• Geomechanics and Engineering
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• 제19권2호
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• pp.179-191
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• 2019

Based on the effective stress principle, a new formula for shear strength of unsaturated soil is derived under the general nonlinear Mohr-Coulomb (M-C) strength criterion to improve the classical strength criterion of unsaturated soil. Meanwhile, the simple irrigation model under steady seepage is adopted to obtain the distribution of the matrix suction or the degree of saturation (DOS) above the groundwater table in the slope. Then, combined with the improved strength criterion of unsaturated soil and the simple irrigation model under steady seepage, the limit equilibrium (LE) solutions for the unsaturated slope stability are established according to the global LE conditions of the entire sliding body with assumption of the stresses on the slip surface. Compared to the classical strength criterion of unsaturated soil, not only the cohesion soil but also the internal friction angle is affected by the matric suction or the DOS in the improved strength criterion. Moreover, the internal friction angle related to the matric suction has the nonlinear characteristics, particularly for a small of the matric suction. Thereafter, the feasibility of the present method is verified by comparison and analysis on some slope examples. Furthermore, stability charts are also drawn to quickly analyze the unsaturated slope stability.

• 지질공학
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• 제22권2호
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• pp.145-155
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• 2012

자동 흙-함수특성곡선 시험장치를 이용하여 상대밀도 60%인 주문진표준사에 대한 건조 및 습윤과정에서의 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. 습윤과정이 건조과정에 비해 상대적으로 많은 시간이 소요되며, 이것은 건조과정에서 간극에 갇힌 독립된 공기에 의한 흐름 저항에 의한 것으로 판단된다. 측정된 모관흡수력과 체적함수비를 토대로 van Genuchten (1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 예측하였다. 불포화 관련계수는 건조과정의 경우 ${\alpha}$는 0.399, n은 8.586, m은 0.884이며, 습윤과정의 경우 ${\alpha}$는 0.548, n은 5.625, m은 0.822로 산정되었다. 그리고 건조과정과 포화과정에서의 흙-함수특성곡선(SSCC)이 일치하지 않는 이력현상이 발생되었다. 불포화 관련계수를 이용하여 유효포화도와 흡입응력의 상관관계인 흡입응력특성곡선(SSCC)을 예측하였다. 흡입응력은 모관흡수력이 공기함입치 이상으로 작용할 경우 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 불포화토의 유효응력은 공기함입치 이상의 모관흡수력이 작용할 경우 포화토의 유효응력과 다른 값을 갖게 된다. 그리고 불포화상태에서의 동일한 유효포화도에서는 건조과정의 흡입응력이 더 크게 발생된다. 즉 흡입응력특성곡선(SSCC)에서도 건조과정과 포화과정이 일치하지 않는 이력현상이 발생되었다. 이는 흙-함수특성곡선(SWCC)의 이력현상에 기인하는 것으로 판단되며, 잉크병 효과와 접촉각 이력현상에 의해 발생되는 것으로 예상할 수 있다. 따라서 모래로 구성된 사면의 경우 지반 내 물이 유입되면서 흡입응력의 영향으로 사면 안정성에 유리하게 작용하다가 일정 흡입응력 이상이 되면 사면안정성에 불리하게 작용됨을 알 수 있다. 또한 실제 지반내 강우가 침투하는 과정은 습윤과정과 동일하므로 건조과정의 결과보다는 습윤과정의 결과를 활용하는 것이 바람직하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권11호
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• pp.7-14
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• 2019

압축 벤토나이트는 고준위폐기물을 처분하기 위한 공학적방벽 시스템에서 중요한 구성요소 중 하나인 완충재의 후보물질로 가장 적합한 것으로 고려되고 있다. 완충재는 처분공 내 사용후핵연료가 담긴 처분용기와 근계 암반 사이에 채워지는 방벽재로서 지하수 유입으로부터 처분용기를 보호하고, 방사성 핵종 유출을 저지한다. 처분 초기에는 처분용기로부터 발생하는 고온의 열량으로 인해 완충재의 포화도는 감소하지만, 그 후 주변 암반으로부터 유입되는 지하수로 인해 완충재의 포화도는 증가한다. 이렇듯 완충재는 처분 운영 조건에 따라 불포화에서 포화 상태로 도달하게 되기에 완충재의 불포화-포화 거동 특성은 공학적방벽의 전체 안전성을 좌우할 수 있는 중요한 입력자료이다. 따라서 본 연구에서는 국내 압축 벤토나이트 완충재에 대한 수분보유특성을 규명하고자 하였다. 처분 초기 온도 증가에 따라 완충재의 포화도가 감소하는 상황을 고려하여 상온에서부터 125도까지 압축 벤토나이트의 온도 증가에 따른 체적 함수비와 수분흡입력을 측정하였다. 또한 이를 상온에서 동일한 함수비에서의 수분보유능과 비교하였으며 상온에서의 수분흡입력은 1~15% 정도 크게 측정되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제22권2호
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• pp.153-163
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• 2020

