투수계수는 연약점토의 기본 공학 특성 중 하나로서, 투수계수 값은 점토의 압밀과정뿐만 아니라 토양 내 오염물질의 이동에도 관계된다. 일반적으로 압밀이 진행되는 동안 간극비의 감소로 인해 점토의 투수계수 값은 감소하게 된다. Kozeny와 Carman 이후의 많은 연구자들이 다음의 관계로 간극비와 투수계수의 관계를 제안하였다. (1) log e - log k(1+e), (2) e - log k, (3) log e - log k. 본 연구에서는 대표적 국내 해성점토인 김해점토와 군산점토에 대하여 일정변형률(CRS) 압밀시험 수행하였다. 시험결과로부터 위의 관계식들은 군산점토와 김해점토에 모두 적용 가능한 것으로 나타났으며, 김해점토의 경우 경험적 관계식인 $C_k=0.5e_o$를 잘 만족하고 있으나 군산점토의 경우는 그렇지 않은 것으로 나타났다.
투수계수는 연약점토의 기본 공학 특성 중 하나로서, 투수계수 값은 점토의 압밀과정뿐만 아니라 토양 내 오염물질의 이동에도 관계된다. 일반적으로 압밀이 진행되는 동안 간극비의 감소로 인해 점토의 투수계수 값은 감소하게 된다. Kozeny와 Carman 이후의 많은 연구자들이 다음의 관계로 간극비와 투수계수의 관계를 제안하였다. (1) log e - log k(1+e), (2) e - log k, (3) log e - log k. 본 연구에서는 대표적 국내 해성점토인 김해점토와 군산점토에 대하여 일정변형률(CRS) 압밀시험 수행하였다. 시험결과로부터 위의 관계식들은 군산점토와 김해점토에 모두 적용 가능한 것으로 나타났으며, 김해점토의 경우 경험적 관계식인 $C_k=0.5e_o$를 잘 만족하고 있으나 군산점토의 경우는 그렇지 않은 것으로 나타났다.
The permeability coefficient is one of the fundamental engineering properties of soft clays. Consolidation process as well as migration of pollutants in soil are affected the permeability coefficient, which generally decreases with the reduction in void ratio during consolidation. After Kozeny(1927)...
The permeability coefficient is one of the fundamental engineering properties of soft clays. Consolidation process as well as migration of pollutants in soil are affected the permeability coefficient, which generally decreases with the reduction in void ratio during consolidation. After Kozeny(1927) and Carman(1956), many researchers have proposed the relationships between void ratio and permeability in such forms as; (1) log e - log k(1+e), (2) e - log k, or (3) log e - log k. Constant rate of strain (CRS) tests was performed with undisturbed samples obtained at Kunsan and Kimhae deposits, which are representative Korean marine clay. From the results of the tests, the relationships were found valid for Kunsan and Kimhae clays. The experimental correlation $C_k=0.5e_o$ was satisfied with Kimhae clay but not with Kunsan clay.
The permeability coefficient is one of the fundamental engineering properties of soft clays. Consolidation process as well as migration of pollutants in soil are affected the permeability coefficient, which generally decreases with the reduction in void ratio during consolidation. After Kozeny(1927) and Carman(1956), many researchers have proposed the relationships between void ratio and permeability in such forms as; (1) log e - log k(1+e), (2) e - log k, or (3) log e - log k. Constant rate of strain (CRS) tests was performed with undisturbed samples obtained at Kunsan and Kimhae deposits, which are representative Korean marine clay. From the results of the tests, the relationships were found valid for Kunsan and Kimhae clays. The experimental correlation $C_k=0.5e_o$ was satisfied with Kimhae clay but not with Kunsan clay.
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문제 정의
본 연구에서는 김해지역과 군산지역의 퇴적층에서 채취된 불교란 시료를 이용하여 일정변형률 압밀시험(CRS test)을 수행한 후 각각의 시험결과를 분석하여 간극비에 따른 투수계수의 변화를 살펴보았다. 또한 기존의 외국 연구결과에서 제안된 점토의 투수계수 - 간극비 관계식의 김해점토와 군산점토에 대한 적용성을 검토하였으며 이를 외국의 연구결과와 비교하였다.
