조립토로 구성된 지반구조물의 안정성은 전단변형에 따른 전단영역의 특성변화에 의해 영향을받는다. 본 연구의 목적은 전단파와 전기비저항 및 콘 선단저항력을 이용하여 직접전단실험시 발생하는 전단영역의 특성을 파악하는 것이다. 전단영역의 특성을 파악하기 위하여, 아크릴 재질로 직접전단상자를 제작하였으며, 직접전단상자의 벽면에는 전단파와 전기비저항의 측정을 위하여 벤더엘리먼트와 전기비저항 프로브를 설치하였다. 벤더엘리먼트와 전기비저항 프로브는 전단영역과 비전단영역에 각각 설치되어, 전단변형에 따른 조립토의 거동을 비교할 수 있도록 하였다. 또한, 콘 선단저항력을 측정할 수 있도록 개발한 마이크로 콘을 첨두강도상태와 잔류강도상태에서 관입하여 깊이에 따른 시료의 강도분포를 관찰하였다. 실험결과, 바닥부근과 하부전단영역에서는 전단변형에 따른 전단파 속도는 일정하였지만, 상부전단영역에서의 전단파 속도는 증가하였다. 또한, 바닥부근의 전기비저항은 변화가 없는 반면, 하부전단영역에서 전기비저항은 상대밀도에 따라 수직변형률과 반비례관계로 나타났다. 콘 선단저항력의 변화도 전단파 속도의 변화와 유사하게 상부전단영역에서 큰 변화가 관찰되었다. 본 논문에서 제시한 직접전단실험시 전단파와 전기비저항을 관찰하는 것과 실험완료 후 콘 관입실험은 조립토의 전단영역 특성을 파악하기 위한 매우 효과적인 방법이 될 수 있음을 보여준다.
The characteristics of shear zone in granular soils largely affect the stability of geo-structures. The goal of this study is to evaluate shear zone in a direct shear test using shear wave, electrical resistivity, and cone tip resistance. Bender elements and electrical resistivity probe are embedded into the wall of a direct shear box made of transparent acrylic material to estimate the shear wave velocities and the electrical resistivity at shear and non-shear zones. At the point of peak and residual strength, micro cone penetration test which can be available to measure tip resistance has been performed. Experimental results show that the shear wave velocities at upper shear zone increase during shearing while the values remain constant at bottom and lower shear zone. Also, resistivities at lower shear zone depend on relative density while resistivities at bottom remain constant. The results of cone penetration test demonstrate the correlation of the cone tip resistance and small strain shear modulus at shear zone. This study suggests that the application of the modified direct shear box including shear wave, electrical resistivity and the micro cone tip resistance may become effective tools for analyzing the characteristics of a shear zone.
