평면 변형률 상태에서의 모래의 변형 강도특성의 구속압 의존성 = Confining Pressure-Dependency on Deformation and Strength Properties of Sands in Plane Strain Compression

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A series of drained plane strain compression tests was performed on dried samples of dense Toyoura sand and Silver Leighton Buzzard sand prepared by air-pluviation method to find out the deformation and strength characteristics on the value of confining pressure ${\sigma}{_3}^{\prime}({\sigma}{_3}^{\prime}=0.05{\sim}4.0kgf/cm^2)$. The axial and lateral strains measured in this apparatus ranged from $10^{-6}$ up to the failure of the specimen. So the stress-strain characteristics would be investigated from very small to very large strain levels. It was found that the change of the angle of internal friction ${\phi}^{\prime}{_{max}}=arcsin\{({\sigma}{_1}^{\prime}-{\sigma}{_3}^{\prime})/({\sigma}{_1}^{\prime}+{\sigma}{_3}^{\prime})\}_{max}$ with the change of ${\sigma}{_3}^{\prime}$ is very small when ${\sigma}{_3}^{\prime}$ is lower than higher. Furthermore, the effect of confining pressure on stiffness of sands was evaluated. It was also found that for the range of shear strain ${\gamma}$ from $10^{-6}$ to those at peak, the Rowe's stress-dilatancy relation seems to be a good approximation for air-dried Toyoura sand and Silver Leighton Buzzard sand, irrespective of the change of ${\sigma}{_3}^{\prime}$.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 공중낙하법으로 만든 공기건조 상태의 일본의 표준사인 풍포사(豊浦砂)(Toyoura sand)와 영국의 표준사인 Silver Leighton Buzzard sand 공시체를 배수상태에서 평면 변형율 압축시험을 실시하여, 구속압이 모래의 변형 강도특성에 미치는 영향을 조사하였다. 축방향 변위와 수평방향의 변위는 변형율수준(strain level) $10^{-6}$에서 파괴상태까지를 연속적으로 구할 수 있는 장치를 사용하여 정도 높게 측정함으로써 미소변형에서 파괴상태까지의 응력 변형율 특성을 상세히 연구하였다. 그 결과, 극저구속압에서는 구속압이 작아져도 내부마찰각 ${\sigma}^{\prime}{_{max}}=arcsin\{({\sigma}{_1}^{\prime}-{\sigma}{_3}^{\prime})/({\sigma}{_1}^{\prime}+{\sigma}{_3}^{\prime})\}_{max}$가 급격히 크게 되지는 않아, Bolton의 경험식을 사용할 시는 어느 정도 구속압이 클 때만 적용 가능하다는 것을 알았다. 또, 모래의 강성률은 근사적으로 구속압의 m승에 비례하는데(G or $E{\propto}{\sigma}{_3}^{{\prime}m}$), 이때 m은 변형율수준 $10^{-4}$이하에서는 약 0.4 정도이고 변형율=$10^{-1}$에서는 $m{\fallingdotseq}0.9$ 정도이었다. 이러한 경향은 모래의 종류, 혹은 시험종류에 따라 거의 변화하지 않음을 알았다. 이것은 구속압이 작을수록 강성률의 변형율수준 의존성, 응력수준 의존성이 크게 되는 것과 대응한다. 끝으로, Rowe의 응력-다이러턴시 관계는 미소 변형율수준($10^{-4}$ 이하)에서 파괴까지 거의 직선적으로 성립하고, 구속압의 영향을 거의 받지 않는다는 것을 알았다.