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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 양산물금지구와 포항양덕지구의 연약지반을 대상으로 불교란 시료에 대한 실내시험을 실시하여 지반의 함수비, 맨드렐의 형상과 규격 및관입속도 등에 따른 스미어 존의 형성특성과 교란에 의한 강도 및 압밀특성저하에 관하여 다양하게 검토하여과학적인 연직배수공법에 의한 지반개량기간의 산정에참고가 되게 한다.
제안 방법
- 맨드렐의관입은 수동식의 핸들 조작에 의하였으며 현장상황을고려하여 2종류(고속 : 150mm/sec, 저속 : 2mm/sec)의관입속도를 적용하였으며, 수 회의 예비실험을 거쳐 일정한 속도로 관입이 가능하게 숙련된 인력에 의하여 실시되었다. 각 멘드렐의 관입과정에 스톱워치를 이용하여 일정속도에 의한 관입을 확인하였다. 맨드렐의 관입 .
- 0cm의 격자형으로 부착시키고 점토표면의 마찰저감을 위하여 그리스를 얇게 도포한 아크릴 판을 볼트를이용하여 반원통형의 몰드에 부착시켰다. 그 후, 아크릴판과 접하는 몰드의 중앙부에 그림 2에 나타낸 각종 맨드렐을 정적관입시켜 변형형상을 관찰하였다. 맨드렐의관입은 수동식의 핸들 조작에 의하였으며 현장상황을고려하여 2종류(고속 : 150mm/sec, 저속 : 2mm/sec)의관입속도를 적용하였으며, 수 회의 예비실험을 거쳐 일정한 속도로 관입이 가능하게 숙련된 인력에 의하여 실시되었다.
- 공학적 의미를 갖는다. 따라서, 본 연구에서는 실내시험을 통하여, 맨드렐의 직경, 형상 및 관입속도에 따른 스미어 존의 범위를 측정하고 스미어 존 내부토의 강도와 압밀특성을 검토하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 스미어 존은 점토시료표면에 부착된 국수의 변형을 육안 관찰하고 투명필름에 스켓치하여 측정하였다. 또한, 스미어 존을 점토시료의 강도분포로서 확인하기 위하여 맨드렐을 인발하고난 후 맨드렐이 점유한 공간에 소형의 드레인재를 삽입하고 주위의 공간이 없어질 때까지 낮은 상재압력으로압축시킨 후, 소형 포켓 콘 관입시험기(PCP, 단면적 =0.312cn?)를 이용하여 일정 간격으로 약 300개소에 강도를 측정했다. 아울러 모든 시험조건에 대하여 스미어존 영역내의 시료와 불교란 시료를 각각 채취하여 표준압밀시험과 일축압축시험을 실시하여 압밀특성과 강도특성의 변화를 검토하였다.
- 그 후, 아크릴판과 접하는 몰드의 중앙부에 그림 2에 나타낸 각종 맨드렐을 정적관입시켜 변형형상을 관찰하였다. 맨드렐의관입은 수동식의 핸들 조작에 의하였으며 현장상황을고려하여 2종류(고속 : 150mm/sec, 저속 : 2mm/sec)의관입속도를 적용하였으며, 수 회의 예비실험을 거쳐 일정한 속도로 관입이 가능하게 숙련된 인력에 의하여 실시되었다. 각 멘드렐의 관입과정에 스톱워치를 이용하여 일정속도에 의한 관입을 확인하였다.
- 인발 시 수직도를 유지하기 위하여 몰드의 상부에맨드렐보다 각 2mm 씩 큰 규격의 구멍을 가진 상판을맨드렐의 관입 전에 부착하였다. 스미어 존은 점토시료표면에 부착된 국수의 변형을 육안 관찰하고 투명필름에 스켓치하여 측정하였다. 또한, 스미어 존을 점토시료의 강도분포로서 확인하기 위하여 맨드렐을 인발하고난 후 맨드렐이 점유한 공간에 소형의 드레인재를 삽입하고 주위의 공간이 없어질 때까지 낮은 상재압력으로압축시킨 후, 소형 포켓 콘 관입시험기(PCP, 단면적 =0.
- 312cn?)를 이용하여 일정 간격으로 약 300개소에 강도를 측정했다. 아울러 모든 시험조건에 대하여 스미어존 영역내의 시료와 불교란 시료를 각각 채취하여 표준압밀시험과 일축압축시험을 실시하여 압밀특성과 강도특성의 변화를 검토하였다. 압밀시험용 시료는 표준압밀시험장치에 의한 수평방향의 압밀특성을 평가하기위하여 맨드렐 관입 .
