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문제 정의
- 최근에 이러한 표준 압밀 시험의 단점을 보완할 수 있는 CRS 압밀 시험 방법이 개발되어 일부 선진국에서는 이미 실용화 단계에 있는 실정이다. 본 연구에서는로우셀을 이 용한 이암풍화토의 수직, 수평 방향의 CRS 압밀 시험을 실 시하므로써 이방성에 따른 선행 압밀 하중의 차이점 및 Cv, % 의 차이점을 알아보고자 한다 또한 이방성에 따른 투수 특성을 파악하고 그 결과를 기존에 제안된 경험식에 적용하므로써 정규 압밀 영역에서 이암풍화토에 가장 적합한 간극비 (e)와 투수 계수( 爲의 관계식을 제안하고자 한다. 끝으로 이 결과를 동일시료에 대한 직접 투수시험 결과와 비교함으로써 CRS 시험의 유효성 및 타당성을 검증하였다.
제안 방법
- 본 연구에서 는 CRS 압밀장치 를 이 용한 수직, 횡 방향 압 밀 시험 및 동일시료에 대한수직, 횡 방향 직접 투수시험을 실시하였다.
- 40번 체로 거른 다음 진공 장치가 연결된 토조에서 교반과 동시에 시료 속의 공기를 제거하였다. 그리고 0.037, 0.075, 0.15, 0.3, 0.6kg/cm2 로 예비 압밀시킨 후 하중을 제거하고 시료를 일정 크기로 절단한 다음 응력해방과 함수비의 변화를 막기 위해 파라핀으로 밀봉하여 보관하였다. 이 암풍화트의 물성치 및 SEM 사진을 10000-25000배율로 확대한 사진은 표 2, 그림 2와 같다.
- 또한 표준압밀시 험 기 와는 달리 로우셀은 압력수두를 이용함으로써 재하시 시료에 균등한 응력을 줄 수 있으며, 압밀 링과 시료와의 마찰을 최소화 할 수 있다. 먼저 시험 전 다공판을 끓여 다공판 사이의 공기를 제거하였으며, 준비된 시료를 성형하여 로우셀을 조립하고 시료의 포화를 위해 배압을 50kpa 단위로 300kpa까지 점증 시켜 B값이 0.98 이상이 되도록 한 후미리 결정된 변형률을 컴퓨터에 입력하여 일정 변형률이 가해지도록 하였다. 시험 중 하중과 변 위 는 각각 로드 셀과 변위 측정계를 이용하여 측정하고 간극수압은 로우셀 하부에 간극수압계를 설치하여 컴퓨터에서 자동 저장되도록 하였다.
- 98 이상이 되도록 한 후미리 결정된 변형률을 컴퓨터에 입력하여 일정 변형률이 가해지도록 하였다. 시험 중 하중과 변 위 는 각각 로드 셀과 변위 측정계를 이용하여 측정하고 간극수압은 로우셀 하부에 간극수압계를 설치하여 컴퓨터에서 자동 저장되도록 하였다. 횡 방향 압밀 시험인 경우엔 먼저 시료의 중앙부위를 직경 = 1.
- 시험 중 하중과 변 위 는 각각 로드 셀과 변위 측정계를 이용하여 측정하고 간극수압은 로우셀 하부에 간극수압계를 설치하여 컴퓨터에서 자동 저장되도록 하였다. 횡 방향 압밀 시험인 경우엔 먼저 시료의 중앙부위를 직경 = 1.1cm의 원형으로 제거한 후 이 부분에 포화된 모래를 주입하고 배수 재료와의 마찰 영향 및 시료의 균일성을 검증하기 위해 중앙 부분에서 제 거 한 시료를 일정높이 로 잘라 각 높이 별 함수비를 측정하였다. 이후 수직 압밀과 동일한 방법으로 시료를 포화시키고 일정 변형률로 하중을 재하하였으며, 제거한 시료 중앙 부위에 대한 간극수압은 측정 이 곤란한 관계로 하단부 반 경의 0.
