[논문]급속퇴적지반의 미압밀상태 평가

김현태; 홍병만; 백경종; 김상규

급속퇴적지반의 미압밀상태 평가
Evaluation of Under-consolidation State in the Rapidly Deposited Ground 원문보기

김현태 (농업기반공사 농어촌연구원) , 홍병만 (농업기반공사 농어촌환경개선처) , 백경종 (다솔 컨설턴트) , 김상규 (동국대학교)

퇴적속도의 변화를 고려한 자중압밀해석과 토질조사시험결과의 비교분석을 통하여 22년 동안 방조제 앞에 두께 5∼12m가 급속히 퇴적된 간석지는 미압밀상태에 있음을 확인하였다. 또한 압밀계수$c_v$=0.0005∼0.001$cm^2$/S인 퇴적층은 평균퇴적속도 $v_s$$\phi$=1∼5cm/yr 이상이면 미압밀상태의 가능성이 높으며, 퇴적속도가 초기에 빠르고 후기에 느린 경우 보다 초기에 느리고 후기에 빠른 경우가 훨씬 큰 잔류 과잉간극수압이 존재한다는 것을 알 수 있었다. 그리고 미압밀상태의 간석지는 압밀침하량이 훨씬 크므로, 최근에 급속히 퇴적된 간석지를 매립하는 경우 미압밀 여부의 평가와 미압밀을 고려한 압밀해석이 필요하다는 결론을 얻었다.

A 5∼12m thick tideland has been created in front of a new sea-dyke due to the rapid sedimentation occurring for 22 years. It is confirmed from theoretical analysis and soil tests that the deposit is in under-consolidation state. An analysis shows that when the average sedimentation rate is over 1-5cm/year for a soil with $c_v$=0.0005-0.001$cm^2$/s, excess pore water pressure exists in the deposit. It is known that the lower sedimentation rate than average in the initial deposition stage results in lower dissipation of excess pore pressure and vice versa. It is emphasized that under-consolidation behavior should be taken account in settlement analysis because structures founded on such deposits give higher settlements.

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문제 정의

본 연구에서는 퇴적속도, 지층변화 등의 실제 퇴적환경을 고려할 수 있는 자중압밀 수치해석프로그램을 수 있는 퇴적환경을 평가하였다.

제안 방법

이렇게 퇴적속도가 변화한 경우 미압밀 정도는 차이가 있을 것이다. 이를 분석하기 위하여 (a)와 ©곡선 조건에 대하여 자중압밀해석을 실시하였다.
또한 방조제 앞에 급속히 형성된 간사지의 지형측량자료 및 토질조사시험과 자중압밀해석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
또한 실제 급속퇴적지반에 대한 자중압밀해석과 토질조사시험 결과의 비교 . 분석을 통하여 미압밀 상태에 있음을 확인하고, 매립성토 시 미압밀 고려여부에 따른 압밀 침하량의 차이를 분석하여 미압밀의 평가와 이를 고려한 압밀해석의 중요성을 확인하였다.
결과의 비교 . 분석을 통하여 미압밀 상태에 있음을 확인하고, 매립성토 시 미압밀 고려여부에 따른 압밀 침하량의 차이를 분석하여 미압밀의 평가와 이를 고려한 압밀해석의 중요성을 확인하였다.
전 퇴적층의 압밀계수가 Cv=0.001cm%로 동일한 가정조건에 대하여 22년 동안 ① 5m퇴적( Vs=28cm/yr), ② 8m퇴적( vs=44cm/yr), ③ 12m퇴적( vs=65cm/yr)이 일정한 속도로 퇴적이 이루어진 조건에 대하여 자중 압밀 해석을 실시하였다. 퇴적토층의 두께별로 검토한 이유는 방조제 건설 후 22년 동안 급속히 퇴적된 퇴적토층의 두께는 위치별로 5~ 12m로 차이가 있기 때문이다.
퇴적속도변화, 지층변화 등의 퇴적환경을 고려할 수 있는 자중압밀해석방법을 개발하고, 자중압밀해석을 통하여 퇴적환경이 미압밀상태에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 방조제 앞에 급속히 형성된 간사지의 지형측량자료 및 토질조사시험과 자중압밀해석을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
퇴적토층의 토질정수는 표 1과 같이 5~12m 두께의 전 토층이 균일한 조건으로 보고 자중압밀해석을 실시하였다.

