• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.607-614
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• 2010

Shear behavior of granular soils largely affects the safety and stability of underground and earth structures. This study presents the characteristics of shear zone in a direct shear test using shear wave and electrical resistivity measurements. An innovative direct shear box made of transparent acrylic material has been developed to prevent direct electric current. Bender elements and electrical resistivity probe are embedded in the wall of direct shear box to estimate the shear wave velocities and the electrical resistivity at the shear and non-shear zones. Experimental results show that the void ratio and shear wave velocity at shear zone increase during shearing while the values remain constant at non-shear zone. The results demonstrate correlation among the contact force, small strain shear modulus, and void ratio at shear zone. This study suggests that the application of the modified direct shear box including shear wave and electrical resistivity measurements may become an effective tool for analyzing soil behavior at shear zone.

• Geomechanics and Engineering
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• 제34권4호
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• pp.461-472
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• 2023

A box scale affects the shear behavior of soils in the direct shear test. The purpose of this study is to investigate the scale effect on the shear behavior of dilative granular materials by testing specimens of different heights placed in a type C shear box. Experimental tests were performed on specimens composed of glass beads with different heights and equal initial void ratios. Results showed that the peak friction and dilation angles linearly increased with the specimen height; however, the residual friction angle remained relatively constant. Similarly, the shear stiffness increased with the specimen height, rapidly reaching its peak state. Height does not have a significant effect on the total volume changes; nevertheless, a high aspect ratio can be assumed to result in global and homogeneous failure. The results and interpretations may be used as reference for recommending shear box scale in direct shear tests.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.51-62
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• 2015

직접전단시험은 전단상자의 경계조건에 따라 흙의 전단거동이 달라지는 것으로 알려져있다. 본 연구의 목적은 Type-A 형태의 기존 직접전단시험기의 문제점에 대해 분석하고 Type-C 형태의 직접전단시험기의 개발을 통해 신뢰성 높은 직접전단결과를 도출하는데 있다. 기존 직전단시험기와 새로 개발된 직접전단시험기를 사용하여 상대밀도가 60%로 조성된 모래시료에 대해 초기 구속응력 50kPa, 100kPa, 200kPa, 300kPa, 400kPa에서 0.5mm/min의 일정한 전단속도로 직접전단시험을 수행하였다. 일정수직하중 조건에서 수행된 Type-A의 직접전단시험기와 Type-C 시험기의 결과를 비교하여 새로 개발된 시험기의 신뢰성을 평가하였다. 또한 새로 개발된 시험기를 사용하여 일정 수직하중 조건과 정압조건의 두 가지 구속조건에 대한 직접전단시험을 수행하여 그 결과를 비교, 분석하였다. 실험결과, Type-A의 직접전단시험기에서는 하중재하판과 상부 전단상자가 기울거나, 흙의 체적변화로부터 발생되는 시료와 전단상자 내부 벽면간의 마찰이 전단면에 작용하는 응력에 영향을 끼치게 되는 문제가 발생하였다. Type-A의 직접전단시험기에서는 전단상자 형태와 경계조건에 따라 전단강도가 과대 혹은 과소평가 되었다. Type-C의 직접전단시험기에서는 구속조건에 상관없이 일관성있는 실험결과를 나타내었다. 본 연구는 Type-C의 형태로 개발된 직접전단시험기를 통해 Type-A 직접전단시험법의 문제점을 해결하고 신뢰성있는 결과를 도출할 수 있음을 보여준다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.5-14
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• 2017

