• Geomechanics and Engineering
• /
• 제19권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 2019

Shallow failures occur frequently in both engineered and natural slopes in expansive soils. Rainfall infiltration is the most predominant triggering factor that contributes to slope failures in both expansive soils and clayey soils. However, slope failures in expansive soils have some distinct characteristics in comparison to slopes in conventional clayey soils. They typically undergo shallow failures with gentle sliding retrogression characteristics. The shallow sliding mass near the slope surface is typically in a state of unsaturated condition and will exhibit significant volume changes with increasing water content during rainfall periods. Many other properties or characteristics change such as the shear strength, matric suction including stress distribution change with respect to depth and time. All these parameters have a significant contribution to the expansive soil slopes instability and are difficult to take into consideration in slope stability analysis using traditional slope stability analysis methods based on principles of saturated soil mechanics. In this paper, commercial software VADOSE/W that can account for climatic factors is used to predict variation of matric suction with respect to time for an expansive soil cut slope in China, which is reported in the literature. The variation of factor of safety with respect to time for this slope is computed using SLOPE/W by taking account of shear strength reduction associated with loss of matric suction extending state-of-the art understanding of the mechanics of unsaturated soils.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 재33권6호
• /
• pp.625-633
• /
• 2023

The volume changes associated with moisture or suction variation in expansive soils are of geotechnical and geoenvironmental design concern. These changes can impact the performance of infrastructure projects and lightweight structures. Assessment of unsaturated function for these materials leads to better interpretation and understanding, as well as providing accurate and economic design. In this study, expansive soils from different regions of Saudi Arabia were studied for their basic properties including gradation, plasticity and shrinkage, swelling, and consolidation characteristics. The unsaturated soil functions of saturated water content, air-entry values, and residual states were determined by conducting the tests for the entire soil water characteristic curves (SWCC) using different techniques. An attempt has been made to provide a prediction model for unsaturated properties based on the basic properties of these soils. Once the profile of SWCC has been predicted the time and cost for many tests can be saved. These predictions can be utilized in practice for the application of unsaturated soil mechanics on geotechnical and geoenvironmental projects.

• 한국농공학회논문집
• /
• 제54권4호
• /
• pp.93-103
• /
• 2012

A suction-saturation control technique based on flow pump system was developed to investigate hydraulic properties in unsaturated soils. The flow pump system is designed based on the principle of the axis-translation technique and triaxial equipment, and gives the suction-time and suction-saturation curves, the primary relationship needed for interpreting the response of unsaturated soils and link between theory and the material properties in unsaturated soil mechanics. Using the suction-saturation control technique, suction-time relationship and soil-water retention curve (SWRC) during hydraulic hysteresis were investigated with different net confining pressures and porosities. Three types of soils-two sands and a silt were used in this paper. This paper showed the effect of the hysteresis on the SWRC due to different net confining pressures and porosities. This means that a careful decision must be made as to which condition is to be modeled, since the delicate difference of the conditions in physical modeling can cause the different experimental output.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2007년 가을학술발표회
• /
• pp.481-501
• /
• 2007

Excessive rainfalls due to climatic changes can trigger an increase in rainfall-induced slope failures that pose real threats to both lives and properties. Many high slopes in residual soils could stand at a steep angle, but failed during or after rainfall. Commonly, these slopes have a deep groundwater table and negative pore-water pressures in the unsaturated zone above the groundwater table contribute to the shear strength of soil and consequently to factor of safety of the slope. Stability assessment of slope under rainfall requires information on rate of rainwater infiltration in the unsaturated zone and the resulting changes in pore-water pressure and shear strength of soil. This paper describes the application of unsaturated soil mechanics principles and theories in the assessment of rainfall effect on stability of slope through proper characterization of soil properties, measurement of negative pore-water pressures, seepage and slope stability analyses involving unsaturated and saturated soils. Factors controlling the rate of changes in factor of safety during rainfall and a preventive method to minimize infiltration are highlighted in this paper.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제10권3호
• /
• pp.13-20
• /
• 2009

최근까지 사면, 제방, 댐 등의 안정해석에는 흙의 포화도를 고려하지 않고 포화상태의 시료에서 얻어진 강도정수를 사용하여 왔다. 이는 포화지반의 개념으로 구조물을 설계하는 것이 이론적 접근이 용이하고 안전측 설계가 가능하기 때문이었으며, 불포화토를 연구하기 위해 소요되는 실험적 비용과 시간 등의 어려움이 많았기 때문이다. 하지만 고전적인 포화토질역학의 개념과 원리로는 실제의 불포화 지반에서 발생하는 현상과 거동이 합리적으로 해석되지 않는 많은 공학적 문제들이 인식되면서 최근 들어 지반의 공학 연구 분야에 불포화토에 대한 관심이 증가하고 있다. 최근 들어 많은 연구자들은 흙 구조물을 보다 합리적으로 해석하기 위하여 구조체의 포화도를 고려하는 해석의 필요성을 제기하고 있다. 불포화토의 역학적 성질을 규명하기 위한 가장 기본적인 요소중의 하나가 바로 '함수특성곡선(SWCC)'이다. 흙은 불포화상태로 갈수록, 즉 함수비가 감소할수록, 흙 내부에 음의 간극수압이 작용되는데 이 음의 간극수압인 모관흡수력(suction)과 체적 함수비(volumetric water content)간의 상관관계를 나타내는 곡선이 함수특성곡선이다. 본 연구에서는 실무에 편리하게 쓰일 수 있도록 국내 화강풍화토에 대한 지역별 자료를 제시하며, 이에 대한 검증을 위하여 이론적 고찰과 검증, 실험적 검증을 하였다. 함수특성곡선의 추정에는 Soil Vision Ltd.의 Soil Vision이 사용되었으며, 추정된 함수특성곡선과 실험적인 방법과 이론적인 방법로 얻어진 함수특성곡선을 비교, 검증하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제29권2호
• /
• pp.47-56
• /
• 2013

