본 논문에서는 국내 서해안 연약 지반 현장에서 PBD 타설로 인한 교란 영역을 확인하기 위하여 현장지반에 10개의 간극수압계를 PBD 타설 위치로부터 10cm, 20cm, 30cm, 40cm 그리고 50cm 그리고 50cm 떨어져 설치하고 멘드렐을 이용한 PBD 강제 관입시 발생하는 과잉간극수압의 소산과정을 5m, 7m 깊이에서 측정하였다. PBD 타설로 인해 지반교란이 발생하면 연약점토 지반의 투수계수가 감소하게 되어 과잉간극수압의 소산시간에 영향을 미치게 되므로 PBD 타설거리로부터 PBD 타설 전후의 과잉간극수압 소산과정을 측정하여 Smear Zone의 범위를 정하였다. 또한 이러한 과잉간극수압 소산과정을 해석하여 PBD타설 전후의 지반 배수특성저하를 규명하였다. 과잉간극수압 소산을 해석하기 위하여 시험 지반의 강성지수가 필요한데 이러한 강성지수 측정을 위하여 Cone-Pressuremeter(CPM)시험을 병행하였다. 시험결과 멘드렐의 환산직경의 3.0-3.6배에 Smear Zone이 형성되는 것으로 조사되었으며 Teh & Houlsby의 식과 CPM을 이용한 수평압밀계수를 평가한 결과 PBD타설전후로 지반의 배수능력이 3-8배 저하된 것으로 계산되었다.
본 논문에서는 국내 서해안 연약 지반 현장에서 PBD 타설로 인한 교란 영역을 확인하기 위하여 현장지반에 10개의 간극수압계를 PBD 타설 위치로부터 10cm, 20cm, 30cm, 40cm 그리고 50cm 그리고 50cm 떨어져 설치하고 멘드렐을 이용한 PBD 강제 관입시 발생하는 과잉간극수압의 소산과정을 5m, 7m 깊이에서 측정하였다. PBD 타설로 인해 지반교란이 발생하면 연약점토 지반의 투수계수가 감소하게 되어 과잉간극수압의 소산시간에 영향을 미치게 되므로 PBD 타설거리로부터 PBD 타설 전후의 과잉간극수압 소산과정을 측정하여 Smear Zone의 범위를 정하였다. 또한 이러한 과잉간극수압 소산과정을 해석하여 PBD타설 전후의 지반 배수특성저하를 규명하였다. 과잉간극수압 소산을 해석하기 위하여 시험 지반의 강성지수가 필요한데 이러한 강성지수 측정을 위하여 Cone-Pressuremeter(CPM)시험을 병행하였다. 시험결과 멘드렐의 환산직경의 3.0-3.6배에 Smear Zone이 형성되는 것으로 조사되었으며 Teh & Houlsby의 식과 CPM을 이용한 수평압밀계수를 평가한 결과 PBD타설전후로 지반의 배수능력이 3-8배 저하된 것으로 계산되었다.
To evaluate the smear zone caused by the drain installation, 10 piezometers were installed in the typical soft ground in the western coastal area of Korea. The dynamic pore water pressure developed during the drain installation was monitored using piezometers installed at a distance of 10cm, 20cm, 3...
To evaluate the smear zone caused by the drain installation, 10 piezometers were installed in the typical soft ground in the western coastal area of Korea. The dynamic pore water pressure developed during the drain installation was monitored using piezometers installed at a distance of 10cm, 20cm, 30cm, 40cm and 50cm from the location of the drain. The decay of pore pressure with time after pushing piezometers to depths of 5 meters and 7 meters during the drain installation was monitored to assess flow and consolidation characteristics of the soil after disturbance of the soil due to the drain installation. The drain installation results in shear strain and displacement of the soil and it decreases the permeability of the soil. Hence, the comparison between dissipation of the pore water pressure process in 10 pieszometers before as well as after installation of the drain indicated the diameter of disturbance zone and smear zone, which is related to the cross-sectional dimension of the mandrel. In addition, Cone-pressuremeter(CPM) tests were performed to obtain rigidity index of the soil for an interpretation of the dissipation processes. It has been evaluated by in-situ tests that the smear zone is from 3.0 to 3.6 times of the cross-sectional dimension of the mandrel. The hydraulic conductivity expressed in terms of the coefficient of consolidation after the drain installation was calculated from 3 to 8 times decrease evaluated by Teh & Houlsby equation and CPM test results.
