기존의 Oedometer 시험은 간단한 시험장치의 편리함으로 인해 널리 이용되어 왔다. 그러나 이 방법은 장시간의 시험기간, 각 단계 하중에서의 불규칙적인 응력상태, 매우 연약한 점토에 대한 시험의 어려움 및 시료의 포화문제와 같은 여러 문제점을 노출하게 되었다. 따라서 이런 단점을 보완 할 수 있는 시험 방법의 하나로 일정 변형률 압밀시험 이 개발되어 널리 이용되고 있다. 본 논문에서는 세가지 변형률을 이용한 CRS시험을 실시하였으며, 이 결과를 수정된 Wissa(1971)의 비선형 이론을 이용해 해석하고, 기존의 Oedometer시험 및 직접투수시험과 비교분석함으로서 CRS시험의 효율성 및 적용성 유무를 판단하고자 한다.
기존의 Oedometer 시험은 간단한 시험장치의 편리함으로 인해 널리 이용되어 왔다. 그러나 이 방법은 장시간의 시험기간, 각 단계 하중에서의 불규칙적인 응력상태, 매우 연약한 점토에 대한 시험의 어려움 및 시료의 포화문제와 같은 여러 문제점을 노출하게 되었다. 따라서 이런 단점을 보완 할 수 있는 시험 방법의 하나로 일정 변형률 압밀시험 이 개발되어 널리 이용되고 있다. 본 논문에서는 세가지 변형률을 이용한 CRS시험을 실시하였으며, 이 결과를 수정된 Wissa(1971)의 비선형 이론을 이용해 해석하고, 기존의 Oedometer시험 및 직접투수시험과 비교분석함으로서 CRS시험의 효율성 및 적용성 유무를 판단하고자 한다.
The main advantage of incremental loading consolidation test is the simplicity of equipments that can be used. However, it is known that the incremental loading test has several deficiencies including long testing time, non-uniform stress state, high and variable rates of strain, very soft clay and ...
The main advantage of incremental loading consolidation test is the simplicity of equipments that can be used. However, it is known that the incremental loading test has several deficiencies including long testing time, non-uniform stress state, high and variable rates of strain, very soft clay and problem of back pressure saturation. Due to these drawbacks, various testing methods including constant rate of strain consolidation test(CRS) were developed. In this paper, CRS consolidation test was performed with three different strain rate. The results were verified by the modified CRS theory of Wissa et al.(1971). And then the results obtained from the CRS consolidation tests were compared with those from incremental loading test and direct permeability test.
The main advantage of incremental loading consolidation test is the simplicity of equipments that can be used. However, it is known that the incremental loading test has several deficiencies including long testing time, non-uniform stress state, high and variable rates of strain, very soft clay and problem of back pressure saturation. Due to these drawbacks, various testing methods including constant rate of strain consolidation test(CRS) were developed. In this paper, CRS consolidation test was performed with three different strain rate. The results were verified by the modified CRS theory of Wissa et al.(1971). And then the results obtained from the CRS consolidation tests were compared with those from incremental loading test and direct permeability test.
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문제 정의
본 연구의 주된 목적은포항지역의 재성형된 이암풍화토를 세가지 변형률을 이용하여 CRS압밀시험을 실시하고 그 결과를 Wissa(1971)의 비선형 이론을 적용해 압밀 및 투수특성을 알아보았으며, 이 결과를 Oedometer 시험결과와 비 교하였다. 또한 Rowecell을 통한 직 접투수시험을 실시하고 그 결과를 CRS시험에서 얻어진 간접투수시험결과와 비교분석하므로서 CRS시험 의 효율성 및 적용성유무를 판단하는데 그 목적 이 있다.
비 교하였다. 또한 Rowecell을 통한 직 접투수시험을 실시하고 그 결과를 CRS시험에서 얻어진 간접투수시험결과와 비교분석하므로서 CRS시험 의 효율성 및 적용성유무를 판단하는데 그 목적 이 있다.
제안 방법
(1986)을 참조하기 바라며, 본 연구에서 사용된 장치는 직 경 15cm의 Rowecell를 이용한 Mechanical Loading 방식으로 Back Pressure# 가할 수 있는 방식이다. Cell 내부는 그림 1에서처 럼 상부에는 Poros Disc를 설치하여 시료의 포화 및 배수가 이 루어 질 수 있도록 하였으며, 하부 중앙에는 간극수압계를 설치하여 과잉간극수압을 측정할 수 있도록 하였다.