- 원통형의몰드를 와이어로 양분하여 그 절반시료의 표면에 시료와 동일 함수비를 갖는 국수를 가로X세로=2.5cmx 1.0cm의 격자형으로 부착시키고 점토표면의 마찰저감을 위하여 그리스를 얇게 도포한 아크릴 판을 볼트를이용하여 반원통형의 몰드에 부착시켰다. 그 후, 아크릴판과 접하는 몰드의 중앙부에 그림 2에 나타낸 각종 맨드렐을 정적관입시켜 변형형상을 관찰하였다.
- 장치의 상부에는 맨드렐의 관입 . 인발을 위하여 화란식 이중관 원추관입 시험장치의 본체를 부착하였고, 하부의 몰드는 직경 30cm, 높이 37cm의 반 원통형 철제 몰드를 사용하여 2차원 스미어 존 시험을 실시하였다. 그림 2는 시험에 사용된 모형 맨드렐의 종류와 규격을 나타냈다.
- 현장에서의 드레인 타입방식을 모형화 하여 그림 1과 같은 스미어 존 모형 시험장치를 제작하여 시험을 실시하였다. 장치의 상부에는 맨드렐의 관입 .
대상 데이터
- 국내연약점토의 스미어 존 및 존 내의 압밀특성을 실내에서 규명하기 위하여 양산 물금 지구 및 포항 양덕지구 현장의 지표면으로부터 2m의 심도에서 채취한 점토시료를 대상으로 실험을 실시했다. 표 1에는 실험에 사용한 점토시료의 물리적인 특성을 나타낸다.
- 직사각형 및 정사각형 맨드렐의 경우에는 원형의 동일한 단면적으로 환산하여 장, 단변의 비율을 달리하여제작하였다. 그리고, 본 실험을 하기 위한 조건은 표 2에나타내는 바와 같으며, 총 18종의 실험을 실시하였다.
- 현장에서 채취한 염화플라스틱 샘플러(직경 : 30cm, 높이 : 50cm의 원통형) 속의 불교란 점토시료를 실험용몰드 속에 이동시킨 후 점토시료의 상, 하단을 와이 어로절단하여 시료의 높이가 37cm 되게 하였다. 원통형의몰드를 와이어로 양분하여 그 절반시료의 표면에 시료와 동일 함수비를 갖는 국수를 가로X세로=2.
성능/효과
- (1) 양산지구의 저소성 점토(CL)와 포항지역의 고소성유기질토(OH) 지반을 대상으로 스미 어 존을 실내시험으로 파악한 결과, 맨드렐 사이즈가 클수록 맨드렐 환산 직경에 대한 스미어 존의 직경비(電dm)가감소하였다. 맨드렐 형상은 원형, 직사각형, 정사각형 순으로 적은 스미어 존을 나타냈으며, OH지반의경우는 CL지반에 비하여 맨드렐 형상의 영향이 적게 나타났다.
- (2) CL지반의 경우는 관입속도가 느릴수록, 0H 지반의 경우는 빠를수록 스미어 존이 작게 형성됨을 알았다. 그러나, 스미어 존의 형성에 지반의 자연함수 비는 큰 영향을 미치지 않음을 알았다.
- (4) 스미어 존의 강도, 압밀계수 및 투수계수는 맨드렐로부터 거리가 증가할수록 거의 직선적으로 증가하였다. 또한, 스미어 존의 일축압축강도(£加)는 불교란 존의 약 50〜90%를 나타냈고, 이 범위에서의 kAh 의 평균치는 0.
- 시료채취 심도가 GL-2m인 매립층인 영향 및 불교란 영역의 압밀압력과압밀계수의 관계곡선이 교란된 특성을 내포하고있어시료채취 및 운반과정에서의 교란발생에 다소간의 의문이 있었다. 그러나, 일반적인 현장의 상재하중 값인 0.2 〜3.2kg〃cm2의 압밀압력에서 편차가 큰 값을 제거하고 대체적인 값을 평가하면, 불교란시료의 압밀계수가 교란시료에 비하여 약간 큰 값을 나타내고 시료간의분산의 폭이 상대적으로 좁게 나타났다.