제안 방법
본 연구에서는 김해지역과 군산지역의 퇴적층에서 채취된 불교란 시료를 이용하여 일정변형률 압밀시험(CRS test)을 수행한 후 각각의 시험결과를 분석하여 간극비에 따른 투수계수의 변화를 살펴보았다. 또한 기존의 외국 연구결과에서 제안된 점토의 투수계수 - 간극비 관계식의 김해점토와 군산점토에 대한 적용성을 검토하였으며 이를 외국의 연구결과와 비교하였다.
압력조절장치로는 Trautwein사의 panel을 사용하였다. 사용된 압밀시험의 종류는 일정변형률 시험으로써 시험시에 축변형, 유효연직응력, 그리고 간극수압을 측정하였다. 일정변형률 시험에서 투수계수는 바닥면에서 발생하는 과잉간극수압에 영향을 받기 때문에 정확한 과잉간극수압을 측정하기 위해 포화시 배압(back pressure)을 가하여 포화도가 98%이상이 됨을 확인한 후 시험을 시작하였으며, 실험에 사용된 물에 녹아 있는 공기를 제거하기 위해 증류수를 Walter-Nold사의 Deairator를 이용하여 시험전 공기를 최대한 제거하였다.
사용된 압밀시험의 종류는 일정변형률 시험으로써 시험시에 축변형, 유효연직응력, 그리고 간극수압을 측정하였다. 일정변형률 시험에서 투수계수는 바닥면에서 발생하는 과잉간극수압에 영향을 받기 때문에 정확한 과잉간극수압을 측정하기 위해 포화시 배압(back pressure)을 가하여 포화도가 98%이상이 됨을 확인한 후 시험을 시작하였으며, 실험에 사용된 물에 녹아 있는 공기를 제거하기 위해 증류수를 Walter-Nold사의 Deairator를 이용하여 시험전 공기를 최대한 제거하였다. 유효응력이 최대 1000kPa의 도달할 때까지 시험을 하였으며, 바닥면에서 연결된 Transducer로부터 발생하는 과잉간극수압을 측정하였다.
일정변형률 시험에서 투수계수는 바닥면에서 발생하는 과잉간극수압에 영향을 받기 때문에 정확한 과잉간극수압을 측정하기 위해 포화시 배압(back pressure)을 가하여 포화도가 98%이상이 됨을 확인한 후 시험을 시작하였으며, 실험에 사용된 물에 녹아 있는 공기를 제거하기 위해 증류수를 Walter-Nold사의 Deairator를 이용하여 시험전 공기를 최대한 제거하였다. 유효응력이 최대 1000kPa의 도달할 때까지 시험을 하였으며, 바닥면에서 연결된 Transducer로부터 발생하는 과잉간극수압을 측정하였다. 본 연구에서 수행된 시험방법은 일정변형률(Constant Strain Rate) 압밀시험으로, 일정변형률은 ASTM D4186-82의 제시된 액성한계에 따른 strain rate 산정 기준을 참고로 하여 1.
일정변형률 압밀시험(CRS test)의 결과를 이용하여 간극비의 변화에 따른 투수계수의 변화를 살펴보고, 외국에서 제안된 간극비 - 투수계수 관계식을 김해점토와 군산점토에 대하여 적용성을 검토하였으며, 김해점토와 군산점토의 투수계수지수(Permeability change index, Ck)와 C, n 값을 산정하여 비교하였다.
김해지역과 군산지역에서 채취된 불교란 시료를 이용하여 일정변형률 압밀시험(CRS test)을 수행하여 김해점토와 군산점토의 간극비와 투수계수와의 관계를 규명하였으며, 이들 실험결과에 근거하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
대상 데이터
본 연구 대상지반은 최근 개발이 활발히 진행되고 있는 서해안 군산과 남해안 김해의 해성점토지반으로 결정하였으며, 군산지역의 경우 기지반조사 결과를 이용할 수 있는 군산시내 수송 택지개발단지 내 일부 지반을 대상지반으로 선정하였다. 김해지역의 경우 부산과 인접하고 있고 현재 택지개발사업이 진행되고 있는 지반을 대상으로 하였다.