시료의 성형은 포항 두호동지역의 이암 풍화토를 No. 40번 체를 이용하여 거른다음 증류수를 액성한계 2배의 함수비 로 48시간 가량 교반시 킴 과 동시에 진공장치 를 이용시료속의 공기를 완전히 제거하였다. 이후 슬러리 상태의 시료를 Rowecell에 공기가들어가지 않도록 붓고 Hydraulic loading 방식을 이용해 20, 40, 60kPa의 단계로 예비압밀 시 킨 후 시료의 높이와 무게를 측정하였다시 험 에 사용된 이암풍화토의 물성치는 표 1과 같다.
40번 체를 이용하여 거른다음 증류수를 액성한계 2배의 함수비 로 48시간 가량 교반시 킴 과 동시에 진공장치 를 이용시료속의 공기를 완전히 제거하였다. 이후 슬러리 상태의 시료를 Rowecell에 공기가들어가지 않도록 붓고 Hydraulic loading 방식을 이용해 20, 40, 60kPa의 단계로 예비압밀 시 킨 후 시료의 높이와 무게를 측정하였다시 험 에 사용된 이암풍화토의 물성치는 표 1과 같다.
본 연구에서는 세가지 변형률을 이용한 CRS압밀시험과 Oedometer를 이용한 표준압밀시험 그리고 Rowecell을 이용한 직접 투수시험을 실시하였다.CRS 압밀시험은 Rowecell(15cm) 을 이용한 Mechanical loading 방식을 사용하였다.
CRS 압밀시험은 Rowecell(15cm) 을 이용한 Mechanical loading 방식을 사용하였다. 먼저 4.1 절의 시료성형방법으로 예비압밀된 시료의 완전포화를 위해 cell 상부와 하부에 Back Pressure를 가하였다. Back Pressure 단계는 50kPa씩 증가시 켜 350kPa까지 가한 후 각 단계별로 B Value를 측정 포화도가 98%이상이 되도록 하였다.
Back Pressure 단계는 50kPa씩 증가시 켜 350kPa까지 가한 후 각 단계별로 B Value를 측정 포화도가 98%이상이 되도록 하였다. 이후 변형률을 0.1%/min, 0.05%/min, 0.025%/min의 속도로 가해 수직응력과 저부 중앙의 간극수압 및 수직 변위를 동시에 측정 하였으며, 압밀이 이루어지는 동안Back Pressure는 일정하게 유지시켰다. Oedometer를 이용한 표준압밀 시험 은 시료를 Rowecell 을 이용해 예비 압밀 시 킨 다음 추출하고, ASTM Standard D2435 에서 제안한지름6cm, 높이 2cm크기의 시료를 이용해 실시하였다.
025%/min의 속도로 가해 수직응력과 저부 중앙의 간극수압 및 수직 변위를 동시에 측정 하였으며, 압밀이 이루어지는 동안Back Pressure는 일정하게 유지시켰다. Oedometer를 이용한 표준압밀 시험 은 시료를 Rowecell 을 이용해 예비 압밀 시 킨 다음 추출하고, ASTM Standard D2435 에서 제안한지름6cm, 높이 2cm크기의 시료를 이용해 실시하였다. 하중단계는 O.
lkg/crM부터 6.4kg/cn?까지 실시하였으며 하중증가비는 1, 압밀기간은 24시간으로 하였다. Rowecell을 이용한 직접투수시 험은 압밀시 험과 동일한 방법으로 슬러리상태의 시료를 예비압밀 시킨 다음 하중을 제거시키고 시료의 초기 높이와 무게를 측정한 후 CRS압밀시험 방법과 동일하게 포화시켰다.
4kg/cn?까지 실시하였으며 하중증가비는 1, 압밀기간은 24시간으로 하였다. Rowecell을 이용한 직접투수시 험은 압밀시 험과 동일한 방법으로 슬러리상태의 시료를 예비압밀 시킨 다음 하중을 제거시키고 시료의 초기 높이와 무게를 측정한 후 CRS압밀시험 방법과 동일하게 포화시켰다. 하중단계는 표준압밀시험과 동일한 방식으로 가하였으며, 각 단계하중별 압밀이 완료된 후 Rowecell 상부와 하부에 약 5kPa 차이의 Back Pressure를 가한 후 약 6시간 동안 유출된 유량을 측정했다.
