The unsaturated soil properties such as soil-water characteristic curve (SWCC), unsaturated permeability and unsaturated shear strength are essential to numerous practical engineering applications. However these properties always involve uncertainties associated, making it hard to obtain a representative value in analyzing the stability of slopes. The deterministic approach has been employed to analyze the slope stability. However, variables with severe variance sometimes lead to misestimating and hence the consequence also varies from person to person. To address this problem, a probabilistic approach to the analysis of slope stability has been adopted.
The objective of this paper is to provide reference values of unsaturated soil properties for engineers in order to properly analyze and design a slope against failure using the probabilistic approach. The probabilistic characteristics of the unsaturated soil properties were defined. Based on the probabilistic characteristics, translation models for the joint probability distribution were determined.
Based on the non-linear least squares and difference in standardized fits (DFFITS), the Fredlund and Xing SWCC equation was proved to be the best to predict the unsaturated behavior of weathered granite soils in Korea. According to the results of goodness-of-fit test, the lognormal distribution appears to be the most suitable distribution to represent the experimental data of the curve-fitting parameters. The joint lognormal probability model was constructed to represent the curve-fitting parameters for the Fredlund and Xing SWCC equation using the translation lognormal model. The generalized Kozeny-Carman equation, which is based on the effective porosity, was used to predict the saturated permeability of the weathered granite soils in Korea. The unsaturated permeability was also predicted by the Fredlund and Xing-Mualem model using the correction factor q. For general purposes, the correction factor q was determined from the air-entry value of SWCC. Moreover, the shear strength equation proposed by Fredlund et al. was adopted to analyze the unsaturated soil shear strength parameters. All parameters follow the normal distribution with a correlation matrix. The translation normal model was constructed in the same manner as before. The scheme of the probabilistic approach of unsaturated soil properties was proposed to obtain the input data for analyzing the unsaturated slope stability. Finally, the analysis of unsaturated slope was conducted using the input data obtained from this scheme to provide the reference values of the factor of safety for the Korean weathered granite soil.
불포화 특성을 나타내는 기본물성인 함수특성곡선, 불포화 투수계수 그리고 불포화 전단강도와 같은 불포화토의 지반정수들은 수많은 공학적 문제의 적용에 있어서 필수적인 요소이다. 하지만 이러한 특성들은 항상 불확실성을 포함하고 있기에, 사면안정 해석에 요구되는 대표적인 값을 획득하기가 어렵다. 그러나 사면 안정해석에 결정론적인 방법이 이용되어 왔다. 이러한 결정론적인 방법은 대표적인 지반정수를 이용하므로, 심한 분산을 보이는 변수들은 잘못된 평가를 초래하여 그로 인한 결과 역시 개인에 따라 달라지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 확률론적인 해석 접근이 채택되었다. 본 연구에서는 확률론적 해석을 위해 필수적인 불포화 지반설계변수에 대한 확률론적 특성을 분석하고, 사면 안정해석을 위한 설계변수의 참고값을 제공하고자 한다. 이를 위해, 통계적인 기법을 바탕으로 Fredlund and Xing 함수특성곡선식이 국내화강풍화토 특성을 가장 잘 반영하는 식임을 확인하였다. 또한 적합성 검증에 따라, 함수특성곡선의 맞춤변수에 대한 최적의 확률분포함수는 대수분포함수임을 증명하였다. 그리고 Fredlund and Xing 함수특성곡선의 맞춤변수 특성을 반영하는 결합대수분포함수를 생성하기 위해 대수변환모델을 제시하였다. 국내화강풍화토의 포화투수계수를 예측하기 위해, 일반화된 Kozeny-Carman식을 이용하였다. 불포화투수계수를 예측하기 위해서 보정계수를 사용하는 Fredlund and Xing-Mualem 식을 사용하였으며, 일반적인 사용을 위해 함수특성곡선의 공기함입값으로 보정계수를 산정하였다. Fredlund의 전단강도식을 이용하여 불포화 전단강도를 구하였으며, 이 전단강도정수들의 확률특성을 분석하여 결합정규분포 생성하기 위한 정규변환모델을 제시하였다. 또한 국내화강풍화토 지반정수의 확률론적 해석을 위한 체계도를 제시하였으며, 이를 바탕으로 얻어진 불포화지반정수를 이용하여 사면안정해석을 수행하였다.
