• 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.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.23-33
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• 2011

본 연구에서는 낙동강 모래를 상대밀도 40%, 60%, 80%, 실트 함유율 0%, 10%, 20%, 30%에 대한 함수특성곡선을 구하였다. 시험결과, 동일 실트함유율에 대해서는 상대밀도가 커질수록 그리고 동일 상대밀도에서는 실트함유율이 커질수록 체적함수비의 변화가 작게 나타났다. 기존의 경험식을 통해 구한 함수특성곡선과 시험에서 구한 결과를 비교하여 보면, van Genuchten(1980), Fredlund와 Xing(1994) 경험식에 의한 함수특성곡선은 시험결과의 경향과 비슷한 S자형 곡선을 나타내어 비교적 시험결과와 잘 부합하였다. 특히 Fredlund와 Xing 경험식의 경우 상관계수($R^2$)가 모두 0.99로 나와 거의 일치하는 결과를 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.101-109
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• 2007

국내 풍화토사면의 경우 순수 균질 사면보다는 대부분 점토 및 세립분이 섞인 비균질 상태로 존재하며 이러한 함유비율은 풍화도 및 지역에 따라 다르다. 따라서 세립분함량 변화에 따른 불포화사면에의 분석을 위해, 화강풍화토(SW)에 일정비율의 세립분(CH)을 섞어 성형한 시료를 통해 GCTS pressure plates을 이용한 함수특성곡선 실험을 수행하였다. 실험 및 침투해석결과 강우지속시간에 따른 포화깊이의 증가율은 세립분이 증가할수록 또한 상대밀도가 증가할수록 작아졌다. 또한 침투해석과 포화 및 불포화강도정수를 이용한 사면 안정성 해석결과(SLOPE/W), 전반적으로 세립분함량 $10\sim15%$의 범위까지는 침투깊이 증가에 따른 흡수력 변화가 안전율에 지대한 영향을 미치는 반면 이를 초과하는 경우(>15%)에는 오히려 세립분함량 증가에 따른 강도정수의 변화가 크게 영향을 미침을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권5호
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• pp.13-26
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• 2023

불포화토의 함수특성곡선은 산사태 평가와 토석류 분석에 매우 중요한 요소이다. 본 연구에서는 현장에 적합한 모관흡수력을 통해 산사태 취약성을 분석하기 위하여 함수특성곡선과 체적변형을 고려한 수축시험을 수행하였다. 실험에 사용된 시료는 국내에 분포하는 세립분이 다량함유된 SM계열 화강 풍화토이며, 산사태 해석 시 사용된 강수량의 경우 실측된 데이터를 사용하였다. 실내실험 시 측정된 함수특성곡선은 건조과정에서 발생 된 곡선이며, 체적변형 확인할 수 있는 수축시험을 통하여 습윤과정에서 발생되는 곡선을 재 산정하여 산사태 취약성 분석을 하였다. 본 연구결과 습윤곡선의 안전율이 건조곡선의 안전율보다 낮게 나타남을 알 수 있었으며 그 결과 현장 사면지반의 체적변형을 고려한 모관흡수력 산정이 필요함을 확인 하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.93-107
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• 2013

입상체의 열전도도 산정에 관한 연구는 다공질 매질이나 지반공학에서 다양하게 사용될 수 있다. 입상체의 열전도도 산정은 입자들 사이의 에너지 관계에 대한 모사를 통해 "유효 열전도도"를 획득하는 것으로 발전하였다. 본 연구는 불포화토의 유효 열전도도를 산정하기 위해 3차원 개별 요소법을 이용하여 입자를 생성하고 기존 네트워크 모델을 수정하여 적용하였다. 수정된 네트워크 모델을 검증하기 위해 3가지 다른 크기의 글라스 비즈와 주문진사를 이용하여 실내시험을 통해 흙-수분 특성 곡선과 포화도에 따른 시료의 열전도도를 산정하였다. 수정된 네트워크 모델에서는 흙-수분 특성 곡선을 사용하여 입자 사이의 평균 유효 열전달 실린더 반경을 조정하고 모델에 적용하였다. 일련의 실내시험과 수정된 네트워크 모델을 사용하여 결과를 비교한 결과, 흙-수분 특성 곡선을 적용한 네트워크 모델은 주어진 불포화 조건에서 입상체 시료의 유효 열전도도를 합리적으로 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 포화상태의 유효 열전달 실린더 반경 계수로 정규화한 예측식을 제안하였다. 제안한 예측식을 통해 기존 네트워크 모델을 사용하여 불포화 상태에서 입상체의 유효 열전도도를 산정할 수 있다.

• 지질공학
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• 제18권4호
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• pp.523-535
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• 2008

강우재현장치를 제작하고, 강우 및 사면조건에 따라 강우재현 모형실험과 함수특성곡선실험(SWCC Cell Test)을 실시하여 불포화 특성에 관해 연구하였다. 그 결과를 이용하여 강우에 따른 침투거동 특성과 함수특성곡선 모델들의 불포화된 화강암질 풍화토에 대한 적용을 검토하였다. 강우재현 모형실험의 습윤과정(강우재현)과 건조과정(방치)에서 계측된 체적함수비와 모관흡인력을 비교한 결과 체적함수비는 $2{\sim}5%$, 모관흡인력은 $3{\sim}10\;kPa$ 정도 값의 차이를 보여 이력현상을 확인 할 수 있었다. 또한, 모관흡인력의 값이 체적함수비의 값에 비해 상대적으로 큰 차이를 보여 모관흡인력에 이력거동이 더 큼을 확인할 수 있었다. 강우재현 모형실험과 함수특성곡선실험에서 얻은 결과로부터 구한 함수특성곡선을 비교하면, 습윤과정과 건조과정에서 두 방법 모두 근접한 함수특성곡선을 얻을 수 있었으나, 두 방법 모두 습윤과정과 건조과정에서의 결과는 차이가 있었다. 이로써 불포화토의 특성을 고려한 보다 합리적인 설계나 안정검토에 함수특성곡선을 적용시킬 때에는 습윤과정에서는 습윤과정 함수특성곡선을 건조과정에서는 건조과정 함수특성곡선을 적용하는 것이 합당할 것으로 여겨진다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권1호
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• pp.15-25
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• 2023