Rowecell을 이용한 직접투수시 험은 압밀시 험과 동일한 방법으로 슬러리상태의 시료를 예비압밀 시킨 다음 하중을 제거시키고 시료의 초기 높이와 무게를 측정한 후 CRS압밀시험 방법과 동일하게 포화시켰다. 하중단계는 표준압밀시험과 동일한 방식으로 가하였으며, 각 단계하중별 압밀이 완료된 후 Rowecell 상부와 하부에 약 5kPa 차이의 Back Pressure를 가한 후 약 6시간 동안 유출된 유량을 측정했다.
포항 두호동 지역 에 산재 하고 있는 이 암 풍화토를 재 성형한후 일정변형률 압밀시험(CRS) 을 변형률을 달리하여 실시 하고 이 결과를 Oedometer시험 및 직 접투수시험 결과와 비교 분석한 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 시험 기는 미국 GEOCOMP사에서 제작된 장치로서 삼축압축시험, 일정변형률 압밀시험, 삼축투수시 험을 실시 할 수 있는 다기능 시험 기 이다. 세부장치로는 시료를 포화시 키는데 필요한 Back Pressure Transducer, 시료의 변형측정을 위한 LVDT, 과잉 간극수압을 측정할 수 있는 간극수압계, 응력을 측정 할 수 있는 Load Cell 그리고 일정 변형속도를 유지할 수 있는 Drive Motor 및 이 모두를 총괄할 수 있는 제어 장치 로 구성 되어 있으며 자세한 세부도면은 그림 1과 같다.
이론/모형
직접 투수시험을 실시하였다.CRS 압밀시험은 Rowecell(15cm) 을 이용한 Mechanical loading 방식을 사용하였다. 먼저 4.
시험결과을 요약하면 표 2와 같다. 먼저 그림 2의 e-logp' 곡선에서 얻어진 선행압밀하중(pc‘)은 Casagrande법을용해 구하였으며, 시험결과Oedometer 시험에서의 평균 선행압밀하중은0.592kg/cm2로 나타났다. 이 값은 CRS 0.
H.(1986)을 참조하기 바라며, 본 연구에서 사용된 장치는 직 경 15cm의 Rowecell를 이용한 Mechanical Loading 방식으로 Back Pressure# 가할 수 있는 방식이다. Cell 내부는 그림 1에서처 럼 상부에는 Poros Disc를 설치하여 시료의 포화 및 배수가 이 루어 질 수 있도록 하였으며, 하부 중앙에는 간극수압계를 설치하여 과잉간극수압을 측정할 수 있도록 하였다.
성능/효과
(1995)의 연구결과에서도 발표된바 있다. 위의 결과에 비추어 변형률에 따라 선행압밀하중 및 수직변형률은 조금씩 변화함을 알 수 있다. 그러나0.
위의 결과에 비추어 변형률에 따라 선행압밀하중 및 수직변형률은 조금씩 변화함을 알 수 있다. 그러나0.05%/min의 변형률을 이용해 얻어진 선행 압밀하중과 수직 변형률은 Oedometer시험 결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.
크게 증가하는 양상을 보였다. 또한, 변형률이 증가할수록 간극수압의 크기도 증가하는 것으로 나타났다. 표 2의 결과에서 처럼 Δub/ub 의 값은 변형률 0.
또한, 변형률이 증가할수록 간극수압의 크기도 증가하는 것으로 나타났다. 표 2의 결과에서 처럼 Δub/ub 의 값은 변형률 0.025, 0.05%/min인 경우 7 ~ 12.35% 범 위로 나타났고 이에 비해 0.1%/min인 경우엔 29.3~34.28%로 높게 나타났다. 그러나 세가지 변형속도 모두 과잉간극수압이 가해진 총 수직 응력 의 30%을 초과 하지 않도록 규정 한 ASTM D4186의 조건을 만족하며, 시간계수( T )가 0.
도시하면 그림 5와 같다. 그림에서처 럼 변형률이 빠를수록 Ub/p 의 최대값이 크게 나타났으며, 초기에는 증가량이 작은 반면 선행압밀하중에 도달하면서 Ub/p 값이 서서히 증가해 최대값에 도달한후 변형률에 관계없이 일정한 값을 유지 하는 것으로 나타났다.
5보다 작eTrainsient 조건인경우에는 식(6), (7)을 이용하여 구한다. 비선형 이론을 적용해 구한 값과 Oedometer 시험 결과를 Casagrand 방법으로 구한 와 비교해보면 변형 률에 관계없이 과압밀 부분인 0.6kg/cm2 이하 범 위에 서 의 압밀 계 수는 CRS 에서 구한 값이 Oedometer의 결과보다 조금 크게 나타났으나, 정규압밀영역에서의 값은 상당히 잘 일치하고 있는 경향을 보였다. 이 러한결과는Blumenau -Navegante 점토를 이용한 Almeida, M.