- 1cm의 원형으로 제거한 후 이 부분에 포화된 모래를 주입하고 배수 재료와의 마찰 영향 및 시료의 균일성을 검증하기 위해 중앙 부분에서 제 거 한 시료를 일정높이 로 잘라 각 높이 별 함수비를 측정하였다. 이후 수직 압밀과 동일한 방법으로 시료를 포화시키고 일정 변형률로 하중을 재하하였으며, 제거한 시료 중앙 부위에 대한 간극수압은 측정 이 곤란한 관계로 하단부 반 경의 0.55배 지점에서 간극수압을 측정하였다. 압밀 시간 동안 배압은 일정하게 유지 시 켰으며, 시 험후 시료를 다시 일정 높이로 잘라 시험 후의 함수비를 측정하였다.
- 55배 지점에서 간극수압을 측정하였다. 압밀 시간 동안 배압은 일정하게 유지 시 켰으며, 시 험후 시료를 다시 일정 높이로 잘라 시험 후의 함수비를 측정하였다.
- 01%/min로 예비시험을 실시한 결과 변형률 속도가 너무 느려 간극수압이 발생하지 않았다. 따라서 본 시험에 사용된 변형률 속도는 김 영수 등 (2000), "일정변형률 압밀 시험에 따른 이암풍화토의 압밀 특성'' 연구에서 얻어진 결과를 토대로 과잉간극수압이 발 생하면서도 가해진 총 수직 응력의 30%를 초과하지 않은 0.1%/min의 변형률 속도를 이용해 시험을 실시하였다.
- 수직 배수 조건을 이용한 동일시료에 대한 직접 투수 시험 의 절차는 다음과 같다 CRS 압밀 시험 중 원하는 수직 변형률(2.5, 5, 10, 15, 20, 25%) 에 도달한 경우 모터를 정지 시 키고 발생한 과잉간극수압이 소산될 때까지 기다린 다음 상하 약 5kpa 정도의 배 압차로 위에서 아래 방향으로 투수 가 이루어지도록 한 후 약6시간 정도 투수시험을 실시하였다. 첫 단계에서의 투수시험이 끝나면 다시 모터를 가동 시키고 소정의 수직 변형률에 도달한 경우 위의 과정을반 복하여 투수시험을 실시하였다.
- 5, 5, 10, 15, 20, 25%) 에 도달한 경우 모터를 정지 시 키고 발생한 과잉간극수압이 소산될 때까지 기다린 다음 상하 약 5kpa 정도의 배 압차로 위에서 아래 방향으로 투수 가 이루어지도록 한 후 약6시간 정도 투수시험을 실시하였다. 첫 단계에서의 투수시험이 끝나면 다시 모터를 가동 시키고 소정의 수직 변형률에 도달한 경우 위의 과정을반 복하여 투수시험을 실시하였다. 수평 방향 직접 투수 시험 은 시료 중앙 부분을 직경 1.
- 첫 단계에서의 투수시험이 끝나면 다시 모터를 가동 시키고 소정의 수직 변형률에 도달한 경우 위의 과정을반 복하여 투수시험을 실시하였다. 수평 방향 직접 투수 시험 은 시료 중앙 부분을 직경 1.1cm로 제거한 후 이 부분을 포 화된 모래로 채우고 수직 압밀 시험과 동일한 방법으로 포화 시켜 소정의 수직 변형률(2.5, 5, 10, 15, 20, 25%)에 도달하면 수직 압밀에서의 방법과 동일하게 과잉간극수압이 소산될 때까지 기다린 다음 약 5kpa의 배 압차로 안쪽에서 바깥쪽으로 투수가 이루어지게 한 후 6시간 정도 투수시험을 실시하였다. 자세한 시험절차 및 시험 방법은 Bergeom(1987) 및 Leroueil et al.
대상 데이터
- 이러한 미고결된 이 암은 공기 및 물에 접촉 시 급격한 풍화를 일으키는 것으로 알려 져 있다. 본 연구에 사용된 시료는 포항 두호동 현장에서 채취한 것을 자연 건조 후 증류수에 1~2달 방치한 후 No. 40번 체로 거른 다음 진공 장치가 연결된 토조에서 교반과 동시에 시료 속의 공기를 제거하였다. 그리고 0.