To evaluate the smear zone caused by the drain installation, 10 piezometers were installed in the typical soft ground in the western coastal area of Korea. The dynamic pore water pressure developed during the drain installation was monitored using piezometers installed at a distance of 10cm, 20cm, 30cm, 40cm and 50cm from the location of the drain. The decay of pore pressure with time after pushing piezometers to depths of 5 meters and 7 meters during the drain installation was monitored to assess flow and consolidation characteristics of the soil after disturbance of the soil due to the drain installation. The drain installation results in shear strain and displacement of the soil and it decreases the permeability of the soil. Hence, the comparison between dissipation of the pore water pressure process in 10 pieszometers before as well as after installation of the drain indicated the diameter of disturbance zone and smear zone, which is related to the cross-sectional dimension of the mandrel. In addition, Cone-pressuremeter(CPM) tests were performed to obtain rigidity index of the soil for an interpretation of the dissipation processes. It has been evaluated by in-situ tests that the smear zone is from 3.0 to 3.6 times of the cross-sectional dimension of the mandrel. The hydraulic conductivity expressed in terms of the coefficient of consolidation after the drain installation was calculated from 3 to 8 times decrease evaluated by Teh & Houlsby equation and CPM test results.
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문제 정의
Smear Zone은 Soil Macrofhbricr과 예민비 이므로 연약지반의 형성특성에 따라 그 차이를 보이므로 PBD가많이 시공되고 있는 국내 서해안 연약지반의 Smear Zone에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 논문에서는 국내 서해안 연약 지반 현장에서 PBD 타설로인한 교란 영 역을 확인하기 위하여 현장지반에 10개의간극수압계를 PBD 타설 위치로부터 일정한 간격으로설치하고 멘드렐을 이용한 PBD 강제 관입시 발생하는과잉 간극수압의 소산과정을 측정하였다. PBD 타설로인해 지반교란이 발생하면 연약점토 지반의 투수계수가 감소하게 되어 과잉간극수압의 소산시간에 영향을미치게 되므로 PBD 타설거리로부터 PBD 타설 전후의과잉간극수압 소산과정을 측정하여 Smear Zone의 범위를 정하였으며, PBD타설 전후의 지반 배수특성저하를규명하였다.
멘드렐 관입중 발생하는과잉간극수압과 그 소산과정을 10개의 간극수압계에서측정하도록 하였다. PBD 관입심도는 간극수압계가 설치되어 있는 7m 깊이까지만 하도록 하여 PBD가 관통한 경우와 관통하지 않은 경우의 지반교란정도에 대해비교하고자 하였다. 이렇게 측정된 간극수압의 소산으로 PBD타설 전 .
제안 방법
범위와 교란 전 . 후의 투수계수 비 角/知)로 Smear Zone의 영향을 고려한 압밀식을 제안하였다. 하지만 Smear Zone과 교란전후의 투수계수의 비를 신뢰성 있게 평가하는 것은 쉽지 않으며 이에 대한 연구가 최근에계속되고 있다.
본 논문에서는 국내 서해안 연약 지반 현장에서 PBD 타설로인한 교란 영 역을 확인하기 위하여 현장지반에 10개의간극수압계를 PBD 타설 위치로부터 일정한 간격으로설치하고 멘드렐을 이용한 PBD 강제 관입시 발생하는과잉 간극수압의 소산과정을 측정하였다. PBD 타설로인해 지반교란이 발생하면 연약점토 지반의 투수계수가 감소하게 되어 과잉간극수압의 소산시간에 영향을미치게 되므로 PBD 타설거리로부터 PBD 타설 전후의과잉간극수압 소산과정을 측정하여 Smear Zone의 범위를 정하였으며, PBD타설 전후의 지반 배수특성저하를규명하였다. 과잉간극수압 소산을 해석하기 위하여 시험지반의 강성지수가 필요한데 이러한 강성지수 측정을 위하여 CPM시험을 병행하였다.
PBD 타설로인해 지반교란이 발생하면 연약점토 지반의 투수계수가 감소하게 되어 과잉간극수압의 소산시간에 영향을미치게 되므로 PBD 타설거리로부터 PBD 타설 전후의과잉간극수압 소산과정을 측정하여 Smear Zone의 범위를 정하였으며, PBD타설 전후의 지반 배수특성저하를규명하였다. 과잉간극수압 소산을 해석하기 위하여 시험지반의 강성지수가 필요한데 이러한 강성지수 측정을 위하여 CPM시험을 병행하였다.