세가지 변형률 중 0.05%/min에서 얻어진 투수계수가 다른 두가지 변형률에서 얻어진 투수계수보다조금 더 큰범위의 값을 나타내었으며, 이 결과를 Oedometer 시험에서 얻어진 간접투수계수와 비교해보면 선행압밀하중 이후 범위에서는 세가지 변형률에서 얻어진 투수계수와 비교적 잘 일치 하고 있음을 알 수 있으나 과압밀부분에서는 상당한 차이를 나타내었다. CRS시험에서 얻어진 투수계수의 유효성을 검증하기 위해 실시한 직접투수시험 결과는 그림 9와 같다.
그림에서 점선으로 나타난부분은 표3의 Oedometer에서 얻어진 투수상수를 이용해 구한투수계수들을 나타낸 값이며, 굵은실선부분은 직접투수시험에서 얻어진 투수상수로부터 얻어진 결과를 나타낸 것이다. Oedometer시험 및 CRS시험중 변형률 0.1%/min에서 얻어진 결과는 직접투수시험의 결과와 상당한 차이를 나타내고 있으나 0.05%/min의 변형 률에서 얻어진 투수계수는 정규압밀영역 즉 선행압밀하중의 간극비(1.25) 이후부분에서 직접투수시험 결과와 상당히 잘 일치하는 것으로 나타났다.
1) 본 연구에서 시행한 세가지 변형률에서의 과잉간극수압은 총 수직응력의 30%를 초과할 수 없다고 규정한 ASTM의 조건을 만족함으로 Wissa et al(1971)의 비선형이론을 적용한 해석 이 가능하였다.
2) 비선형 이론을 이용하여 구한 유효수직응력과 수직변형률과의 관계에서는 변형률 이 느릴수록 동일 하중에서의 변형은크게 발생하는 것으로 나타났으며, 이러한 현상은 변형 률이 빠를 수록 과잉간극수압의 소산이 원활히 이루어지지 않는데 그 원인이 있는 것으로 보인다.
3) 과잉간극수압의 발생은 과압밀상태의 응력범위에서는 거의 발생하지 않았으나 선행압밀 하중에 근접하면서 부터 서서히 증가한후 선행압밀하중 이후 급격히 발생하는 양상을 보였다.
4) 유효수직응력과 압밀계수와의 관계를 Oedometer 시험결과와 비교해보면 변형률에 관계없이 선행압밀하중전에 는 어 느정도의 차이를 보였으나, 선 행 압밀하중 이후에서는 잘 일 치하는 것으로 나타났다. 따라서 CRS시험에서 얻어진 값eSteady-State 조건인 경우 변형률에 큰 영향을 받지 않는 것으로 보이 며 , Oedometer의 결과와도 잘 일치하는 것으로 나타났다.
잘 일 치하는 것으로 나타났다. 따라서 CRS시험에서 얻어진 값eSteady-State 조건인 경우 변형률에 큰 영향을 받지 않는 것으로 보이 며 , Oedometer의 결과와도 잘 일치하는 것으로 나타났다.
5) CRS시험에서 얻어진 투수계수의 유효성을 검증하기위해 실시한 직접투수시험 결과 유 효수직응력과 투수계수와의 관계에서 세가지 변형률중0.05%/min의 변형률에서 얻어진 결과가 직접투수시험 결과와 가장 근접하게 나타났으며, 나머지 두 가지 변형률에서도큰 차이는 나타내지 않았다. 따라서 CRS시 험에서 얻어진 투수계수의 유효성 및 효율성을 검 증할 수 있었다.
05%/min의 변형률에서 얻어진 결과가 직접투수시험 결과와 가장 근접하게 나타났으며, 나머지 두 가지 변형률에서도큰 차이는 나타내지 않았다. 따라서 CRS시 험에서 얻어진 투수계수의 유효성 및 효율성을 검 증할 수 있었다.
6) 간극비와투수계수와의 관계에서 얻어진 결과 역시 변형률 0.05%/min에서 얻어진 결과치 가 직접투수시험결과와 가장 근접했으며, 오히려 Oedometer에서 얻어진 결과보다 좋은 결과를 얻을 수 있었다.
위 결과를 종합해 보면 재성형된 이암 풍화토에 대한 CRS압밀시험은 기존의 표준압밀시 험과는 방법면에서 상당히 상이함에도 불구하고 각종 결과에서 실험의 타당성 및 유용성을 확인할 수 있어 효과적인 압밀시험방법으로 생각된다.
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