Decomposed granite soil is the most common type of soils. The measurement of the stress-strain-strength behavior of anisotropic decomposed granite soils is very important for the deformation and stability analysis of slopes, retaining walls, excavations. A series of unsaturated-drained triaxial compression tests were performed to know unsaturated strength properties. The sample had three different angles of the axial (major principal) direction to the sedimentation plane (compaction plane): 0, 45 and 90 degrees. The compression strain of specimens subjected to an isotropic compression was strongly influenced by the sedimentation angle. In addition, the time dependence was independent of the sedimentation angle in relation to the deformation behavior during the secondary compression process. The effect of the sedimentation angle on the triaxial compression strength and deformation was clearly shown with low confining stress. The effect of the sedimentation angle on the compressive strength and deformation was more evident in saturated specimens. A new method of predicting the shear strength of unsaturated decomposed granite soils, considering compaction angles, was proposed.
Kim, Tae-Hyung;Lee, Yong-Su;Hwang, Woong-Ki;Kang, Ki-Min;Ahn, Yonug-Kyun
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.963-971
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2008
Unsaturated soil mechanics has been often used to find out a cause of failure (tensile failure) of retaining walls and hill slopes containing sandy soils. Checking shear strength is a popular method by considering suction stress developed form pore water menisci among the grains and saturated pockets of pore water under negative pressure. Linear Mohr-Coulomb failure criterion is generally adopted as a failure criterion. However, depending on relative density, stress history, and the magnitude of stress, the failure behavior of sand may not follow linear M-C frictional behavior. For stress in the large compressive ranges, say from tens to hundreds of kPa, the linear M-C criterion is an adequate representation for the shear strength behavior of sand. However, less than tens of kPa, the M-C criterion often can not be accurately represented. Depending on failure criterion, the uniaxial tensile strength is different over 100% relative error. For sand behavior under small compression regimes, therefore, such as under low or zero gravity, or under undergoing tensile failure in the crest area of hill slopes or behind retaining walls, it is important to consider the non-linear behavior.
It has been reported that the failure of a slope in weathered soils or rocks induced by intensive rainfall occurs mainly within 2.0m below the ground surface, and that the effect of rainfall on the rise of the ground water level is not significant if the ground water level inside the slope is not so high before rainfall. Most slopes in Korea, however, have been examined to rather fail at the deeper part since they are usually designed on the basis of assumption that the ground water level rises up to the surface when raining. In this study, the rise of ground water level and slope stability were examined in order to verify the appropriateness of the current ground water level condition that has a significant effect on slope stability using the average daily rainfall in Seoul for the last 30 years. The result showed that the ground water level appears to rise up to 6.0~41.0% of the slope height respectively, and therefore the currently applied condition of ground water level may be somewhat overestimated.
In this study, experiments on the SWCC were performed in order to find out the characteristics of unsaturated soil and to analyze the stability of unsaturated weathered slopes with rainfall-induced wetting. Several soil types classified by mixture portion of clay (CH) in the weathered soil (SW) were used in experimental tests. To achieve the SWCC, the filter paper method was used on SW with varying clay contents. A tensiometer test was used for measuring wetting front suction of the soils in a laboratory with varying relative densities. Based on the experimental results, it is shown that the wetting front suction increases as clay contest of mixture soil increases : in particular, the wetting front suction increases sharply as the clay contents increase. It is also found that wetting front suction affects the initial wetting band depth and stability of the slope.
The slope failure due to the rainfall infiltration occurs frequently in Korea, since the depth of the weathered residual soil layer is shallow in mountainous region. Depth of the failure surface is shallow and tends to pass near the interface between impermeable bedrock and soil layer. Soil parameters that have a significant impact on the instability of unsaturated slopes due to rainfall infiltration inevitably include large uncertainties. Therefore, this study proposes a probabilistic analysis procedure by Monte Carlo Simulation which considers the hydraulic characteristics and strength characteristics of soil as random variables in order to predict slope failure due to rainfall infiltration. The Green-Ampt infiltration model was modified to reflect the boundary conditions on the slope surface according to the rainfall intensity and the boundary condition of the shallow impermeable bedrock was introduced to predict the stability of unsaturated soil slope with shallow bedrock under constant rainfall intensity. The results of infiltration analysis were used as inputs of infinite slope analysis to calculate the safety factor. The proposed analysis method can be used to calculate the time-dependent failure probability of soil slope due to rainfall infiltration.