PBD설계에 영향을 미친다. Smear Zone의 영역을 확인하기 위하여 PBD타설로 인한 지반의 배수 능력 저하가 어디까지 영향을 미치는지 그 영역을 확인함으로써 Smear Zone의 범위를 직접적으로 측정할 수 있도록 시험을 계획하였다.
PBD를 지반에 관입하도록 하였다. 기존 연구에 의하면 멘드렐 관입시 지반교란영역은 멘드렐의 직경의 2〜3배에 해당되므로 멘드렐의 환산직경인 13.8cm의 3.6배에 해당하는 50cm까지 간극수압계를 멘드렐 중심으로부터 10cm 간격으로 5개씩, 설치심도는 5m와 7m 로 총 10개의 간극수압계를 설치하였다. 간극수압계는 그림 4와 같이 콘타입의 원통형 주물에 진동현 타입의 간극수압계를 넣고 입자가 큰 모래로 채웠다.
간극수압계의 설치위치는 지반교란이 PBD 타설 뿐만 아니라 인근의 간극수압계 설치시에도 지반교란이 발생할 수 있으므로 간극수압계 설치시 설치위치가 최대한 이격되도록 배치하였다. 간극수압계를 콘시험과 같이 2cm/sec의 속도로 밀어 넣을 때 간극수압계 주위에 과잉간극수압이 발생하게 되는데 이러한 과잉간극수압 발생과 소산과정을 12 channels data loger를통해 과잉간극수압이 모두 소산되어 정수압 상태임을확인한 후 멘드렐을 이용하여 PBD를 지반에 관입시켰으며, 관입속도는 간극수압계의 관입속도와 동일한 2cm/sec 정도로 관입하였다. 멘드렐 관입중 발생하는과잉간극수압과 그 소산과정을 10개의 간극수압계에서측정하도록 하였다.
간극수압계를 콘시험과 같이 2cm/sec의 속도로 밀어 넣을 때 간극수압계 주위에 과잉간극수압이 발생하게 되는데 이러한 과잉간극수압 발생과 소산과정을 12 channels data loger를통해 과잉간극수압이 모두 소산되어 정수압 상태임을확인한 후 멘드렐을 이용하여 PBD를 지반에 관입시켰으며, 관입속도는 간극수압계의 관입속도와 동일한 2cm/sec 정도로 관입하였다. 멘드렐 관입중 발생하는과잉간극수압과 그 소산과정을 10개의 간극수압계에서측정하도록 하였다. PBD 관입심도는 간극수압계가 설치되어 있는 7m 깊이까지만 하도록 하여 PBD가 관통한 경우와 관통하지 않은 경우의 지반교란정도에 대해비교하고자 하였다.
이렇게 측정된 간극수압의 소산으로 PBD타설 전 . 후 지반의 투수특성 변화를 판단하여 Smear Zone의 범위를 판단하였다.
본 연구에서는 시험의 해석적 해가 존재할 뿐 아니라시험 지반의 강성(Stifftiess)과 강도 특성을 동시에 측정하여 현장 지반의 강성지수를 측정할 수 있는 PMT (Pressuremeter Test)을 수행하였다. PMT에는 일반적으로 Pre-boring, Self-boring과 PIP(Push-in Pressuremeter) 로 구분되는데, 시험결과의 신뢰성은 설치시 지반의 교란과 직접적인 관계가 있는 것으로 알려져 있다.
가압 Cell은 Mono Cell로써 질소가스로 가압 되고 체적변화는 Membrane 에 주입되는 물의 체적변화로부터 압력-체적변화 관계를 구할 수 있다. CPM시험은 콘을 관입시키면서 원하는 위치에서 Pressuremeter시험을 할 수 있으며, 본 PBD 시험현장에서는 심도 4.0m와 7.6m에서 2회 실시하여 지반의 강성지수를 현장시험으로부터 구하여 지반의 배수특성을 규명하였다. 그러나 강성지수는 콘 관입시 주변지반의 전단변형의 크기 에 적합한 적절한 전단변형계수를 선택해야 하는데 Danziger 등(1997)은 다양한 변형률 수준에서의 전단탄성계수를 이용한 압밀 계수 추정결과와 압밀실험결과를 비교하여 位。의 사용을 제안하였다.
