A numerical study was performed to investigate characteristics of one-dimensional consolidation of soft clay. Results of consolidation tests with the remolded normally consolidation clay of having a very high initial void ratio were analyzed by using the numerical technique of finite difference method based on the finite strain consolidation theory, to evaluate consolidational characteristics of soft clay under surcharges on the top of clay. On the other hand, a numerical parametric study on soft clay consolidated due to its self-weight was also carried out to find its effect on one-dimensional consolidation. Terzaghi's conventional consolidation theory, finite strain consolidation theories with linear and non-linear interpolation of effective stress - void ratio - permeability relation were used to analyze the test results and their results were compared to each other to figure out the difference between them. Therefore, the validity of theories was assessed.
In this study, the large scaled model test improved by sand drain was carried out to clarify the internal behavior of the three-dimensional consolidation under different secondary consolidation periods. From the results of model test, the void ratio in the undrained side was lager than in the drained side. In addition, the unconfined compressive strength in the long-term consolidated specimen was larger than that in the short-term consolidated one. It was also found that the unconfined compressive strength was larger in the drained side than in the undrained side. These reasons are considered to be due to the large effective stress by quick pore water pressure dissipation by the short drainage distance in the drained side. Furthermore, in order to investigate the three-dimensional consolidation behavior of clay ground improved by the vertical drain method, the numerical analysis obtained from the three-dimensional elasto-viscous consolidation theory proposed by author (2006) were compared with the test results. It was found that during the three-dimensional consolidation process not only vertical displacement but also radial displacement occurs inside the specimen.
5가지의 토질을 대상으로 하여 심지배수가 존재하는 경우와 그렇지 않은 경우에 있어서 진공압밀실험을 실시하여 진공압밀에서의 시간에 따른 침하량을 측정하였다. 이에 앞서 기초실험을 통하여 토질의 특성을 파악하고 아울러 일차원 압밀실험을 행하여 심지배수가 존재하지 않은 경우의 진공압밀이 진행되는 동안 기존의 압밀 실험이 토질의 거동을 예측할 수 있는지를 검토하여 보았다. 본 연구결과 기존의 일차원 압밀실험은 심지배수가 존재하지 않는 경우의 진공압밀 실험과정을 예측하는데 부적절하였으나 최종침하량은 적절하게 예측하였음이 밝혀졌다. 진공압밀의 실험결과에서는, 실트질토에 있어서 심지배수의 존재가 압밀의 속도에는 커다란 영향을 미쳤으나 최종 침하량은 심지배수의 존재에 상관없이 동일하였음이 밝혀졌으며 심지배수의 존재는 시료의 깊이에 대해 함수비와 밀도를 일정하게 한다는 것은 규명되었으나 점토질토에서의 심지배수의 존재는 압밀의 속도 뿐만 아니라 최종침하량도 증가시킴이 밝혀졌다.
One-dimensional Consolidation tests with pore pressure measurement were caried in the ANTE-US consolidometer in order to investigate the effects of loading conditions on consolidation behavior of the soft clay. Undisturbed specimens of a sensitive clay were loaded in load-increment ratioes 0.5, 1.0 and 2.0, and load increment duration of 1, 6, 12, 24 and 48 hours with the application of 40 psi of back pressure. There is no significant effect of load-increment ratio on compression-pressure relationship, but the test with one-hour load increment duration doesn't represent the same results of the standard consolidation test in the sensitive clay.
This thesis is to investigate the one-dimensional consolidation behavior of soft marine clay with uniform surcharges by perfoming numerical and experimental works. Parametric experimental works of centrifuge model test were carried out changing test conditions of gravitational level in centrifuge, magnitude of surcharges and construction sequence of applying surcharges. Results of centrifuge model experiments were analyzed by using the numerical technique of explicit finite difference method based on the finite strain consolidation theory, being known to be appropriate to analyze the consolidational behavior of soft clay with a very high initial void ratio using the Lagrangian and the material coordinate systems. Test results were in relatively good agreements with analyzed results in terms of excess pore pressure dissipation and consolidation settlement with time and final void ratio distribution.
ILT proposed by Tezaghi was frequently used which is based on one dimensional consolidation theory. But this test require time longer than a week and has problems for extra soft clay such as the squeezing around the consolidation ring. Also consolidation curve is not clearly defined since only a few data is obtained in a test. Therefore it is difficult to determine Pc and the interpretation to determine the consolidation constants are rather complicated. In this paper, the stress-strain relationship and consolidation constant obtained by CRS and CG-test were analyzed and compared with the results by ILT.