포화토의 개념과 원리로는 실제 지반에서 발생하는 현상과 거동이 제대로 해석되지 않는 많은 공학적 문제들이 있다. 불포화토는 부간극수압의 영향으로 겉보기점착력을 보임과 동시에 물의 흐름에 있어서 간극 속에 공기의 함입으로 투수성이 저하하는 등 포화토와는 다른 거동특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서 흙 속의 수분 함량에 따른 공학적 특성을 규명하는 것은 지반강도의 산정, 구조물의 안정성 등을 판단하는데 있어서 중요한 자료를 제공하므로 많은 연구와 노력이 필요하다. 특히, 하천복원 프로젝트인 "4대강 살리기"중 한 곳인 낙동강유역에는 모래 지반이 넓은 지역에 걸쳐 분포하고 있으며, 중소규모의 댐, 홍수조절지, 하천변 저류지 및 저수지 재개발 등 많은 토목구조물이 건설되고 있다. 본 연구에서는 낙동강유역 내 불포화상태에 있는 지반구조물의 설계 시공 및 안정성 검토에 기초적 자료를 제공하고자 낙동강 중하류 실트질 모래를 대상으로 불포화 삼축압축시험을 실시하였다. 시험 결과 최대축차응력은 구속압과 흡인력이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 점착력은 흡인력의 증가에 따라 비선형적으로 증가하였으나, 내부마찰각은 크게 변하지 않는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제31권4D호
• /
• pp.571-576
• /
• 2011

일반적으로 도로구조물들은 포화상태라는 가정 하에 설계되고 있으나 실제 도로구조물의 재료인 입상지반재료는 대부분 불포화 상태에 존재하고 있다. 이러한 부분을 반영하기 위하여 본 논문에서는 다져진 입상지반재료를 대상으로 삼축압축시험과 함수특성곡선 시험 결과를 활용하여 다양한 조건에서의 불포화 전단강도를 추정하였다. 이를 바탕으로 비선형 모형을 활용한 2차원 유한요소해석을 실시하고 Mohr-Coulomb항복조건을 통하여 항복하중을 규명하였다. 또한, 입상재료의 항복하중에 대한 도로구조물 표층두께의 변화에 따른 영향을 확인하였다. 해석 결과 입상지반재료의 불포화토 이론을 고려하여 포장 혹은 비포장 도로의 지지력을 예측할 수 있음을 보여주고 있다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제20권1호
• /
• pp.109-120
• /
• 2004

불포화지반에서 발생되는 부 간극수압은 함수비 변화에 따라 비선형적인 거동을 보이며, 이 관계를 흙-수분 특성곡선(soil-water characteristic curve)이라고 정의한다. 현재까지 우리나라의 흙에 대한 흙-수분 특성의 연구결과는 거의 전무한 실정이기 때문에 불포화 지반의 응력해석 및 침투해석 시, 마땅히 입력할 계수나 특성값이 없다. 본 연구에서는 준설매립지반의 주요 토사인 준설토와 모래, 그리고 복토재로 사용되는 화강풍화토에 대한 흙수분 특성시험을 실시하여 흙-수분 특성을 규명하였으며, 해석적 검증을 통하여 불포화 지반의 응력해석 및 침투해석 시 필요한 계수를 분석하였다. 또한, 입도분포곡선으로부터 흙수분 특성곡선 예측모델을 적용하고 흙수분 특성시험 결과와 비교 검토하였다. 흙-수분 특성시험결과, 세 가지 시료 모두 뚜렷한 히스테리시스 현상을 나타내었으며, 기존에 제안된 경험방정식에 실험결과를 적용한 결과 Fredlund and Xing의 경험방정식은 세 가지 시료 모두에 대하여 높은 정확도를 나타내었다. 한편, 입도분포를 이용한 예측모델은 Fredlund and Wilson의 방법이 가장 높은 정확도를 나타내었다. 흙-수분 특성시험결과와 다양한 예측모델을 통하여 불포화 투수계수를 예측하여 상호 비교한 결과, 모래와 화강풍화토는 Fredlund and Wilson의 방법, 준설토는 Arya and Paris의 예측모델이 높은 정확도를 나타내었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
• /
• pp.362-369
• /
• 2005

Studying unsaturated soil mechanics, determination of soil water characteristic curve and permeability equation is an essential factor but it is not easy. In this research a new testing apparatus was developed to determine soil water characteristic curve and permeability equation. The testing to get saturated permeability coefficients and soil water characteristic curves for two soils was performed by using the developed testing apparatus. First, a saturated permeability testing was performed and then the testing to get soil water characteristic curve of a drying process was performed. Next, the testing to get soil water characteristic curve of a wetting process was performed. Testing results showed hysteresis phenomena between soil water characteristic curve of a drying process and soil water characteristic curve of a wetting process. The permeability equations were determined by a theoretical method where a saturated permeability coefficient and a soil water characteristic curve were used.

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