Oh, Seboong;Mun, Jong-Ho;Kim, Tae-Kyung;Kim, Yun Ki
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3C
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pp.167-178
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2008
Rainfall-induced slope failures were simulated by seepage and stability analyses for actual slopes of weathered soils. After undisturbed sampling and testing on a specimen of unsaturated conditions, a seepage analysis was performed under actual rainfall and it was found that the pore water pressure increased at the boundary of soil and rock layers. The safety factor of slope stability decreased below 1.0 and the failure of actual slope could be simulated. Under design rainfall intensity, the seepage analysis could not include the effects of the antecedent rainfall and the rainfall duration. Due to these limitations, the safety factor of slope stability resulted in above 1.0, since the hydraulic head of soil layers had not be affected significantly. In the analysis of another slope failure, the parameters of unsaturated conditions were evaluated using artificial neural network (ANN). In the analysis of seepage, the boundary of soil and rock was saturated sufficiently and then the safety factor could be calculated below 1.0. It was found that the failure of actual slope can be simulated by ANN-based estimation.
A hydrogeomechanical numerical model is presented to evaluate rainfall impacts on groundwater flow in slopes and slope stability. This numerical model is developed based on the fully coupled poroelastic governing equations for groundwater flow in deforming variably saturated geologic media and the Galerkin finite element method. A series of numerical experiments using the model developed are then applied to an unsaturated slope under various rainfall rates. The numerical simulation results show that the overall hydromechanical slope stability deteriorates, and the potential failure nay initiate from the slope toe and propagate toward the slope crest as the rainfall rate increases. From the viewpoint of hydrogeology, the pressure head and hence the total hydraulic head increase as the rainfall rate increases. As a result, the groundwater table rises, the unsaturated zone reduces, the seepage face expands from the slope toe toward the slope crest, and the groundwater flow velocity increases along the seepage face. From the viewpoint of geomechanics, the horizontal displacement increases, and the vertical displacement decreases toward the slope toe as the rainfall rate increases. This may result from the buoyancy effect associated with the groundwater table rise as the rainfall rate increases. As a result, the overall deformation intensifies toward the slope toe, and the unstable zone, in which the factor of safety against shear failure is less than 1, becomes thicker near the slope toe and propagates from the slope toe toward the slope crest. The numerical simulation results also suggest that the potential tension failure is likely to occur within the slope between the potential shear failure surface and the ground surface.
Recent weather changes have led to an increase in heavy rainfall resulting in frequent large-scale slope failures. To minimize damage to life and property, a measurement system is used in slope failure warning systems. However, understanding the slope failure behavior is difficult as the measurement system only measures a specific point. Therefore, numerical analysis must be p erformed with the measurement system. The soil water characteristic curve (SWCC) drying curve and boundary conditions that consider evapotranspiration and precipitation have been applied to numerical analysis, but the hysteresis of SWCC affects the numerical analysis results. To address this, a new evapotranspiration calculation method is proposed and applied to boundary conditions, and the measurement data are compared with the results of the numerical analysis. This method takes into account the different infiltration behaviors on evapotranspiration according to the drying and wetting curves of the SWCC, and allows for a more rational prediction of water movement on unsaturated slopes.
In this study unsaturated seepage analysis of 8 large rockfill dam managed by Korea Water Resources Corporation, were carried out, and the seepage rate of rockfill dam was analyzed by changing reservoir water level, shape, saturated and unsaturated seepage properties of core zone to present an equation to estimate steady-state seepage rate of rockfill dam. This equation considers unsaturated seepage flow and is applicable to domestic large scale Rockfill dam with the height of more than 50m. Estimated values by the proposed equation are greater than those by the method of Sakamoto (1998), which does not consider unsaturated seepage flow. The difference of estimated values increases with the lower reservoir water level and decreases with the higher reservoir water level. We can be sure that the comparison between the measured seepage rate and the estimated seepage rate by the proposed equation for the existing rockill dam was well-matched. The proposed equation is close to the actual phenomenon compared with the existing equations (Sakamoto, 1998; Chapuis and Aubertin, 2001) because it is based on the results of unsaturated seepage analysis of dams, has upstream and downstream slopes in the range of 1Vertical: (0.2~0.3)Horizontal.
In this study, the infiltration behavior of slopes composed of mixed soils with clay contents of 0%, 5%, and 10% in weathered Gneiss soil, which is a representative weathered soil in Korea, was investigated, and the stability of unsaturated slopes due to rainfall infiltration was examined. For this, in this study, the soil water characteristic curve was obtained through the water retention test, and the strength constant was obtained through the triaxial compression test. Based on the obtained results, the influence of clay content and antecedent rainfall effect (i.e., initial suction) on the formation of saturated zone (i.e., wetting band) and slope stability due to rainfall infiltration was examined through infiltration and stability analyses. As a result, it was found that the hig her the initial suction, the slower the formation of the saturated zone on the slope. In addition, it was found that as the clay content increases, the shear strength of the ground increases and the resistance to rainfall infiltration increases, and eventually the slope stability is greatly improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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