This research investigated the nonlinear compressibility, permeability, the yielding due to structural degradation and their effects on consolidation behavior of structured soft soils. Based on oedometer and hydraulic conductivity test results of natural and reconstituted soft clays, linear log (1+e) ~ $log\;{\sigma}^{\prime}$ and log (1+e) ~ $log\;k_v$ relationships were developed to capture the variations in compressibility and permeability, and the yield stress ratio (YSR) was introduced to characterize the soil structure of natural soft clay. Semi-analytical solutions for one-dimensional consolidation of soft clay under time-dependent loading incorporating the effects of soil nonlinearity and soil structure were proposed. The semi-analytical solutions were verified against field measurements of a well-documented test embankment and they can give better accuracy in prediction of excess pore pressure compared to the predictions using the existing analytical solutions. Additionally, parametric studies were conducted to analyze the effects of YSR, compression index (${\lambda}_r$ and ${\lambda}_c$), and permeability index (${\eta}_k$) on the consolidation behavior of structured soft clays. The magnitude of the difference between degree of consolidation based on excess pore pressure ($U_p$) and that based on strain ($U_s$) depends on YSR. The parameter ${\lambda}_c/{\eta}_k$ plays a significant role in predicting consolidation behavior.
본 연구에서는 정규압밀 및 과압밀상태의 구별없이 이차압밀 거동을 표현할 수 있는 3차원 탄-점성압밀이론에 의한 유한차분해석에 의해 버티칼 드레인으로 개량된 점성토 지반의 압밀지동을 해석하였다. 또한, 탄-접성압밀이론의 적용성에 대해 버티칼 드레인 타설지반의 모형실험결과와 비교하여 검토하였다. 이들 실험결과로부터, 과잉간극수압이 거의 소산된 상태에서의 버티칼 드레인 개량지반에서의 침하량은 1차원 조건에 비해 적으며, 이차압밀과정에서의 잔류침하량 및 침하속도는 1차원 조건보다 크게 나타남을 알았다. 마지막으로, 압밀과정의 거동에 대한 토질정수의 영향을 정규압밀 및 과압밀 상태에 대한 일련의 수치해석의 결과에 의해 조사하였다.
1차원 압밀시험에서 구해진 결과는 상사법칙을 적용하여 원지반의 침하량과 압밀시간을 추정하고 있다. 하지만 점토의 변형의존성, 층두께, 재하시간, 하중증분비 등에 의해 변화하기 때문에 상사법칙의 성립은 명확하게 밝혀지지 않고 있다. 본 연구는 재하시간과 층두께를 달리하여 압밀시험과 투수시험을 병행하여 상사법칙의 적용성을 나타내었다. 그 결과, f(=1+e)-logk관계는 점토의 특성을 잘 나타내고 있으며, $c_{\nu}$와 k는 보정이 필요없는 것으로 나타났으며, 상사법칙은 f-logp관계의 위치와 1차 압밀선에 의존하고 있다.
Terzaghi의 1차원 압밀이론은 그 유도과정에 있어 몇 가지 중요한 가정사항을 내포하고 있으며, 이로인해 이 이론을 연약 점토지반의 압밀거동에 적용하는데는 많은 모순이 발생할 수 밖에 없다. 특히, 미소변형 및 선형 물질함수에 대한 가정은 실제 현장의 압밀현상과 비교할 때 많은 오류를 발생시키는 원인으로 작용한다. 이러한 이유에서, Gibson 등은 물질함수의 비선형성을 고려할 수 있는 1차원 비선형 유한변형률 압밀이론에 대한 엄밀해를 발표하였다. 그러나, 이 이론은 연직배수공법이 적용된 일반적인 연약 점토지반의 압밀현상에는 적용시킬 수 없다는 단점을 내포하고 있다. 본 연구에서는 포화된 지반의 수직 및 수평방향 배수를 고려하며 지반의 자중 및 투수성과 압축성에 대한 물질함수의 비선형적 특성을 반영할 수 있는 압밀모델을 제안하였다. 또한 제안된 모델을 실제 압밀현상에 적용하기 위한 수치해석 기법을 개발하였다. 수치해석에 이용된 물질함수의 특성은 표준압밀 시험 및 로우셀 시험, 개량 표준압밀 시험등을 이용하여 산정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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