Laboratory experiments were conducted with two different soil conditions to investigate rainfall infiltration characteristics. The soil layer materials that were tested were weathered granite soil and weathered gneiss soil. Artificial rainfall of 80 mm/hr was reproduced through the use of a rainfall device, and the volumetric water content and matric suction were measured. In the case of the granite soil, the saturation velocity and the moving direction of the wetting front were fast and upward, respectively, whereas in the case of the weathered gneiss soil, the velocity and direction were slow and downward, respectively. Rainfall penetrated and saturated from the bottom to the top as the hydraulic conductivity of the granite soil was higher than the infiltration capacity of the artificial rainfall. In contrast, as the hydraulic conductivity of the gneiss soil was lower than the infiltration capacity of the rainfall, ponding occurred on the surface: part of the rainfall first infiltrated, with the remaining rainfall subsequently flowing out. The unsaturated hydraulic conductivity function of weathered soils was determined and analyzed with matric suction and the effective degree of saturation.

• Geomechanics and Engineering
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• 제25권2호
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• pp.75-87
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• 2021

Because the hydraulic/mechanical behaviour of unsaturated soil is more complicated than that of saturated soil, one of the most important issues in modelling unsaturated soil is to properly couple its stress-strain relationship with its water retention characteristics. Based on the results of a series of tests, the stress-strain relationship and the changes in suction and saturation of unsaturated completely decomposed granite (CDG, also called Masado) vary substantially under different loading/hydraulic conditions. To precisely model the hydraulic/mechanical behaviour of unsaturated Masado, in this study, the superloading concept was firstly introduced into an existing saturated/unsaturated constitutive model to consider the structural influences. Then a water retention curve (WRC) model considering the volumetric change in the soil, in which the skeleton and scanning curves of the water retention characteristics were assumed to shift in parallel in accordance with the change in the void ratio, was proposed. The proposed WRC model was incorporated into the constitutive model, and the validity of the newly proposed model was verified using the results of tests conducted on unsaturated Masado, including water retention, oedometer and triaxial tests. The accuracy of the proposed model in describing the stress-strain relationship and the variations in suction and saturation of unsaturated Masado is satisfactory.

• 한국농공학회논문집
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• 제49권1호
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• pp.57-65
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• 2007

In Korea, most landslides occurr during the rainy season and have shallow failure planes parallel to the slope. For these types of rainfall-induced failures, the most important factor triggering slope unstability is decrease in the matric suction of unsaturated soils with increasing saturation depth by rainfall infiltration. For this reason, estimation of cumulative infiltration has a significance. In this study, infiltration rate and cumulative infiltration are estimated by using both Mein & Larson model based on Green-Ampt infiltration model and using modified Mein & Larson model to which unsteady rainfall is applied. According to the results, the modified model is more reasonable than Mein & Larson method itself in estimation of infiltration rate and saturation depth because of considering real pending condition.

• Coupled systems mechanics
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• 제3권2호
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• pp.233-245
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• 2014

Coupled finite element analysis is carried out to study the effect of degree of saturation on the vertical displacements and pore water pressures simultaneously by developing a FORTRAN90 code. The finite element formulation adopted in the present study is based upon Biot's consolidation theory to include partially saturated soils. Numerical methods are applied to a two-dimensional plane strain strip footing (flexible) problem and the effect of variable degree of saturation on the response of excess pore water pressure dissipation and settlement of the footing is studied. The immediate settlement in the case of partly saturated soils is larger than that of a fully saturated soil, the reason being the presence of pore air in partially saturated soils. On the other hand, the excess pore water pressure for partially saturated soil are smaller than those for fully saturated soil.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권4호
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• pp.1489-1498
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• 2013

