전단파 속도를 통한 모래의 전단강도 예측

Abstract

벤더엘리먼트가 장착된 삼축압축시험장비를 이용하여 모래에 대한 일련의 압밀배수시험을 수행하였다. 상대밀도 및 유효구속응력 조건을 달리하여 각각의 조건별 응력-변형률 관계를 측정하였으며, 압밀이 종료된 시점에서의 전단파 속도를 측정함으로써 전단파 속도와 간극비, 유효응력, 그리고 전단강도와의 상관관계를 분석하였다. 분석 결과, 미소변형률에서의 전단파 속도로부터 계산된 최대전단탄성계수와 파괴 시의 축응력과 압밀 시의 구속응력의 합으로정의되는 유효수직응력간에는 고유한 상관관계가 존재하는 것으로 나타났다. 도출된 전단탄성계수와 유효수직응력간의 상관관계는 유효구속응력을 정규화시킴으로써 정확도를 향상시켰다. 본 연구를 통해 제시된 상관관계를 통해 전단강도 및 내부 마찰각을 예측하였을 시, 실제 실내 시험을 통해 산출된 내부 마찰각을 정확하게 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 미소변형률에서의 전단파 속도를 기반으로 신뢰성 높은 파괴 시 전단강도, 나아가 내부 마찰각까지예측이 가능하다는 것을 의미하며 기존 SPT-N value와 경험식을 통해 내부 마찰각을 예측하여 설계에 적용하는 방식의 불확실성을 개선해 줄 수 있는 매우 유용한 방법이라고 판단된다. We perform a series of experimental tests to evaluate whether the shear strength of clean sands can be reliably predicted from shear wave velocity. Isotropic drained triaxial tests on clean sands reconstituted at different relative densities are performed to measure the shear strength and bender elements are used to measure the shear wave velocity. Laboratory tests reveal that a correlation between shear wave velocity, void ratio, and confining pressure can be made. The correlation can be used to determine the void ratio from measured shear wave velocity, from which the shear strength is predicted. We also show that a unique relationship exists between maximum shear modulus and effective axial stress at failure. The accuracy of the equation can be enhanced by including the normalized confining pressure in the equation. Comparisons between measured and predicted effective friction angle demonstrate that the proposed equation can accurately predict the internal friction angle of granular soils, accounting for the effect of the relative density, from shear wave velocity.