이론/모형

(k、「) 는 k v — [ 0.434 , (:<:・<:、」/[(1 + 瞞)。\1']의 식을 사용하였으며(김현태, 1998), 물의 흐름은 Darcy의 법칙을 적용하였으며, 연직방향의 일차원 압밀 배수 조건으로 해석프로그램을 구성하였다.

성능/효과

(1) 우리나라 서남해안의 평균퇴적속도는 Vs'=lcm/yr 미만인 것으로 보면, 대부분의 해성퇴적토층은 정규 압밀 상태에 있다. 그러나 퇴적토층의 두께가 hs =10m와 hs=20m일 때, 각각 Vs'=5cm/yr이상 및 « =lcm/yr이상이면 미압밀상태의 가능성이 높다는 것을 알 수 있었다.
(3) 남양방조제 건설 후 22년 동안 방조제 앞에 두께 5- 12m가 급속히 퇴적되었으며, 자중압밀해석결과 퇴적두께가 5m이하인 경우 Umax=0.038kg/cm²이흐卜이지만, 8m는 Umax=0J21kg/cm², 12m는 umax =0.287 kg/cm²o] 잔류하는 것으로 해석되었으며, 비교란 시료에 대한 압밀시험의 과압밀비가 0.53 ~ 1로 본 급속퇴적지 반은 미 압밀상태에 있음을 확인하였다.
(4) 미압밀상태의 간석지의 압밀침하량은 매우 크므로, 남양방조제 앞 간석지와 같이 최근에 빠른 속도로 새롭게 형성된 간석지를 매립하는 경우 미압밀 여부의 평가와 미압밀을 고려한 압밀해석이 필요하다는 결론을 얻었다.
있다. 그러나 퇴적토층의 두께가 hs =10m와 hs=20m일 때, 각각 Vs'=5cm/yr이상 및 « =lcm/yr이상이면 미압밀상태의 가능성이 높다는 것을 알 수 있었다.
방조제축조 직후인 1979년도 국립지리원 발행 지형도와 2001년 현재의 지형측량결과를 보면 그림 1에 도시한 바와 같이 22년 동안 5~ 12m가 급속히 퇴적되었으며, 방조제 인근지역도 3~5m 정도가 방조제 축조 후에 급속히 퇴적된 것을 알 수 있다.
해석결과 퇴적이 진행되는 동안의 최대과잉간극수압(Umax)의 변화를 보면 그림 11(b)와 같이 퇴적속도( Vs)가 일정한 경우(b곡선)는 ug가 점진적으로 증가하지만 vs가 초기에 크고 후기에 작은 경우(a곡선)는 Umax가 급격히 발생되었다가 Vs 가 느려지면 Umax 가 감소하는 경향을 보인다. 또한 Vs가 초기에 느리고 후기에 빠른 경우(C곡선)는 가 초기에는 매우 적게 발생되다가 후기에 급히 증가하는 특성을 보인다.
해석방법의 검증을 위하여 Gibson(1958)해로 해석이 가능한 조건 즉, 퇴적 전 기간동안 퇴적속도가 균일한 조건( vs=3.15, 12.6, 50.5cm/yr)으로 압밀계수 cv = 0.001cm²/s, 전체퇴적고 hs = 25m에 대하여 자중압밀해석을 실시하여 비교한 결과는 그림 5와 같이 Gibson (1958)해와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.

후속연구

(2) 전 퇴적기간동안 퇴적두께가 같을지라도 퇴적속도가 초기에 빠르고 후기에 느린 경우보다 초기에 느리고 후기에 빠른 경우가 더 큰 미소산 과잉간극수압이 존재하며, 그 차이가 매우 크므로, 미압밀 정도를 정확히 평가하기 위하여 전 퇴적기간동안 퇴적속도의 변화를 정확히 아는 것이 필요하다.

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