본 연구에서는 불포화 사면에서 선행강우의 영향을 고려하고자 지반의 초기 포화도를 3가지(36, 51, 77%)로 설정하여 수리학적-역학적 동시 유한요소해석(monolithically coupled finite element analysis)을 수행하였다. 선행강우에 의한 불포화 사면의 불안정성은 사면 내 모관흡수력 분포와 사면표층의 변위를 통하여 확인할 수 있다. 또한 Drucker-Prager model의 항복경계기준(trial failure criterion)을 적용하여 강우 침투에 의한 불포화 사면의 탄성 및 소성거동을 파악하였다. 그 결과, 선행강우에 의한 지반의 초기 포화도가 클수록 강우에 의한 변위가 크게 발생하며 모관흡수력 또한 감소한다. 특히, 모관흡수력은 지반이 건조할수록 빠르게 감소하며, 초기에 동일한 모관흡수력을 갖는 사면표층에서 포화도가 작은 지반일수록 더 빠른 모관흡수력 감소를 보였다. 풍화토의 탄성과 소성거동을 구분하기 위해 사용된 Drucker-Prager model을 통해 사면 파괴가 시작되는 항복경계지점을 확인 할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권3호
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• pp.55-66
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• 2012

본 연구에서는 포항지역의 자연사면에서 채취된 이암풍화토(CL)의 흡입응력 이력현상을 조사하기 위하여 자동 흙-함수특성곡선(SWCC) 측정장치를 이용하여 건조 및 습윤과정에 따른 모관흡수력과 체적함수비를 측정하였다. 시료에 모관흡수력을 재하시켜 간극수를 유출시키는 건조과정과 반대로 모관흡수력을 제하시켜 간극수를 유입시키는 습윤과정을 재현하였다. 측정결과를 토대로 van Genuchten(1980)의 방법을 이용하여 흙-함수특성곡선(SWCC)을 산정한 결과 유효포화도에 따른 모관흡수력은 비선형적인 관계를 나타내며, 건조 및 습윤과정을 거치는 동안 동일한 유효포화도에서 다른 모관흡수력을 나타내는 이력현상(hysteresis)이 발생되었다. 그리고 Lu and Likos(2006)의 방법을 이용하여 흡입응력특성곡선(SSCC)을 산정한 결과 낮은 모관흡수력에서 흡입응력은 빠르게 증가하며 이후 미소하게 증가하는 것으로 나타났으며, 동일한 모관흡수력에서는 건조과정의 흡입응력이 습윤과정의 흡입응력보다 크게 나타내는 이력현상이 발생되었다. 따라서 불포화토의 특성을 고려하여 설계 및 안정성 검토를 수행하는 경우 강우침투시에는 습윤과정의 흡입응력특성곡선(SSCC)을 적용하고, 건조 혹은 배수시에는 건조과정의 흡입응력특성곡선(SSCC)을 적용하는 것이 바람직하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권12호
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• pp.117-126
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• 2011

열역학적 가정을 토대로 평형방정식을 이용하여 지반의 침투와 흙의 거동을 지배하는 불포화토 유한요소해석을 위한 수학적인 알고리즘을 개발하고, 여러 가지 유효응력 개념들을 수치해석을 통해 비교 분석하였다. 불포화토의 유효응력은 지반의 강도를 나타내며 지반이 함유하고 있는 수분과 모관흡수력의 중요한 구성관계를 표현한다. 특히, 불포화 지반내에서 물의 침투가 흙의 알갱이 거동을 예측하기 위해 여러 문헌에서 제안하고 있는 유효응력계수 ${\chi}$의 특성을 지반의 잔류포화도와 변위에 관련된 구성방정식 조건을 이해하기 위해 분석하였다. 그 결과, 불포화토 유효응력계수 ${\chi}$는 외부하중과 침투가 있는 지반내에서 모관흡수력의 분포를 변화시키지만, 지반의 잔류포화도에 따라 유효응력계수의 차이점을 보이며, 외부하중에 의한 지반 변위가 작아지면 유효응력계수 ${\chi}$는 지반내의 모관흡수력에 대한 영향력이 작아진다는 것을 확인할 수 있었다.