Rixner 등(1986)은 멘드렐을 이용 배수제를 관입하였을 경우 멘드렐 주위의 전단 변형률을 변형률 경로법을 통해 이론적으로 추정한 결과 멘드렐 주위에서 100%로부터 멘드렐 직경의 2~3배 떨어진 곳에서도 5%정도 큰 전단 변형이 발생한다고 하였다. 즉 멘드럴 관입으로 인한 Smear Zone의 전단변형률이 100~ 5%범 위에 있으므로 본 연구에서 Smear Zone의 강성 지수는 그림 12와 같이 변형률이 20~25%범위에서 전단변형계수를 구하여 그림 11에서 구한 비배수 전단 강도로부터 강성지수를 구하였다. 표 1은 CPM시험으로 구한 강성지수를 정리한 것이다.
총 10개의 간극수압계를 설치할 때마다 발생하는 간극수압의 변화 양상을 각각 측정하였다. 현장에서 지하수위는 지표면에서 -1.
소산과정을 보인 것이다. 이렇게 간극수압계 10 개에서 측정한 간극수압계 설치시 과잉간극수압 소산과 PBD 설치시 발생한 과잉간극의 소산과정을 비교하여 PBD 설치로 인해 소산속도에 대한 변화가 있는가를확인하였다. 그림 10에서 보는 바와 같이 과잉간극수압의 소산시점은 과잉간극수압이 최대로 발생한 정점을소산이 시작되는 기준으로 정하여 PBD 설치나 간극수압계 설치로 인해 발생한 과잉간극수압의 소산과정을정수압을 기준으로 표준화하였다.
Teh & Houlsby(1988)의 방법으로 수평 압밀 계수를 구하기 위해서는 지반의 강성지수가 필요하고 강성지수를 구하기 위하여 CPM시험을 수행하였다. 지반의 비 배수 전단강도는 비배수 공동확장이론을 적용하고 지반을 탄소성으로 모델링하여 그림 11과 같이 CPM의 Pressure와 Volumetric Strain 관계를 Semi-log좌표에 그려 그 기울기로부터 비배수 전단강도를 구하였다. 또한 지반의 전단변형 계수는 그림 12와 같이 Cavity Strain-Pressure 관계곡선의 기울기로 정의되는데 지반 교란의 효과를 최소화하기 위하여 곡선 Loop 기울기를 사용하였다.
지반의 비 배수 전단강도는 비배수 공동확장이론을 적용하고 지반을 탄소성으로 모델링하여 그림 11과 같이 CPM의 Pressure와 Volumetric Strain 관계를 Semi-log좌표에 그려 그 기울기로부터 비배수 전단강도를 구하였다. 또한 지반의 전단변형 계수는 그림 12와 같이 Cavity Strain-Pressure 관계곡선의 기울기로 정의되는데 지반 교란의 효과를 최소화하기 위하여 곡선 Loop 기울기를 사용하였다. 하지만 Loop의 기울기는 전단변형률에 따라 차이를 보이므로 실제 PBD 설치시 멘드렐 주위의 실제 발생하는 전단변형률 범위에서 구하는 것이 바람직할 것이다.
일정한 거리에 1。개의 간극수압계를 설치하고, 간극수압계와 PBD 설치시 발생한 과잉간극수압의 소산 시험을 수행하여 PBD 타설에 의한 지반교란의 범위를 추정하였으며, 지반교란에 의한 수평압밀계수의 변화를 평가하여 PBD 타설에 의한 Smear Zone의 범위와 배수 능력 저하를 평가하였다. 또한 지반의 수평 압밀 계수산정 시 필요한 지반의 강성지수를 산정하기 위해 Cone Pressuremeter Test(CPM)을 수행하였다.
수평압밀계수(G)의 PBD 타설전 . 후 값 변화를 계산하였다. CPM을 이용 전단변형률이 20-30% 에서의 강성지수를 이용하였으며, PBD 설치에 따른 과잉 간극수압의 소산과정 이 Teh & Houlsby 경 계조 건의 문제가 있을 수 있으나 PBD 타설로 인해 지반의 배수 능력이 3〜8배 저하된 것으로 계산되었다.
