흙이 변형하는 동안 전단지역 내에서 변형국지화가 자주 관찰된다. 사실상, 그 현상은 예외적이라기보다는 전형적으로 보인다. 개념적으로, 행해진 일의 증가가 음인 경우 변형국지화가 쉽게 발생한다. 이러한 현상을 검증하기 위해서, 본 연구에서는 배수상태의 조밀한 흙, 비배수상태의 느슨한 흙, 비배수전단하의 조밀한 흙에서의 공동화, 비균질한 흙, 판상형의 입자로 된 흙에서의 입자배열, 입자 깨짐을 가지는 흙, 그리고 낮은 함수비나 약한 시멘트결합이 된 흙 등 다양한 흙과 다양한 조건에 대하여 조사를 수행하였다. 이러한 경우들의 각각을 독립적으로 시험할 수 있도록 시료를 제작하였고 실험절차를 구상하였다. 실험결과에 의하면, 최고점후 변형연화거동을 가지는 흙은 변형국지화, 전단대형성, 그리고 점진적 파괴가 되기 쉽다. 응력상태, 흙밀도, 흙입자의 고유적인 역학적$.$지형학적인 특성, 저함수비, 그리고 비균질성이 변형국지화를 일으키는데 공헌을 하였다. 국지화가 가능한 모든 경우들을 고려해 볼 때, 실내시험으로부터 한계상태정수를 결정하는 최선의 방법은 배수전단하의 느슨하고 균일한 포화시료를 사용하는 것으로 나타났다.
Understanding the post-liquefaction shear behavior is crucial for predicting and assessing the damage, such as lateral flow, caused by liquefaction. Most studies have focused on the behavior until liquefaction occurs. In this study, we performed undrained multi-stage tests on clean sand, sand-silt mixtures, and silty soils to investigate post-liquefaction shear strain based on soil compressibility. The results confirmed that it is necessary to consider the soil compressibility and the shape of soil particles to understand the post-liquefaction shear strain characteristics. Based on this, an index reflecting soil compressibility and particle shape was derived, and the results showed a high correlation with post-liquefaction small resistance characteristic regardless of soil type and fine particle content.
The reinforcement of soil shear strength by nylon net as substitute materials simulating a fine root system was evaluated by soil strength parameters(apparent cohesion(c) and internal friction angle(tan${\phi}$), using simple shear tester which clearly depicts shear deformation and controls soil suction. And the results of shear test by using bamboo as a substitute materials simulating a main root system and using nylon net as a substitute materials simulating a fine root system were compared. The reinforcement of soil strength by nylon net are expressed by apparent cohesion more than internal friction angle. In addition the increment of apparent cohesion by nylon net reached a peak in suction 60 $cmH_2O$. Different from with bamboo, the possibility of the change on internal friction angle(tan${\phi}$) caused by the soil water condition was shown in shear strain 20% condition. These results show that the mechanism of reinforcement by substitute materials simulating root system may be different in the condition of various soil water content.
The stability of slope using root-pile like to the reinforcements is affected by the interaction behavior mechanism of soil-reinforcements. Through the studying on the interaction in joint of its, therefore, the control roles can be find out in installed slope. In study, the stress level ratio based on the insert angle of installed reinforcements in soil used to numerical analysis, which was results from the duty direct shear test in Lab. The maximum shear strain variation on the reinforcements was observed at insert angle, which was approximately similar to the calculated angle based on the equation proposed by the Jewell. The elasto-plastic joint model on the contact area of soil-reinforcements was presumed, the reinforced soil assumed non-linear elastic model and the reinforcements supposed elastic model, respectively. The finite element analysis of assumed models was performed. The shear strain variation of non-reinforced state obtained by the FEM analysis including elasto-plastic joint elements were shown the rationality of general limit equilibrium analysis for the slope failure mode on driving zone and resistance zone, which based on the stress level step according to failure ratio. Through the variation of shear strain for the variation of inserting angle of reinforcements, the different mechanism on the bending and the shear resistance of reinforcements was shown fair possibility.
Chen Ge;Zhu Jungao;Wang Tao;Li Jian;Lou Qixun;Li Tao
Geomechanics and Engineering
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제37권6호
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pp.615-627
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2024
Direct simple shear test is an effective method to measure strength and deformation properties of soil. However, existing direct simple shear apparatus have some shortcomings. The paper has developed a novel dual stress/strain-controlled direct simple shear apparatus. The novel apparatus has the following advantages: A rectangular specimen is used that effectively avoid common issues associated with conventional cylindrical specimens, such as specimen tilting. The utilization of deformation control rods ensures a uniform shear deformation of the specimen. Vertically integrated force transmission structure is improved that avoids issues arising from changes in pivot points due to lever tilting. Incorporating this novel direct simple shear apparatus, shear strength and shear creep tests of clay were performed. Shear strength parameters and shear creep behaviors are analyzed. The results of these experiments show that the novel apparatus can measure accurately the shear rheological properties of soil. This study provides strong guidance for studying the mechanical properties of soil in engineering practice.
