함수비가 낮은 동결토의 전단강도 및 강성 평가 (Evaluation of the Shear Strength and Stiffness of Frozen Soil with a Low Water Content)

서지정보

· 발행기관 : 대한지질공학회
· 수록지 정보 : 지질공학 / 25권 / 1호 / 93 ~ 102페이지
· 저자명 : 김상엽, 이종섭, 김영석, 변용훈

초록

지반은 동결이 발생함에 따라 물리적 특성이 변화하며, 동결현상에 따른 기초구조물의 안정성 평가는 설계시 중요한 고려사항 중 하나이다. 본 연구에서는 동결 및 전단과정 중 연직응력 변화에 따른 동결토의 전단강도 및 강성을 평가하고자 하였다. 동결토의 강도평가를 위하여 직접전단실험을 수행하였으며, 직접전단실험 중 강성평가를 위한 전단파 측정을 동시에 수행하였다. 실험수행을 위하여, 동결용 직접전단상자를 제작하였으며, 상·하부 전단상자의 벽면에는 전단파 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트를 각각 설치하였다. 시료는 주문진사 및 실트, 그리고 증류수를 이용하여 포화도 10%로 혼합하였으며, 상대밀도가 모든 조건에서 동일하게 유지되도록 조성하였다.
조성된 시료는 -5oC까지 동결을 진행시킨 후, 온도를 유지한 상태로 직접전단실험을 수행하였다. 동결 및 전단과정 중 시료에는 다양한크기의 연직응력이 가해졌으며, 전단과정 중 수평변위에 따른 전단응력 및 수직변위, 그리고 전단파를 측정하였다. 실험결과, 모든 구속조건의 경우에서 동결 혹은 전단과정의 연직응력이 증가함에 따라 전단강도는 증가하였으며, 전단과정의 연직응력만 증가한 경우보다 동결과정의 연직응력도 함께 증가한 경우 전단강도가 더 크게 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 전단파 속도의 변화는 측정위치에 따라 다른 경향을 보였으며, 전단면을 통과하여 측정한 경우 전단파 속도는 전단변형이 진행됨에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구는 동결 및 전단과정 시 구속조건의 효과를 평가한 연구로써, 포화도가 낮은 상태의 동결토의 강도 및 강성에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.

영어초록

The characteristics of frozen soils are one of most important factors for foundation design in cold region. The objective of thisstudy is to evaluate the shear strength and stiffness of frozen soils according to the confining conditions during the freezing andshearing phase. A direct shear box is constructed for the frozen specimens and bender elements are mounted on the wall of theshear box to measure shear wave velocities. Specimens are prepared by mixing sand and silt with a silt fraction of 30% in weightand the degree of saturation of 10%, giving a relative density of 60% for all tests. The temperature of the specimens in the freezeris allowed to fall below -5oC, and then direct shear tests are performed. A series of vertical stresses are applied during the freezingand shearing phase. Shear stress, vertical displacement, and shear wave along the horizontal displacement are measured.
Experimental results show that in all the tests, shear strength increases with increasing vertical stress applied during the freezingand shearing phases. The magnitude of the increase in shear strength with increasing vertical stress during shearing under fixedvertical stress in the frozen state is smaller than the magnitude of the increase in vertical stress during freezing and shearing. Inaddition, the change in shear wave velocities varies with the position of the bender elements. In the case of shear waves passingthrough the shear plane, the shear wave velocities decrease with increasing horizontal displacement. This study provides an evaluationof the properties of shear strength and stiffness of frozen soils under varied confining condition.

참고자료

· 없음