이론/모형
김주형 등(2000)에 의하면 Torstensson 방법과 Teh & Houlsby 해는 비슷한 경향을 보이는 반면 Baligh & Levadoux 방법에 의한 해는 압밀계수를 크게 평가하는 경향이 있는 것으로 평가하고 있다. 본 연구에서는 Teh & Houlsby방법으로 압밀특성을 평가하였다. Teh & Houlsby의 이론으로 수평압밀계수를 구하는 방법은 일반적으로 콘관입시 발생하는 과잉간극수압이 소산되는 과정을 strain path method오} 비혼합 일차원 압밀 해로부터 구하는 방법이다.
평가하였다. 또한 지반의 수평 압밀 계수산정 시 필요한 지반의 강성지수를 산정하기 위해 Cone Pressuremeter Test(CPM)을 수행하였다. 본 연구를 통하여 얻어진 주요 결론을 정리하면 다음과 같다.
성능/효과
이러한 현상은PBD 설치심도가 7m 로 간극수입^가 설치된 심도까지만 PBD가 설치되어 PBD에 의해 지반교란이 발생하지 않기 때문인 것으로, 지반교란은 PBD가 지반을 관통할때 발생하는 것임을 확인할 수 있었다. 그러므로 PBD 타설은 지반교란을 발생시키고 이로 인해 지반의 배수능력이 감소되는 것임을 확인하였다.
(1) 간극수압계를 5m와 7m의 심도에 설치하고 PBD 타설 심도를 7m까지만 하였을 경우 5m에 설치한 간극수압계들에서는 PBD 타설에 의한 지반교란의 영향을 확인할 수 있었으나 7m에서는 PBD 타설전 . 후지 반의 교란이 발생하지 않은 것으로 측정되어 PBD 가 지반에 통과관입되어야만 지반교란이 발생하는 것을 확인할 수 있었으며 5m심도의 간극수압계에서 이러한 교란효과를 확인할 수 있었다.
후지 반의 교란이 발생하지 않은 것으로 측정되어 PBD 가 지반에 통과관입되어야만 지반교란이 발생하는 것을 확인할 수 있었으며 5m심도의 간극수압계에서 이러한 교란효과를 확인할 수 있었다.
간극수압계에서는 PBD 설치 전 . 후 지반 교란에 의한 지반의 배수능력 저하는 측정되지 않아 멘드렐 환산직경의 3.0~3.6배에서 Smear Zone0] 형성되는 것을 확인할 수 있으며 일반적으로 설계에 제안하고 있는 멘드렐 환산직경의 2〜3배보다 크게 평가 되었다.
후 값 변화를 계산하였다. CPM을 이용 전단변형률이 20-30% 에서의 강성지수를 이용하였으며, PBD 설치에 따른 과잉 간극수압의 소산과정 이 Teh & Houlsby 경 계조 건의 문제가 있을 수 있으나 PBD 타설로 인해 지반의 배수 능력이 3〜8배 저하된 것으로 계산되었다.
후속연구
, 1991). Smear Zone은 Soil Macrofhbricr과 예민비 이므로 연약지반의 형성특성에 따라 그 차이를 보이므로 PBD가많이 시공되고 있는 국내 서해안 연약지반의 Smear Zone에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. 본 논문에서는 국내 서해안 연약 지반 현장에서 PBD 타설로인한 교란 영 역을 확인하기 위하여 현장지반에 10개의간극수압계를 PBD 타설 위치로부터 일정한 간격으로설치하고 멘드렐을 이용한 PBD 강제 관입시 발생하는과잉 간극수압의 소산과정을 측정하였다.
또한 지반의 전단변형 계수는 그림 12와 같이 Cavity Strain-Pressure 관계곡선의 기울기로 정의되는데 지반 교란의 효과를 최소화하기 위하여 곡선 Loop 기울기를 사용하였다. 하지만 Loop의 기울기는 전단변형률에 따라 차이를 보이므로 실제 PBD 설치시 멘드렐 주위의 실제 발생하는 전단변형률 범위에서 구하는 것이 바람직할 것이다. Rixner 등(1986)은 멘드렐 주위의 변형률이 5-100%까지 발생하는 것으로 발표하였는데, 평균적으로 25%의 전단변형률에서 Loop의 기울기로부터 전단변형계수를 구하였다.
(4) Smear Zone의 지역은 지반의 특성에 따라 영향을 받는 것으로 알려져 있으므로 국내 지반에서 일반적으로 적용할 수 있는 Smear Zone의 범위 규명을 위해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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