극한지 동결 지반에서 구조물의 설계 및 시공이 진행됨에 따라, 안정성 평가를 위해 동결토의 강도 특성에 대한 실험적 연구가 필수적이다. 본 연구의 목적은 전단 상자 시스템에 따른 동결토의 강도를 평가하는 것으로, 이를 위하여 보편적으로 사용되는 기존 직접전단 시스템(Type-1), 상부 전단 상자 위쪽에 롤러를 설치한 시스템(Type-2), 그리고 상부 전단 상자를 하부 전단 상자와 분리되도록 기둥으로 고정한 시스템(Type-3)을 제작하였다. 모든 시스템에는 모래, 실트, 그리고 증류수를 동일한 비율로 혼합한 시료를 이용하여 조성하였으며, 냉동 챔버 내에서 $-5^{\circ}C$까지 동결된 후 연직 응력 5, 10, 25 그리고 50kPa을 가하며 직접전단실험을 수행하였다. 실험 결과, Type-1은 전단 이동에 따라 상부 전단 상자가 회전(rotation)하여 하부 전단 상자와 접촉하는 문제가 발생했다. 상부 전단 상자의 회전을 롤러로 방지한 Type-2의 경우, 회전을 막는 힘이 전단강도에 추가되어 강도가 과대 평가되었다. Type-3의 경우, 동결 시료만의 전단강도가 평가되었으며, 최대전단강도 발현 시점과 수직변위가 증가하기 시작하는 시점이 유사하게 나타났다. 또한, Type-3의 최대전단강도와 잔류전단강도의 내부마찰각과 점착력은 롤러의 영향이 제거되어 Type-2보다 작게 나타났다. 본 연구는 동결토와 같이 강도가 큰 시료의 경우 Type-3과 같이 개선된 전단 상자 시스템을 이용하여 동결토만의 강도를 평가할 수 있음을 보여준다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권5호
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• pp.475-486
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• 2023

Ballast particles have an irregular shape and are discrete in nature. Due to the discrete nature of ballast, it exhibits complex mechanical behaviour under loading conditions. The discrete element method (DEM) can model the behaviour of discrete particles under a multitude of loading conditions. DEM is used in this paper to simulate a series of three-dimensional direct shear tests in order to investigate the shear behaviour of railway ballast and its interaction at the microscopic level. Particle flow code in three dimension (PFC3D) models the irregular shape of ballast particles as clump particles. To investigate the influence of particle size distribution (PSD), real PSD of Indian railway ballast specification IRS:GE:1:2004, China high-speed rail (HSR) and French rail specifications are generated. PFC3D built-in linear contact model is used to simulate the interaction of ballast particles under various normal stresses, shearing rate and shear box sizes. The results indicate how shear resistance and volumetric changes in ballast assembly are affected by normal stress, shearing rate, PSD and shear box size. In addition to macroscopic behaviour, DEM represents the microscopic behaviour of ballast particles in the form of particle displacement at different stages of the shearing process.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권5호
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• pp.125-139
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• 1999

풍화잔적토는 불교란 시료를 채취하기가 곤란하기 때문에 전단강도를 산정하는데 있어서 어려움을 겪고 있다 본 연구에서는 직접 전단시험용 불교란 시료를 용이하게 채취하기 위해서 슈 장착 직접 전단상자를 개발하였으며, 성공적으로 불교란 시료를 채취할 수 있었다. 채취된 분교란 시료의 직접 전단시험을 통해서 포화조건에 따른 전단강도의 변화를 규명하였다. 그리고 교란에 따른 풍화잔적토의 전단거동을 규명하기 위해서 정적시료 성형장치를 제작하였고, 자연함수비 상태에서는 교란에 따른 강도저하가 나타나지만, 수침시에는 강도가 유사함을 확인하였다. 불교란 시료에 대해서 직접전단시험과 삼축압축시험시의 강도를 비교한 결과, 직접 전단시험시 수침시료의 강도가 삼축압축시험의 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 그리고 대상 붕괴사면에 대한 역해석을 수행한 결과, 슈 장착 직접 전단상자를 이용하면 풍화잔적토 사면에서의 전단강도 산정이 가능하리라고 판단되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1999년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.423-430
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• 1999

A weathered residual soil is a soil-like material derived from the in situ weathering and decomposition of rock which has not been transported from its original location. Undisturbed sampling of residual soils is extremely difficult, which has an important effect on investigating the strength and compression characteristics. Thus, a special undisturbed sampling device (direct shear box with shoe) was developed and undisturbed samples were successfully obtained for direct shear tests, Direct shear testing was conducted under unsoaked and soaked condition. As a result, the shear strength of soaked samples was less than that of unsoaked samples, and it was verified that direct shearing of undisturbed samples can evaluate reasonably the shear strength and the slope stability.