- 본 시험에 사용된 장치는 미국 GEOCOMP 사에서서 제작한 제품으로 CRS 시험, 표준 압밀 시험, 일정 동수 경사 압밀 시험 (Controlled gradient test) 및 일정하중률 압밀 시험 (Constant rate of loading test) 등을 수행 할 수 있는 다기 능 시험기이다. 세부 시험 장치로는 로드 셀(최대 20001b), 간극수압계, 직류 모터, LVDT(최대 5cm) 및 컴퓨터 제어장치로 구성되어 있으며, 사용된 압밀 장치는 로우셀(직경 7.
- 본 시험에 사용된 장치는 미국 GEOCOMP 사에서서 제작한 제품으로 CRS 시험, 표준 압밀 시험, 일정 동수 경사 압밀 시험 (Controlled gradient test) 및 일정하중률 압밀 시험 (Constant rate of loading test) 등을 수행 할 수 있는 다기 능 시험기이다. 세부 시험 장치로는 로드 셀(최대 20001b), 간극수압계, 직류 모터, LVDT(최대 5cm) 및 컴퓨터 제어장치로 구성되어 있으며, 사용된 압밀 장치는 로우셀(직경 7.5cm)를 사용하였다. 시험 준비 완료 후의 모습은 그림 3 과 같다.
- CRS 압밀 시험은 로우셀(7.5cm)을 이용해 실시하였으며, 사용된 시료의 크기는 이방성에 상관없이 직경 7.5cm, 높이 3cm의 시료를 사용하였다. 수직 압밀 시험의 시험절차는 표준 압밀 시험과 비슷하나 배압을 이용한 시료의 포화 및 시료 하단부에서의 간극수압측정 그리고 점증하중 대신 일정변형률이 이용되는 점이 표준 압밀 시험과 다르다.
데이터처리
- 본 연구에서는로우셀을 이 용한 이암풍화토의 수직, 수평 방향의 CRS 압밀 시험을 실 시하므로써 이방성에 따른 선행 압밀 하중의 차이점 및 Cv, % 의 차이점을 알아보고자 한다 또한 이방성에 따른 투수 특성을 파악하고 그 결과를 기존에 제안된 경험식에 적용하므로써 정규 압밀 영역에서 이암풍화토에 가장 적합한 간극비 (e)와 투수 계수( 爲의 관계식을 제안하고자 한다. 끝으로 이 결과를 동일시료에 대한 직접 투수시험 결과와 비교함으로써 CRS 시험의 유효성 및 타당성을 검증하였다.
이론/모형
- 횡 방향 투수시험은 그림 1과 같이 수압 차에 의하여 흐름이 발생할 경우, 반경, 인 지점의 미소 부분 dr에 대한 유량은 Darcy의 법칙을 적용하여 아래와 같이 나타낼 수 있다.
- 자세한 시험절차 및 시험 방법은 Bergeom(1987) 및 Leroueil et al.(1990)을 참조하였다.
성능/효과
- 0 xi04%/sec 변형률로 수행된 CRS 시험에서 얻어진 선행 압밀 하중 비의 값은 표 4와 같으며, 대부분의 선행압밀하 중비 가 1 이 상임을 알 수 있다. 위의 결과를 종합해 보면 본 CRS 시험에서 변형률 속도는 선행 압밀 하중을 결정하는 데 중요한 변수임을 알 수 있다. 그러나 본 연구에서 실시한 이방성에 따른 선행 압밀 응력의 차이는는 거의 없는 것으로 나타났다.
- 즉 시료의 과 압밀 상태, 전이 상태, 정규 압밀 상태 부분으로 나눌 수 있다. 즉 과 압밀 및 전이 부분에서의 압밀 계수는 유효응력이 증가함에 따라 서서히 감소하다가 유효응력이 선행 압밀 하중에 이르면 다시 증가하는 양상을 나타내었다. 이러한 경향은 CRS, CGC 시험을 이용한 Samarasinghe et al.
