• Interaction and multiscale mechanics
• /
• 제5권2호
• /
• pp.157-168
• /
• 2012

The dilatancy of granular materials has significant influence on its mechanical behaviors. The dilation angle is taken as a constant in conventional associated or non-associated flow rules based on Drucker-Prager yields theory. However, various experimental results show the dilatancy changes during progressive failure of granular materials. A non-associated flow rule with evolution of dilation angle is adopted in this study, and Cosserat continuum theory is used to describe the behaviors of granular materials for considering to some extent the its internal structure. Numerical examples focus on the bearing capacity and localization of granular materials, and results illustrate the capability and performance of the presented model in modeling the effect on failure behavior of granular materials.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제12권6호
• /
• pp.983-1001
• /
• 2017

The extent by which economy and safety concerns can be addressed in earth retaining structure design depends on the accuracy of the assumed failure surface. Accordingly, this study attempts to investigate and quantify mechanical backfill properties that control failure surface geometry of cohesionless backfills at the active state for translational mode of wall movements. For this purpose, a small scale 1 g physical model study was conducted. The experimental setup simulated the conditions of a backfill behind a laterally translating vertical retaining wall in plane strain conditions. To monitor the influence of dilative behavior on failure surface geometry, model tests were conducted on backfills with different densities corresponding to different dilation angles. Failure surface geometries were identified using particle image velocimetry (PIV) method. Friction and dilation angles of the backfill are calculated as functions of failure stress state and relative density of the backfill using a well-known empirical equation, making it possible to quantify the influence of dilation angle on failure surface geometry. As a result, an empirical equation is proposed to predict active failure surface geometry for cohesionless backfills based on peak dilatancy angle. It is shown that the failure surface geometries calculated using the proposed equation are in good agreement with the identified failure surfaces.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제26권8호
• /
• pp.5-14
• /
• 2010

지반모형실험에서 2차원 평면변형률 상태를 모사하기 위해서는 흙을 담을 수 있는 두꺼운 유리 또는 플라스틱 시트의 토조가 필요하며, 이 때 흙과 접촉되는 토조벽면에서의 마찰저항을 최소화 하여야 한다. 하지만, 실제로 이러한 벽면마찰을 완전히 제거할 수는 없다. 본 연구에서는 벽면 마찰저항을 제거하기 위해 다양한 지름을 갖는 알루미늄 봉 지반모델을 도입하고 실내전단시험에 적용하였다. 또한 근거리 사진계측기법을 전단시험에 적용해 유용성을 검증하였다. 그 결과, 근거리 사진계측으로부터 얻은 평균 팽창각은 전단시험의 전단변형률-체적변형률 곡선으로부터 얻는 팽창각에 근접함을 확인할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제30권1호
• /
• pp.49-63
• /
• 2014

모래지반의 지표면에 위치한 거친 바닥면을 가진 강체 연속기초와 원형기초에 대하여 수치해석을 이용하여 팽창각 변화에 따른 지지력계수 $N_{\gamma}$와 형상계수를 구하였다. 양해법(explicit method)에 기반한 유한차분해석을 이용하여 지지력계수를 산정하기 위한 수치모델과 해석절차를 개발하고, Mohr-Coulomb 소성모델을 이용하여 다양한 내부마찰각(${\phi}$)과 팽창각(${\psi}$) 범위에 대하여 지지력계수를 도출하였다. 팽창각이 감소됨에 따라 지지력도 감소하는 것으로 나타났으며, 보편적인 지지력계수 제안식들이 가정하고 있는 관련흐름법칙(associated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}={\phi}$)를 기준으로 비관련흐름법칙(nonassociated flow-rule)이 적용된 경우(${\psi}$ < ${\phi}$)의 상대적인 지지력 비율을 산출하였고, 일반적인 모래에 대한 관계식을 제안하였다. 원형기초의 형상계수는 연속기초의 평면변형률 조건의 고려 여부에 따라 크게 변하였으며, 평면변형률 조건을 고려하여 내부마찰각을 증가시킨 경우가 기존의 실험 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 형상계수 제안식들의 경향이 차이를 나타내는 원인에 대하여 고찰하고 설계시 적용 방안을 제시하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제5권1호
• /
• pp.1-10
• /
• 1995

The behavior of a jointed rock mass depends mainly on the geometrical and mechanical properties of joints. The failure mode of a rock mass and kinematics of rock blocks are governed by the orientation, spacing, and persistence of joints. The mechanical properties such as dilation angle, shear strength, maximum closure, strength of asperities and friction coeffiient play important roles on the stability and deformation of the rock mass. The normal and shear behaviour of a joint are coupled due to dilation, and the joint deformation depends also on the boundary conditions such as stiffness conditons. In this paper, the joint constitutive law including the dilatant behaviour of a joint is numerically modelled using the edge-to-edge contact logic in distinct element method. Also, presented is the method to quantify the input parameters used in the joint law. The results from uniaxial compression and direct shear tests using the numeical model of the single joint were compared to the analytic results from them. The boundary effect on the behaviour of a joint is verified by comparing the results of direct shear test under constant stress boundary condition with those under constant stiffness boundary condition. The numerical model developed is applied to a complex jointed rock mass to examine its performance and to evaluate the effect of joint dilation on tunnel stability.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제23권2호
• /
• pp.35-45
• /
• 2007

