S형 곡선 모델을 적용한 수축 균열 단계 평가

A Graphical Method for Evaluation of Stages in Shrinkage Cracking Using S-shape Curve Model

본 연구에서는 수축균열 단계를 나타낼 수 있는 도해적인 방법을 제안하였다. 우선 발생된 균열들을 균열폭의 크기 순서대로 나열하여 균열 분포를 구하였다. 다음에 균열폭을 정규화하여 0에서 1사이의 값으로 나타내었다. 마지막으로 Brooks와 Corey(1964), Fredlund와 Xing(1994), van Genuchten(1980)이 제안한바 있는 S형 곡선모델에 실험 결과를 적용시켰다. 분석 결과 van Genuchten의 식이 Brooks와 Corey식보다 정확도가 크게 높은 것으로 나타났으며, Fredlund와 Xing식보다도 높게 나타나 van Genuchten의 식을 적용하였다. 결과적으로 수축균열의 단계는 정규화 된 균열폭 분포가 3개의 직선부로 나누이는 도해적인 방법으로 나타낼 수 있었다. 제안된 방법의 적용성을 보기 위해 시료의 두께에 변화를 주며 시험을 실시하였다. 측정된 데이터를 제안된 모델에 적용하여 본 결과 높은 상관성을 보여 주었다. 따라서 수축 균열은 초기수축단계, 이차수축단계 그리고 잔류수축단계의 3단계로 모사할 수 있었다. 또한 각 단계에서의 균열 폭의 범위를 제시하였다.

The aim of this study is to present a graphical method in order to evaluate stages in shrinkage cracking. Firstly, the distribution of crack openings is established by sorting the openings of individual cracks in the soil cracking system. Secondly, it is normalized in a range of 0 to 1 to obtain the normalized crack opening distribution. Thirdly, three S-shape curve models introduced by Brooks and Corey(1964), Fredlund and Xing(1994) and van Genuchten(1980) are chosen to fit the normalized crack opening distribution using a curve fitting method. The accuracy of fitting which is described through fitting parameters by the van Genuchten equation is much higher than that by the Brooks and Corey equation and slightly higher than that by the Fredlund and Xing equation; thus the van Genuchten model is used. Finally, the stages of shrinkage cracking are graphically evaluated by drawing three separate straight lines corresponding to three linear parts of the fitted normalized crack opening distribution. The proposed method is tested with different sample thicknesses. The measured data are fitted by the selected model with the fairly high regression coefficient and small root mean square error. The results show graphically that shrinkage cracking comprises three stages; namely, primary, secondary and residual stages. Subsequently, the ranges of evaluated crack opening for each of these stages are presented.