In order to study the mechanical propertied and change rules of undrained shear behavior of saline soil under the freeze-thaw cycles, an improved constitutive model reflecting the effects of freeze-thaw cycles was proposed based on the traditional Duncan-Chang model. The saline soil in Qian'an County, western Jilin Province, was selected as the experimental object. Then, a set of freeze-thaw cycles (0, 1, 10, 30, 60, 90, 120) tests were conducted on the saline soil specimens, and conventional consolidated undrained triaxial shear tests were conducted on the saline soil specimens that underwent freeze-thaw cycles. The stress-strain relationship was obtained by the triaxial shear test. The model parameters have a corresponding regression relationship with the number of freeze-thaw cycles. Finally, based on the function expression of the model parameters, the modified Duncan-Chang model with the number of freeze-thaw cycles as the influence factor was established, whilst the calculation program of the modified model is compiled. Based on the test results, the stress-strain relationship of the saline soil specimen shows strain hardening. The shear strength gradually decreases with the increase of freeze-thaw cycle. The 10 freeze-thaw cycles are the turning point in the trend of changes of the mechanical properties of saline soils. The calculated and experimental stress-strain relationship are compared, and the comparison between the calculated value of the model and the experimental value showed that the two had a good consistency, which verified the validity of the modified Duncan-Chang model in reflecting the effects of the freeze-thaw cycle.
Determination of stress-strain relationship in torsional tests is complicated due to nonuniform stress-strain variation occurring linearly with the radius in a soil specimen in torsion. The equivalent radius approach is adequate when calculating strain at low to intermediate strains, however, the approach is less accurate when performing the test at higher strain levels. The modified equivalent radius approach was developed to account for the problem more precisely. This approach was extended to generate the plots of equivalent radius ratio versus strain using modified hyperbolic and Ramberg-Osgood models. Results showed the effects of soil nonlinearity on the equivalent radius ratio curves were observed. Curve fitting was also performed to find the stress-strain relationship by fitting the theoretical torque-rotation relationship to measured torque-rotation relationship.
본 연구에서는 여러 영향 인자들이 사질토의 액상화로 인한 침하에 미치는 영향을 확인하기 위해 변형률 제어조건 하에서 반복단순직접전단시험을 수행하였다. 누적 전단 변형률, 상대밀도, 반복 하중의 형태, 시료 준비 방법 등의 다양한 인자들을 선정하였으며, 지진 하중이 발생하였을 때 인자들이 지반 침하에 미치는 영향을 분석하였다. 시험 결과, 누적 전단 변형률이 낮고 상대밀도가 높은 시료에서 더 작은 부피 변형이 발생하였다. 추가적으로 반복하중의 진폭은 부피 변형에 영향을 미쳤으나, 주파수는 시료의 부피 변형에 영향을 미치지 않는다는 사실을 확인할 수 있었다. 시료 준비 방법에 따라서도 액상화에 따른 침하가 다른 양상을 보인다는 사실을 확인하였으며, 이와 같은 결과들은 향후 액상화로 인한 침하 예측을 수행할 때 기초 연구로써 의미가 있을 것으로 기대된다.
Understanding the behavior of soil under cyclic loading conditions is essential for assessing its response to seismic events and potential liquefaction. This study investigates the effect of non-plastic fines content (FC) on excess pore pressure generation in medium-density sand-silt mixtures subjected to strain-controlled cyclic direct simple shear (CDSS) tests. The investigation is conducted by analyzing excess pore pressure (EPP) ratios and the number of cycles to liquefaction (Ncyc-liq) under varying shear strain levels and FC values. The study uses Jumunjin sand and silica silt with FC values ranging from 0% to 40% and shear strain levels of 0.1%, 0.2%, 0.5%, and 1.0%. The findings indicate that the EPP ratio increases rapidly during loading cycles, with higher shear strain levels generating more EPP and requiring fewer cycles to reach liquefaction. At 1.0% and 0.5% shear strain levels, FC has a limited effect on Ncyc-liq. However, at a lower shear strain level of 0.2%, increasing FC from 0 to 10% reduces Ncyc-liq from 42 to 27, and as FC increases further, Ncyc-liq also increases. In summary, this study provides valuable insights into the behavior of soil under cyclic loading conditions. It highlights the significance of shear strain levels and FC values in excess pore pressure generation and liquefaction susceptibility.
액상화에 의해 발생되는 피해의 상당 부분은 반복전단과정에서 발생한 과잉간극수압이 소산되면서 지표에 나타나는 침하에서 유발된다. 그러나 지반은 매우 복잡한 구조로 되어 있기 때문에 침하는 균등하게 발생하지 않으며 대부분 부등 침하의 형태로 발생되게 된다. 일반적으로는 이러한 잔류전단변형률이 없는 상태에서 재압밀을 수행하지만 현실적으로는 잔류전단변형이 남아있는 것이 자연스러운 현상이라는 인식과 함께 다양한 다이레이턴시 특성하에서 발생되는 액상화 후 재압밀에 대한 고찰이 거의 이루어지지 않았다는 점에 주목하여 본 연구에서는 잔류전단변형률이 액상화 후 재압밀과정에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위하여 변형률 제어에 기반을 둔 시험장치와 간극수의 배수를 정밀 제어할 수 있는 체적변형률 제어장치를 이용하여 세립분을 포함하고 있지 않은 표준사와 세립분을 포함한 풍화토에 대한 일련의 삼축압축시험을 실시하였고 그 결과를 고찰하였다. 결과 표준사의 경우 에는 상대적으로 잔류전단변형률이 액상화 후 체적압축특성에 미치는 영향이 작았으나 풍화토의 경우에는 유효응력-체적변형률 관계곡선이 잔류전단변형률이 클수록 하방에 위치하였으며 곡선의 형상에도 영향을 미치고 있었고 대체적으로 응력 수준이 낮은 배수 초기에 체적변형률이 급증하며 유효응력 증가에도 거의 체적변형은 일어나지 않고 있다. 액상화에 의한 침투유동파괴가 낮은 응력 수준에서 발생된다는 점을 고려하면 이러한 관계 곡선의 형상은 매우 중요한 의미를 갖는다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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