본 연구에서는 낙동강하상모래에 소량의 포틀랜드시멘트를 고결작용제로 사용한 시멘트혼합토의 제체재료의 적합성검토 설계 및 해석에 필요한 기초자료를 제공하고자 배수조건의 삼축압축시험을 수행하여 시멘트혼합율의 증가에 따른 전단거동을 분석하였다. 시멘트혼합율의 증가에 따라 첨두강도 및 탄성계수는 증가 하였고 시멘트의 결합력에 의하여 다일레이션이 억제되었으나 시멘트 결합력의 파괴후 다일레이션은 증가하였다. 그리고 응력-변형률 곡선에서 연화거동이 나타났으며 시멘트혼합율의 증가에 따라 점착력 및 내부마찰각이 증가하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제9권2호
• /
• pp.141-148
• /
• 1999

암반 내에 존재하는 절리의 분포 양상을 현실적으로 반영할 수 있는 개별요소해석에서, 절리의 거동을 모사하는 구성방정식의 적절한 선택이 해석결과에 미치는 영향은 매우 크다. 본 연구에서는 절리 암반 사면의 안정성 분석을 통하여 Barton-Bandits (BB)의 구성방정식과 Mohr-Coulom (MC)의 구성방정식을 비교해 보았다. 절리의 전단변위 발생에 따른 수직팽창을 허용하는 BB 모델에서는 현장의 사면 양상과 매우 유사한 결과를 도출하였으며, 그 결과 10cm 두께의 숏크리트 타설이 보강 방안으로 제안되었다. 반면, 수직팽창이 일정한 값으로 주어지는 MC모델에서는 외부 하중 조건에 대하여 둔감한 반응을 보이는 등 현장 상황을 충분히 예측하지 못하는 결과가 도출되었다.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제20권2호
• /
• pp.121-129
• /
• 2020

In the design of geotechnical structures, engineers choose either peak or critical state friction angles. Unfortunately, this selection is based on engineer's preference for economy or safety and lacks the assessment of the expected level of deformation. To fill this gap in the design process, this study proposes a strain based empirical method. Proposed method is founded on the experimentally supported assumption that higher dilatancy angles result in more brittle soil response. Using numerous triaxial test data on ten different soils, an empirical design chart is developed that allows the estimation of shear strain at failure based on soil's peak dilatancy angle and mean grain diameter. Developed empirical chart is verified by conducting a small scale retaining wall physical model test. Finally, a design methodology is proposed that makes the selection of design friction angle in structured way possible based on the serviceability limits of the proposed structure.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제20권1호
• /
• pp.5-12
• /
• 2004

본 연구는 암반에 근입된 현장타설말뚝의 화강암과 콘크리트의 부착면에서의 전단거동을 이해하려는 데 있다. 암반에 근입된 현장타설말뚝의 전단거동을 실내에서 실험하기 위해서는 현장에서의 전단거동을 모델링 해야 한다. 따라서, 말뚝의 축방향 대칭성을 고려해 암반에 근입된 전단면을 2차원으로 모델링함으로써 일정수직강성도(conctant normal stiffness; CNS) 조건의 전단시험을 실시할 수 있다. 본 논문에서는 국내 화강암을 대상으로 거칠기, 암의 강도, 응력경계조건 등을 고려하여 암-콘크리트 접촉부에 대한 일정수직강성도 전단시험을 수행하였다. 실험결과 각 변수(요철부의 경사각 및 높이, 수직강성도)에 따른 전단특성(첨두전단강도, 전단응력, 수직응력)은 물론 팽창현상(dilation) 등을 관찰할 수 있었다. 시험결과에 따르면 첨두 전단강도는 요철부의 경사각이 증가할수록, 그리고 수직강성도가 증가할 수록 증가하는 것으로 나타났으며, 팽창량은 요철부의 각도가 클수록 수직강성도가 작을수록 크게 나타났다.

• 터널과지하공간
• /
• 제11권3호
• /
• pp.225-236
• /
• 2001

암반 절리면의 거칠기는 전단강도 및 변형거동에 가장 중요한 영향을 미치는 요소 중의 하나이다. 절리면은 전단변형이 발생하는 동안 손상을 받게 되고 이에 따라 거칠기각은 연속적으로 낮아진다. 절리면의 수직팽창성과 강도 경화 및 연화현상도 거칠기의 변화와 관련이 있는 것으로 이해되고 있다. 따라서 절리면의 거칠기의 변화를 효율적으로 반영시킬 수 있는 수치해석 모델의 개발이 중요하다. 이 연구에서는 탄소성이론을 바탕으로 거칠기 변화를 고려할 수 있는 탄소성 응력-변형 증분식을 유도하여 절리면 거질기 변화가 절리면 전단거동에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는데 이용하였다. 유도된 탄소성 증분식을 검증하기 위하여 수치 주기전단시험을 실시하였다. 수치시험결과 개발된 탄소성 증분식은 거친 절리면의 주기전단시험에 나타나는 일반적인 현상들을 모사하는데 효과적임을 알 수 있었다.