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.574-593
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• 2023

본 연구에서는 절리면 암석 시료에 대한 직접 전단시험을 수행하기 위해 새로 고안된 Compact CNS shear box의 성능과 적용 가능성에 대해 조사하였다. 정적 CNS 절리면 직접 전단시험은 인공적으로 거칠기를 생성한 절리 암석을 대상으로 실시하였으며 절리면 거칠기 계수 및 초기 수직응력 조건을 변화시키면서 수행하였다. 또한, DIC 분석을 통해 변위 데이터 검증 및 파괴 패턴을 관찰하였고 실험으로부터 도출된 전단 특성들을 기존에 연구되었던 전단 거동 예측 모델들과 비교분석하였다. 그 결과 기존의 특정 경험적 전단 거동 예측 모델과 높은 상관관계를 나타내는 것을 확인하였으며 전단 거동 특성이 파괴 패턴과 관련이 있을 가능성에 대해 고찰하였다. 결론적으로, 절리면 전단 특성에 대한 데이터를 제공하는데 있어서 CNS 전단 박스의 적용 가능성과 효과를 입증하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2003년도 사면안정학술발표회
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• pp.145-154
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• 2003

When a nail pulled out in dense, granular soil, the soil in the vicinity of the nail tends to dilate, but its dilatancy results in a normal stress concentration at the soil/nail interface, thereby increasing the pull-out resistance of the inclusion. It is thought to be occurring within the resistance zone where the soil mass is at stationary state and the reinforcement are held in position by the soil, due to the friction or bond. In this paper, A series of direct shear and interface tests were conducted by using so called‘Constant Normal Stiffness Test Apparatus’which was modified and improved from the conventional direct shear box test rig. Unlikely the normal shear box test, this enables to simulate the different constraint effects of surrounding soil during shear under the conditions of constant stress and volume, constant normal stiffness. The aim of the research programme is to get better understanding of pull-out bond mechanism, thus to explore the possibility of evaluating the pull-out bond capacity of soil/reinforcement at the preliminary design stage from the laboratory test.

• Geomechanics and Engineering
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• 제14권4호
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• pp.387-398
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• 2018

The present study evaluates the interface shear strength between sand and different construction materials, namely steel and concrete, using direct shear test apparatus. The influence of surface roughness, mean size of sand particles, relative density of sand and size of the direct shear box on the interface shear behavior of sand with steel and concrete has been investigated. Test results show that the surface roughness of the construction materials significantly influences the interface shear strength. The peak and residual interface friction angles increase rapidly up to a particular value of surface roughness (critical surface roughness), beyond which the effect becomes negligible. At critical surface roughness, the peak and residual friction angles of the interfaces are 85-92% of the peak and residual internal friction angles of the sand. The particle size of sand (for morphologically identical sands) significantly influences the value of critical surface roughness. For the different roughness considered in the present study, both the peak and residual interaction coefficients lie in the range of 0.3-1. Moreover, the peak and residual interaction coefficients for all the interfaces considered are nearly identical, irrespective of the size of the direct shear box. The constitutive modeling of different interfaces followed the experimental investigation and it successfully predicted the pre-peak, peak and post peak interface shear response with reasonable accuracy. Moreover, the predicted stress-displacement relationship of different interfaces is in good agreement with the experimental results. The findings of the present study may also be applicable to other non-yielding interfaces having a similar range of roughness and sand properties.