본 연구 대상지반은 최근 개발이 활발히 진행되고 있는 서해안 군산과 남해안 김해의 해성점토지반으로 결정하였으며, 군산지역의 경우 기지반조사 결과를 이용할 수 있는 군산시내 수송 택지개발단지 내 일부 지반을 대상지반으로 선정하였다. 김해지역의 경우 부산과 인접하고 있고 현재 택지개발사업이 진행되고 있는 지반을 대상으로 하였다.
본 연구에서 샘플링 방법은 국내에서 널리 사용되고 있는 피스톤 샘플러를 사용하였다. 피스톤 샘플러의 직경은 76 mm 이며, 1m 간격으로 연속적으로 시료를 채취하였다.
본 연구에서 샘플링 방법은 국내에서 널리 사용되고 있는 피스톤 샘플러를 사용하였다. 피스톤 샘플러의 직경은 76 mm 이며, 1m 간격으로 연속적으로 시료를 채취하였다. 본 연구에서 사용된 압밀시험기는 재하장치, 압밀셀, 압력조절장치로 구성된 자동화 압밀시험기이다.
피스톤 샘플러의 직경은 76 mm 이며, 1m 간격으로 연속적으로 시료를 채취하였다. 본 연구에서 사용된 압밀시험기는 재하장치, 압밀셀, 압력조절장치로 구성된 자동화 압밀시험기이다. 재하장치는 Geocomp사에서 제작된 것으로 단계재하, 일정변형률, 일정동수경사, 일정하중률, 일정압력비 등의 압밀시험을 수행할 수 있는 다기능 시험기이다.
재하장치는 Geocomp사에서 제작된 것으로 단계재하, 일정변형률, 일정동수경사, 일정하중률, 일정압력비 등의 압밀시험을 수행할 수 있는 다기능 시험기이다. 압밀셀은 하중 재하시 바닥면에서 발생하는 간극수압을 측정하기 위해 연속재하시험시 사용되는 밀폐된 압밀셀을 사용하였다. 압력조절장치로는 Trautwein사의 panel을 사용하였다.
압밀셀은 하중 재하시 바닥면에서 발생하는 간극수압을 측정하기 위해 연속재하시험시 사용되는 밀폐된 압밀셀을 사용하였다. 압력조절장치로는 Trautwein사의 panel을 사용하였다. 사용된 압밀시험의 종류는 일정변형률 시험으로써 시험시에 축변형, 유효연직응력, 그리고 간극수압을 측정하였다.
이론/모형
유효응력이 최대 1000kPa의 도달할 때까지 시험을 하였으며, 바닥면에서 연결된 Transducer로부터 발생하는 과잉간극수압을 측정하였다. 본 연구에서 수행된 시험방법은 일정변형률(Constant Strain Rate) 압밀시험으로, 일정변형률은 ASTM D4186-82의 제시된 액성한계에 따른 strain rate 산정 기준을 참고로 하여 1.10~4.17E-4%/sec를 부과하였다. 각 시료별 시험조건은 표 2와 같다.
성능/효과
로 이루어져 있으며 광물은 석영, 정장석, 알바이트, 일라이트가 주를 이루고 있으나 미량의 몬모릴로나이트가 나타나고 있다. SEM 결과에서는 벌집모양의 방산층 연니(radiolarian)가 보이고 해산 규조류로 추정되는 생물체가 존재하는 것으로 나타났다. 연약점토층은 선단저항력(qc)이 8.