최근 집중 강우의 증가로 인한 사면 붕괴가 증가하고 있으며, 대규모 사면 붕괴가 빈번하게 발생하고 있다. 사면 붕괴로 인한 인명 및 재산 피해를 최소화하기 위해서 사면 경보 시스템에 사면 계측이 활용되고 있다. 사면 계측은 특정 지점에서 대한 결과를 측정하기 때문에 전반적인 사면의 거동을 파악하기 어려우므로 수치 해석을 함께 수행되어야 한다. 강우 침투시 사면의 거동을 파악하기 위해서 강우 뿐만 아니라 증발산이 고려되고 있으며, 불포화 함수 특성 곡선의 건조 과정을 적용하여 수치해석이 진행 되고 있다. 하지만, 불포화 함수 특성 곡선의 이력 현상은 수치해석 결과에 영향을 미친다. 따라서, 본 연구에서는 증발산 산정 방법과 증발산을 경계 조건에 적용하는 방법을 제시하고, 불포화 사면의 현장 계측 결과와 경계 조건과 침투 조건을 고려한 수치해석 결과를 비교하였다. 계측 지점의 흡수력 변화와 상관 계수를 비교하였을 때, 불포화 함수 특성 곡선의 건조과정과 습윤과정에 따라 증발산에 대한 영향이 다르게 나타났다. 또한, 증발산 적용을 통하여 건기와 우기시의 흡수력 변화가 실제 계측 결과와 근접하게 나타나는 것을 통하여 증발산 적용시 불포화 사면의 지표면에서 발생하는 수분 이동을 더 합리적으로 예측할 수 있다고 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제8권5호
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• pp.687-706
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• 2015

Methods commonly used to evaluate the improvement of lime-treated expansive soil include swelling characteristics and unconfined compressive strength. In the field, lime-treated expansive soils are in compacted unsaturated state. Soil water characteristic curves (SWCCs) represent a key parameter to interpret and describe the behavior of unsaturated expansive soil. This paper investigates the use of SWCC as a technique to evaluate improvements acquired by expansive soil after lime treatment. Three different lime contents were considered 2%, 4% and 6% by dry weight of clay. Series of tests were performed to determine the SWCC for the different lime content under curing periods of 7 and 28 day. Correlations between key features of the soil water characteristic curves of lime treated expansive soils and basic engineering behavior such as swelling characteristics and unconfined compression strength were established. Test results revealed that initial slope ($S_1$), saturated water content ($w_{sat}$), and air entry value (AEV) play an important role in reflecting improvement in engineering behavior achieved by lime treatment.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권2호
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• pp.107-116
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• 2022

The steady state of unsaturated soil takes a long time to achieve. The soil seepage behaviours and hydraulic properties depend highly on the wetting/drying rate. It is observed that the soil-water characteristic curve (SWCC) is dependent on the wetting/drying rate, which is known as the dynamic effect. The dynamic effect apparently influences the scanning curves and will substantially affect the seepage behavior. However, the previous models commonly ignore the dynamic effect and cannot quantitatively describe the hysteresis scanning loops under dynamic conditions. In this study, a dynamic hysteresis model for SWCC is proposed considering the dynamic change of contact angle and the moving of the contact line. The drying contact angle under dynamic condition is smaller than that under static condition, while the wetting contact angle under dynamic condition is larger than that under static condition. The dynamic contact angle is expressed as a function of the saturation rate according to the Laplace equation. The model is given by a differential equation, in which the slope of the scanning curve is related to the slope of the boundary curve by means of contact angle. Empirical models can simulate the boundary curves. Given the two boundary curves, the scanning curve can be well predicted. In this model, only two parameters are introduced to describe the dynamic effect. They can be easily obtained from the experiment, which facilitates the calibration of the model. The proposed model is verified by the experimental data recorded in the literature and is proved to be more convenient and effective.

• Geomechanics and Engineering
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• 재33권6호
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• pp.625-633
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• 2023

The volume changes associated with moisture or suction variation in expansive soils are of geotechnical and geoenvironmental design concern. These changes can impact the performance of infrastructure projects and lightweight structures. Assessment of unsaturated function for these materials leads to better interpretation and understanding, as well as providing accurate and economic design. In this study, expansive soils from different regions of Saudi Arabia were studied for their basic properties including gradation, plasticity and shrinkage, swelling, and consolidation characteristics. The unsaturated soil functions of saturated water content, air-entry values, and residual states were determined by conducting the tests for the entire soil water characteristic curves (SWCC) using different techniques. An attempt has been made to provide a prediction model for unsaturated properties based on the basic properties of these soils. Once the profile of SWCC has been predicted the time and cost for many tests can be saved. These predictions can be utilized in practice for the application of unsaturated soil mechanics on geotechnical and geoenvironmental projects.