- 압밀 시험 중 시료의 중앙부에 위치한 모래와 점토 간의 마찰 그리고 점토와 횡 방향 배수재와의 마찰 영향을 간접적으로 알아보기 위해 시험 전후에 실시한 함수비를 깊이에 따라 측정한 결과 그림 8에서 처 럼 깊이에 따른 함수비의 변화는 거의 없는 것으로 나타났으며, 이러한 결과에 비추어 마찰이 압밀 경향에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 보인다. 일반적으로 점토와 수평 방향 배수재료 사이의 교란효과는 큰 변형률이 있을 경우엔 신중히 고려해 볼 필요성이 있으나, 작은 변형인 경우 그 영향은 크지 않은 것으로 알려 져 있다.
- 일반적으로 점토와 수평 방향 배수재료 사이의 교란효과는 큰 변형률이 있을 경우엔 신중히 고려해 볼 필요성이 있으나, 작은 변형인 경우 그 영향은 크지 않은 것으로 알려 져 있다. 이 방성에 따른 시험 전후의 함수비 변화를 살펴보면 동일한 변형률에서 시험을 마친 경우 시험 전의 함 수비는 이방성에 상관없이 깊이에 따라 48-53%로 거의 비슷하지만 시험 후의 함수비에서는 수평 방향 압밀인 경우가 수직 압밀인 경우보다 약 5% 정도 작게 나타났다.
- 수평방향압밀 역시 방법에 따른 투 수계수의 차이는 크게 나타나지 않았다. 이방성에 따른 영향을 살펴보면 CRS 압밀시험에서 간접적으로 구해진 투 수상수n값은수직방향압밀이 약 1.22배 가량크게 나타났 으나, C값은 수평 방향압밀 일 때가 약 2.86배 가량 크게 나타났다. 직 접투수시험 결과에서는 n값은 별다른 차이가 없었으나C값은수평방향압밀 일 때가 약 1.
- 1) CRS 시험에 의한 선행압밀응력은 표준 압밀 시험에서서 구해진 값보다 조금 크게 나타났다. 그러나 이 방성 에 따른 선행 압밀 응력의 차이는는 거의 나타나지 않았다.
- 2) CRS 시험을 이용한 이방성에 따른 압밀 계수는 G가(X보다 크게 나타나고 있으며, 이러한 이유는 이암풍화토 의 삼축압축시험을 통해 얻어진 Ko값이 대략 0.307- 0.358 정도의 범위를 갖는 데서 알 수 있다. 그리고 e-Iogp, 와 G, G- logp'와의 그래프를 고찰한 결과 압밀 계수는 유효응력에 따라 과 압밀 상태, 전이 상태, 정규 압밀 상태에 해당하는3가지 곡선 부분으로 구분됨을 알 수 있었다.
- 358 정도의 범위를 갖는 데서 알 수 있다. 그리고 e-Iogp, 와 G, G- logp'와의 그래프를 고찰한 결과 압밀 계수는 유효응력에 따라 과 압밀 상태, 전이 상태, 정규 압밀 상태에 해당하는3가지 곡선 부분으로 구분됨을 알 수 있었다.
- 3) 수평 방향 압밀 시험 시 중앙부위에 위치한 모래와 점토와의 마찰에 대한 영향을 간접적으로 확인하기 위해 실시한 함수비 측정 결과 마찰에 대 한 영 향은 크기 않은 것으로 나타났으며, 시험 후 이 방성 에 따른 함수비의 변화 는 수평 방향 압밀 시의 함수비가 수직 방향 압밀 시 의함 수비보다 약 5% 작게 나타남을 알 수 있었다.
- 4) 이암풍화토의 활성도(A)와 CF를 고려한 간극비(e) -logk 와의 관계는 비선형임을 알 수 있었으며, 이방성비( rk= 如/知)는 약 2.19로 나타났다다.
- 6) 직접 투수시험에서 얻어진 결과 역시 정규 압밀 상태에서는 loge-log(k(l+e)) 가 선형적인 관계에 있으며, 여기서 얻어진 n값은 CRS를 이용한간접시험 결과와 마찬가지로 이방성에 따른 차이가 거의 없었으나, C값은 수평 방향 압밀이 약 1.92배 정도 크게 나타났다. 그러나 동일한 조건에서 직 .
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