SEM 결과에서는 벌집모양의 방산층 연니(radiolarian)가 보이고 해산 규조류로 추정되는 생물체가 존재하는 것으로 나타났다. 연약점토층은 선단저항력(qc)이 8.0 kg/cm2 이하로서 매우 연약한 상태이고, 자연함수비는 55.9~70.5 %, 액성한계는 42.8~58.6 %, 소성지수는 18.1~28.0 %로 나타났으며, 비중은 평균 2.70이고 통일분류법상 흙의 종류는 CL이다. 군산점토의 XRD 실험결과 석영, 일라이트, 녹니석, 몬모릴로나이트가 주를 이루고 있으며, SEM 결과에서는 육각형 결정인 카올리라이트, 클로라이트, 유공충 등이 보이고 있다.
70이고 통일분류법상 흙의 종류는 CL이다. 군산점토의 XRD 실험결과 석영, 일라이트, 녹니석, 몬모릴로나이트가 주를 이루고 있으며, SEM 결과에서는 육각형 결정인 카올리라이트, 클로라이트, 유공충 등이 보이고 있다. 자연함수비는 33.
그 이유는 작은 압축량과 시료의 교란, swelling 현상, 기계오차, 그리고 작은 압축량 등에 의해서 시료 하부에서 수압이 제대로 발생되지 않기 때문에 압밀시험으로 산정된 재압축구간 및 선행압밀하중 부근의 압밀정수는 상대적으로 신뢰성이 떨어진다고 할 수 있기 때문이다. 그러나 선행압밀하중 이후의 구간, 즉 정규압밀구간에서는 김해점토의 경우 모든 시료에서 대체적으로 e- logk, loge- logk, loge- logk(1+e) 관계에서 모두 선형적인 관계를 보이는 것으로 나타났다. 그러나 군산점토의 경우는 선행압밀하중의 약3배의 하중 이후부터대체적으로 e- logk, loge- logk, loge- logk(1+e) 관계가 선형적인 관계를 보이고 있다.
5.1장에서 전술한 바와 같이 김해점토와 군산점토의 투수계수는 e- logk 관계뿐만 아니라 loge- logk(1+e)의 관계로도 표현되는 것으로 나타났으며, 그림 8에 나타나 있듯이 김해점토와 군산점토 모두 일반적인 변형률 내에서는 loge- logk(1+e) 곡선이 선형의 관계를 보이는 것으로 나타났다.
분석결과 김해점토는 CRS 시험에서 구한 기준투수계수(reference permeability)는 2.09~4.38×10-8cm/ sec의 범위를 보이고 있다. 그리고 그림 8에서 볼 수 있듯이 두 그룹으로 나눌 수 있다.
1. CRS 시험은 재압축구간과 선행압밀하중 근처에서 투수계수를 과대평가 하는 것으로 나타났으며, 연속적인 시험결과를 얻을 수 있기 때문에 상대적으로 표준압밀시험보다 간극비의 감소에 따른 투수계수의 변화특성을 쉽게 관찰 할 수 있는 것으로 나타났다.
2. 김해점토와 군산점토의 간극비와 투수계수와의 관계는 e- logk, loge- logk, 그리고 loge- logk(1+e)의 세 관계 모두 일정 변형률 범위 내에서 선형의 관계를 보이는 것으로 나타났으며 따라서 이들 관계식의 국내 연약점토에 대한 적용이 가능한 것으로 판단된다.
3. 김해점토와 군산점토의 투수계수지수(Permeability change index, Ck)는 각각 0.68~1.030과 0.290~0.489의 범위를 보이며 평균값은 0.821과 0.345인 것으로 나타났으며, 초기간극비와 투수계수지수의 경험적인 관계식(Ck=0.5eo)은 김해점토에는 유효하나 군산점토의 경우에는 유효하지 않은 것으로 나타났다.
4. 김해점토와 군산점토의 loge- logk(1+e) 관계에서 각각 n값은 3.74~4.48와 4.71~6.58의 범위를 보이며, C(reference permeability)값은 2.09~4.74×10-8cm/sec와 2.39×10-7~7.54×10-6cm/sec의 분포를 보였다. 군산점토의 경우 n값과 C값이 김해점토보다 크게 나타났는데 이러한 원인은 군산점토의 경우 실트질이 김해점토보다 다량함유 되어있기 때문이라고 생각되어진다.
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