- 그림 5에서 알 수 있는바와 같이 국수의 소성변형 거동을 점토의 변형거동으로 판단 할 경우, 자유표면과 저판의 영향을 각각 받는 것으로 판단되는 상, 하부시료의 변위를 제외하고 시료높이의 중간부분을 중심으로 측정한 결과, 동일 단면적을 갖는 맨드렐의 관입속도를고속인 150nnn/sec, ■저속인 2mm/sec로 한 경우 스미어 존의 직 경0)은 맨드렐 직경(dm)의 약 3.1 배, 약 2.8배로 각각 나타났다. 따라서 맨드렐의 관입속도가 빠를 수록 스미어 존의 범위가 크게 발생하였다.
- 또한, 시험 후 모든 시료를 대상으로 예민비(st) 측정을 위한 완전교란 시료의 일축압축 시험 결과를 같이 나타낸다. 두 종류의 시험 결과 교란영역의 일축 압축강도(如)는 불교란 영 역 값(%u) 의 약 60〜72%를 나타내고, 완전교란 시료의 %치를 축변형율 20%에 대해서 취한 경우 如에 대해서 如는 약 3배의 값을 나타냄을 알았다. 교란영 역과 불교란 영 역간에 압밀특성 및 강도 특성이 크게 차이가 나지 않는 주된 이유는 시료를 채취한 지반이 매립지반으로 GL-2m 정도의 상부 토층에 의해 형성된 지반이므로 시간효과(Aging effect) 에의한 고결작용(Cementation)이 충분히 발현되지 않은 것으로 판단된다.
- 4배를 나타내었다. 따라서, 자연함수비가 160.6%인 고소성 유기질토의 경우는자연함수비가 상대적으로 낮은 저소성 점토인 양산시료의 경우와는 반대로 관입속도가 빠를수록 스미어 존의 범위가 적게 나타났다.
- 맨드렐 형상은 원형, 직사각형, 정사각형 순으로 적은 스미어 존을 나타냈으며, OH지반의경우는 CL지반에 비하여 맨드렐 형상의 영향이 적게 나타났다.
- 양 그림에서 알 수 있는 바와 같이 맨드렐 관입 후에 점토의 소성변형에 의한 스미어 존이 형성됨을 확인할 수 있었다. 아울러 고함수비의 유기질토인포항시료는 자유표면을 가진 상부에서 횡방향 변위 및 시험기의 측면부 구속에 의해 융기되는 현상이 일반 점토인 양산시료보다 크게 나타났다.
- 맨드렐로부터 12cm 이격된 곳은 교란의 발생이 없다고 판단하여 이 점의 %를 기준으로 하였다. 전체적으로 볼 때 맨드렐과 인접한 부분의 강도보다 맨드렐로부터 떨어진 거리가 증가할수록 강도의 증가가 명확하게 나타나고 있음을 알 수 있으며, 교란영 역의 강도는 불교란 영역의 강도의 약 50〜90%의 값을 보이고있다. 또한, 포항시료는 교란영 역과 불교란 영 역의 비교에서 강도차이는 명확하게 나타나고 있다.
- 표 3에서 알 수 있듯이 동일한 단면적 인 경우 본 실험에서 수행한 대형(d=6cm)의 고속관입 맨드렐에 대한 원형, 직사각형 및 정사각형의 맨드렐에 대한 각 ds/dm 값의 평균치는 양산시료에서 각각 3.08, 3.62, 3.92를 나타냈으며, 포항시료는 각각 3.10, 3.18, 3.36 을 나타냈다. 따라서, 원형이 상대적으로 적은 스미어 존을 나타내어 가장 유리한 맨드렐 형상임을 알 수 있다.
- 표에서 알 수 있는 바와 같이 맨드렐 형상에 대해서는 원형이 ds/dm=3.08로 적은 값을 나타내어 가장 유리하며 정사각형보다는 직사각형이 유리하였다. 교란 영역의 압밀계수 및 투수계수가 불교란영역에 비하여 낮고, 이들은 불교란 시료의 약 80%의 값을 나타냈다.
후속연구
- (1991)의 주장에 더욱 합리적으로 근접할 것으로 사료된다. 맨드렐 직경과 스미어 존의 직경의 비에 관한구체적 인 내용은 향후 현장실험결과의 보고 시에 실내시험과 현장시험결과를 비교하여 구체적으로 제시할예정이다.
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