이차원 개별요소 수치해석을 통한 화강풍화토의 평균입자크기와 전단강도의 관계 규명

Abstract

본 연구에서는 개별요소법을 적용하여 화강암 기원의 풍화토에서 입자 크기와 입자크기 분포 특성 중 최대입경/최소입경의 비가 강도정수에 미치는 영향을 살펴보았다. 입자크기와 입도분포가 변화할 때의 전단강도 특성 변화를 규명하기 위하여 개별요소법 수치해석을 실시하였다. 점착력이 0.25MPa, 내부마찰각이 <TEX>$29^{\circ}$</TEX>인 강도특성을 갖는 기준시료를 수치해석적으로 구현한 후, 간극률을 기준시료와 동일하게 유지하면서 입자의 크기와 입도분포를 바꾸어 가며 점착력과 내부마찰각의 변화를 살펴보았다. 수치해석결과 평균입자의 크기가 커질수록 점착력의 현저한 감소가 관찰되었으며, 내부마찰각의 변화는 미미하지만 증가하는 경향을 보였다. 이러한 연구결과는 입도만을 이용하여 간편하게 화강풍화토의 강도정수 산정 시 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 특히 풍화상태가 점이적으로 변화하는 화강풍화토의 경우, 현장시험과 실내시험을 통하여 일부 구간에서 측정된 입도-강도 자료가 있을 때, 이러한 시험들이 수행되지 않은 구간에 대해서도 입도분포를 통해 간편하게 강도특성을 규명할 수 있을 것으로 여겨진다. We have carried out a series of numerical experiments to study the effect of average particle size on the mechanical properties of granite-derived weathered soils. A distinct-element method was adopted to study the changes in macro-scale mechanical properties with particle size and maximum-to-minimum particle size ratio. The numerical soil specimen with cohesion values of 0.25 MPa and internal friction angle of 29 degrees was prepared for reference. While keeping the porosity values constant, we varied particle size and size distribution to study how cohesion and internal friction angle changes. The experimental results show that the values of cohesion apparently decrease with increasing particle size. Changes in the values of internal friction angles are small, but there is a trend of increase in internal friction angle as the average particle size increases. This study demonstrates a possibility that the results of numerical experiments of this type may be used for rapid estimation of mechanical properties of granite-derived weathered soils. For example, when mechanical properties obtained through in situ tests and particle size data obtained through lab analysis are available for a site, it is expected that the mechanical properties of weathered granite soils with varying degrees of weathering (thus, varying particle size) may be estimated rapidly only with particle size data for that site.