In the dissertation, the cyclic soil behavior model, which can accommodate the cyclic hardening and degradation, was developed by modifying the original parallel IWAN model and the applicability of the developed model was verified by performing torsional shear tests on sands. Nonlinear 1-D site response analysis program was developed using the proposed model and the effects of cyclic hardening and degradation behaviors on site responses were evaluated.
The cyclic hardening and degradation behaviors under cyclic loading conditions may be attributed, mainly, to volume change or particle rearrangement of soil. In order to consider these behaviors, the cyclic threshold strain, above which the backbone curve deviates from the original curve, was defined and the accumulated strain was determined by summation of the strains above the cyclic threshold in the stress?strain curve with applying Masing rule on unloading and reloading curves. The isotropic hardening or softening elements are attached to the original parallel IWAN model. The slip stresses in the isotropic hardening and softening elements are shown to increase and decrease respectively according to the hardening and degradation functions. The hardening and softening functions have a single parameter to account for the cyclic hardening and degradation and defined by the symmetric limit cyclic loading test in forms of accumulated shear strain which incorporates the characteristics of cyclic threshold strain.
Two types of torsional simple shear tests were performed on two dry sands. Symmetric limit cyclic loading tests were performed to evaluate the model parameters and to investigate the model behavior under different relative densities and confining pressures. Irregular loading tests were performed to verify the applicability of proposed model on transient loading condition. The comparison between model estimation and experimental result provides an opportunity to understand the capability of the proposed model. Based on this comparison, it can be concluded that the proposed model predicts cyclic hardening behavior of sand very well as increasing loading cycles at various relative densities, and confining pressures, in the transient loading condition as well as in symmetric loading condition.
Finally, the one-dimensional site response analysis program(KODSAP) is developed using the proposed model. The effects of cyclic hardening and degradation behavior on site responses are evaluated using KODSAP.
본 논문에서는 지진 발생시 발생하는 1차원 부지응답현상 해석을 위한 동적 지반 거동모델의 개발을 위한 연구를 수행하였다. 동적하중에 대한 지반의 거동특성을 묘사하기 위하여, 기존의 병렬 IWAN모델을 수정하여 새로운 동적 지반거동모델을 제안하였으며, 제안된 모델의 검증을 위하여 두가지 방법의 비틂전단시험을 수행하였다. 제안된 모델을 이용하여 1차원 부지응답해석 프로그램을 개발하였으며, 개발된 프로그램을 이용하여 반복 경화 및 연화 현상이 부지응답에 미치는 영향을 평가하였다.
일반적으로 동적하중을 받는 지반재료는 하중 반복회수에 따라 동적 거동특성이 변화하게 되며 이는 반복 경화 및 연화현상으로 불려진다. 본 연구에서는 이러한 지반의 동적 변형특성이 Masing의 법칙을 만족하는 기존의 병렬 IWAN모델에 적용되었다. 등방 경화 또는 등방 연화 거동을 하는 스프링-슬라이더 요소를 기존의 병렬 IWAN모델에 추가함으로써 지반의 동적 변형특성의 묘사가 가능하였다. 등방 경화 및 등방연화 거동을 보이는 요소들의 항복 응력은 각각 동적 경화 및 연화 함수에 의하여 증가하거나 감소하도록 정의 되었으며, 반복 경화 및 연화함수는 대칭 한계를 가지는 동적 비틂전단 시험결과로부터 정의되었다. 이렇게 정의된 반복 경화 및 연화함수는 지반의 동적 변형특성을 묘사하기 위하여 하나의 독립 변수를 가지게 되며, 사용된 독립변수는 지반의 동적 한계 변형율의 특성을 포함하는 누적전단변형율의 형태로 사용되었다. 누적 전단변형율은 반복 한계변형율 이상의 변형율의 합으로 정의되며, 역재하 및 재재하 곡선의 경우 Masing의 법칙을 적용하여 계산될 수 있다.
본 연구에서 제안된 지반의 동적 거동모델 검증을 위하여 두가지 형태의 비틂전단 시험이 두가지 종류의 건조사질토에 대하여 수행되었다. 대칭 한계를 가지는 동적 비틂전단 시험이 제안된 모델의 변수결정을 위하여 사용되었으며, 이를 이용하여 제안된 모델의 검증이 건조사질토의 상대밀도 및 구속압을 변화시키며 수행된 실험결과를 이용하여 이루어 졌다. 지진하중과 같은 임의 하중에 대하여 제안된 모델의 적용성 검증을 위하여 임의하중 실험이 수행되었다. 실험결과와 제안된 모델의 예측결과를 통하여 본 논문에서 제안한 모델의 적용성을 파악할 수 있었으며, 본 논문에서 제안한 모델은 서로 다른 상대밀도, 구속압, 및 임의하중 하에서 건조사질토의 동적 경화현상을 잘 예측하였다.
마지막으로 제안된 모델을 이용하여 1차원 부지응답해석 프로그램(KODSAP)을 개발하였으며, 개발된 해석프로그램을 이용하여 지반의 동적 경화 및 연화현상이 부지응답현상에 미치는 영향이 평가되었다.
