조가력 실험을 수행하였다. 여러 구속 방법에 따른 FRP의 파단변형률에 대하여서도 주의를 가지고 조사하였다. 구속된 콘크리트의 최대 강도 및 변형률을 산정하기 위하여 기존에 제시된 다양한 배경의 예측 식들에 대하여 검토하였으며, 이들에 의한 예측치와 실험치를 비교, 분석하였다. 구속되지 알은 콘크리트와 비교하여, CW 및 CF형은 매우 큰 강도 및 변형능력의 증가를 나타냈으며, 수직 이음부를 갖는 CP형은 폭발적으로 파괴하였으며, 보다 작은 강도 및 변형능력의 증가가 관측되었다. 대체로, 모든 시험체는 2선 선형관계의 응력-변형률 거동을 나타냈으며, 후반부의 변형경화 정도는 구속매체의 강성에 따라 결정되었다. 모든 시험체에서 관측된 FRP의 파단변형률은 인장시험편으로부터 획득한 극한변형률보다 정도에 따라서는 매우 작았다. 대체로, 기존 예측식들은 본 실험의 최대 강도 및 변형률을 과대평가 하였으며, 변형률 예측은 매우 산란된 분포를 나타냈다. 또한, 본 연구의 실험 결과에 근거하여 구속 콘크리트의 최대 강도 및 변형률을 보다 정확하게 예측할 수 있는 설계 목적의 단순식을 제안하였다. 강도식은 모어-쿨롱 파괴 기준을 사용하여 유도하였으며, 변형률식은 비구속 콘크리트를 주요 영향 요소로 포함하여 실험 결과를 fitting하였다./TEX> = 분광광도법으로 측정한 점토함량(%); $x_2$ = 유기물 함량($g{\cdot}kg^{-1})$)이었으며, 상관계수는 $0.984^{**}$로 두 방법사이에 높은 상관관계가 있는 것으로 조사되었다. 여기서 유도된 회귀방정식을 프로그램화하여 컴퓨터나 분석기기에 입력시 시간과 공간을 절약하고 신속하고 정확하게 점토함량을 분석할 수 있을 것으로 판단된다.119>잠118>잠107>잠117>잠113 순이었고, 웅견층중에서는 잠114>잠108>잠120>잠117>잠118>잠107>잠119>잠119>잠113 순이었다. 자견층 비율에서는 광의의 귀전력이 협의의 귀전력보다 컸고, 웅견층 비율에서는 같았다, 견층 비율에서는 일반조합 능력은 크게 나타났으나, 특정조합 능력과 상반조직 능력은 나타나지 않았다. 자견층 비율에서 교배친의 우성효과는 컸다. 자견층 비율에서는 교배친의 우성효과는 적었다. 자웅견층 비율의 잡종 강세는 적게 나타났다. 환경변이와 상가적 작계는 자웅견층 비율에서는 크게 나타났다. 우성의 방향은 자견층 비율에서는 정의 방향으로 우성 귀전자가 크게 작용하였으며, 자견층 비율에서는 정의 방향으로 우성 귀전자가 부분적으로 작용하였다. 교배친의 자견층 비율의 우성순서는 잠117>잠114>잠108>잠120>잠118>잠119>잠107>잠113 순이었고, 자견층 비율에서는 잠114>잠117>잠108>잠118>잠107>잠119>잠113>잠120의 순이었다.지방산의 조성이 많은 차이를 보였다.{2+}$ 26 및 $Na^+$ 26 mg $L^{-1}$이었다. 양액 재배 후 버려지는 폐양액 중의 무기성분 함량은