Abstract
A vane shear test (VST) is a simple testing method for determining an undrained shear strength of cohesive soils by minimizing soil disturbance. In this study, the VST was used to determine a shear strength of sand. Dry Nakdong River sand was prepared for loose and dense conditions in a cell and then pressurized with 25, 50, 75 or 100 kPa from the surface of sand. A vane (5 cm in diameter and 10 cm in height) was rotated and a torque was measured within sand. When a torque moment by vane and friction resistance moment by sand is assumed to be equalized, a friction angle can be obtained. When a vane rotates within clay, a uniform undrained shear strength is assumed to be acting on cylindrical failure surface. On the other hand, when it is applied for sand, the failure shape can be assumed to be an octagonal or square column. The relationship between measured torque and resistant force along assumed failure shapes due to friction of sand was derived and the internal friction angle of sand was determined for loose and dense conditions. For the same soil condition, a series of direct shear test was carried out and compared with VST result. The friction angle from VST was between 24-42 degrees for loose sand and 33-53 degrees for dense sand. This is similar to those of direct shear tests.
베인 전단시험은 흙의 교란을 최소화하면서 점성토의 비배수전단강도를 측정하는 간단한 시험이다. 하지만, 본 논문에서는 베인 전단시험기를 이용하여 모래의 배수전단강도를 측정하기 위한 연구를 수행하였다. 건조한 낙동강모래를 원통형 셀에 느슨하거나 조밀한 상태로 재성형한 다음 상부에서 공기압 실린더로 상재하중(overburden pressure)을 25, 50, 75 또는 100kPa 가한 다음 베인(직경 5cm, 높이 10cm)을 회전시켜 회전 모멘트인 최대 토크를 구하였다. 베인 회전 모멘트와 모래 입자의 마찰 저항 모멘트가 평형을 이룬다는 조건을 이용하여 모래의 마찰각을 구하였다. 점토의 경우에는 베인 전단 시 원통형의 회전체 상하면과 주면에 균일한 비배수전단강도인 점착력이 작용한다고 가정하지만, 사질토를 사용한 본 연구에서는 베인 날 주면에서 형성되는 파괴면을 원기둥, 팔각기둥 또는 사각기둥 형태로 가정하여 각각에 대한 마찰각을 계산하였다. 한편, 본 연구에서 제안한 방법을 검증하기 위해 동일한 모래로 직접전단시험을 실시하여 마찰각을 구하였다. 베인 전단시험으로부터 구한 마찰각은 가정한 파괴면의 형태에 따라 느슨한 모래의 경우 24-42도, 조밀한 모래는 33-53도 사이이며, 직접전단시험 결과는 이 범위 내에 속하였다.
