Yield Stress and Viscosity Characteristics of Soils with Liquidity Index

Kang, Hyo-Sub; Kim, Yun Tae

Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2013;13(1):169-176.
Published online February 28, 2013.

액성지수에 따른 흙의 점성과 항복응력 특성

강효섭, 김윤태

Yield Stress and Viscosity Characteristics of Soils with Liquidity Index

Hyo-Sub Kang, Yun Tae Kim

Abstract

Rheological properties such as yield stress and viscosity is the main parameters to determine the fluidity of the debris flow. To evaluate the effects of liquidity index(water content) on the rheological properties of fine-grained soils, several series of rheometer tests were performed on soil specimens with various liquidity indices. The general shape of the flow curve for fine-grained soil is a shear thinning fluid, whereas some soils with high liquidity index are close to a pseudoplasticity-like fluid. The yield stress and viscosity gradually decreased as the liquidity index(water content) increased. Also, the yield stress and viscosity tend to increase with increasing concentration by volume($C_{ u}$) of the fluid matrix. The values of the four empirical coefficients ${alpha}_1$, ${alpha}_2$, ${eta}_1$, ${eta}_2$ and were obtained by regression analysis for each fine-grained soil.

Key Words: Rheometer; Rheological characteristics; Liquidity index; Kaolinite; Weathered granite soil

요지

항복응력, 점성과 같은 유변학적 특성은 토석류의 유동성을 결정하는 주요 매개변수이다. 본 연구에서는 액성지수 변화에 따른 유변물성 특성을 파악하기 위해 다양한 액성지수 상태의 세립토를 대상으로 유동측정기(Rheometer)를 이용하여 유변물성을 분석하였다. 세립토의 전체적인 유동곡선의 형태는 전단담화(shear thinning) 거동형태를 보이고 있으나, 액성지수가 커질수록 전단담화 거동형태에서 의가소성(pseudoplasticity)과 가까운 거동을 나타낸다. 액성지수가 증가함에 따라 항복응력과 점성은 감소하는 상관관계를 보이며, 체적농도($C_{ u}$) 값이 커짐에 따라 항복응력과 점성은 증가하는 경향을 보인다. 항복응력과 $C_{ u}$ 관계, 점성과 $C_{ u}$ 관계에 대한 선형 회기분석을 수행하여 세립토의 경험적 계수 값인 ${alpha}_1$, ${alpha}_2$, ${eta}_1$ 및 ${eta}_2$를 도출하였다.

핵심용어: 유동측정기; 유변학적 특성; 액성지수; 카오리나이트; 화강풍화토