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문제 정의
- 따라서 서 해안의 독특한 퇴적환경에 의해 형성된 조간대에서 발 견되는 과압밀 현상의 원인을 고찰하고 퇴적환경에 따른 역학적 특성을 연구하는 것은 의미 있는 일이라 할 수 있다. 본 연구에서는 서해안의 경기만에 위치한 시화 호 주변 퇴적층에 대해 퇴적환경을 분석하고 과압밀의 발생원인을 고찰하고자 한다. 이를 위하여 현장조사와 함께 퇴적환경과 관련된 일련의 분석을 수행하였으며, 불교란 시료를 이용하여 실내 역학시험을 수행하였다.
제안 방법
- 서해안의 개방형 만 환경을 가지는 시화지역 퇴적층 에 대해 불교란 시료를 이용하여 각종 실험으로 퇴적환 경을 분석하고 압밀특성을 연구하였다. 본 연구의 결론 을 요약하면 다음과 같다.
- 현장에서 채취한 불교란 시료는 실험실로 곧바로 이 동하여 추출한 뒤 역학시험에 사용할 시료를 10cm 길이로 잘라 파라핀으로 코팅하고 나머지 시료는 절반으로 절개하여 코아 육안관찰 및 각종 분석에 사용할 부시료를 채취하였다. 육안관찰시 soil color chart를 이용하여 색조를 기록하였다 부시료 채취 후 잔여 시료에 대해 fall cone 시험을 수행하였으며, 별도의 간극수 추출장치 (ASTM D 4592)를 이용하여 시료 내에 존재하는 간극 수를 압력을 가하여 추출하였다. 추출된 간극수는 원심 분리기로 토립자를 분리시켰으며, pH-meter를 이용하여 염분농도와 pH를 측정하고, ICP-MS를 이용하여 간극 수 화학분석을 수행하였다 토립자의 지화학분석은 ICP-MS 를 이용하여 분석하였으며, 대자율은 Bartington사의 MS-2 대자율 측정기를 이용하였다.
- 본 연구에서는 서해안의 경기만에 위치한 시화 호 주변 퇴적층에 대해 퇴적환경을 분석하고 과압밀의 발생원인을 고찰하고자 한다. 이를 위하여 현장조사와 함께 퇴적환경과 관련된 일련의 분석을 수행하였으며, 불교란 시료를 이용하여 실내 역학시험을 수행하였다.
- 육안관찰시 soil color chart를 이용하여 색조를 기록하였다 부시료 채취 후 잔여 시료에 대해 fall cone 시험을 수행하였으며, 별도의 간극수 추출장치 (ASTM D 4592)를 이용하여 시료 내에 존재하는 간극 수를 압력을 가하여 추출하였다. 추출된 간극수는 원심 분리기로 토립자를 분리시켰으며, pH-meter를 이용하여 염분농도와 pH를 측정하고, ICP-MS를 이용하여 간극 수 화학분석을 수행하였다 토립자의 지화학분석은 ICP-MS 를 이용하여 분석하였으며, 대자율은 Bartington사의 MS-2 대자율 측정기를 이용하였다. 퇴적물 내에 존재하는 패각류를 이용하여 서울대학교 공동기기원의 AMS 장치를 이용하여 탄소동위원소 분석을 수행하였다.
- 퇴적물 내에 존재하는 패각류를 이용하여 서울대학교 공동기기원의 AMS 장치를 이용하여 탄소동위원소 분석을 수행하였다. 퇴 적물의 구조를 파악하기 위하여 자연상태에서 동결건 조시킨 시료를 이용하여 주사전자현미경(SEM)으로 입 자배열형태를 조사하였으며, 간극의 분포를 측정하기 위하여 AutoPore IV9500 기기를 이용하여 수은기공도 분석(MIP, mercury intrusion porosimetry)을 수행하였다.
- 추출된 간극수는 원심 분리기로 토립자를 분리시켰으며, pH-meter를 이용하여 염분농도와 pH를 측정하고, ICP-MS를 이용하여 간극 수 화학분석을 수행하였다 토립자의 지화학분석은 ICP-MS 를 이용하여 분석하였으며, 대자율은 Bartington사의 MS-2 대자율 측정기를 이용하였다. 퇴적물 내에 존재하는 패각류를 이용하여 서울대학교 공동기기원의 AMS 장치를 이용하여 탄소동위원소 분석을 수행하였다. 퇴 적물의 구조를 파악하기 위하여 자연상태에서 동결건 조시킨 시료를 이용하여 주사전자현미경(SEM)으로 입 자배열형태를 조사하였으며, 간극의 분포를 측정하기 위하여 AutoPore IV9500 기기를 이용하여 수은기공도 분석(MIP, mercury intrusion porosimetry)을 수행하였다.
- 압 밀시험은 불교란 시료(d=63tnm, h=20mm) 에 대해 흐}중 증가비=1, 하중 지속시간=2411인 표준방식으로 수행하 였으며 항복하중은 Casagrande 방법으로 구하였다. 현 장 전단강도 특성 및 응력경로 거동을 통해 지반의 과압 밀 여부를 판단하기 위해 GDS 삼축시험기를 이용하여 이방입■밀삼축시험(CKoUC)을 수행하였다. 이때 Bjeirum (1973)이 제안한 recompression 방법으로 현장 상재하 중까지 횡방향 변위가 없도록 하중을 자동 조절하여 Ko 상태로 시료(d=50nun, h=100mm)를 압밀시켰으며 전단속도는 0.
- 흙의 액성한계와 소성한계는 fall cone 시험을 통해 결정(Koumoto & Houlsby, 2001)하였으며, 자연함수비 상태에서부터 공기건조 또는 증류수를 가하면서 실험 하였다. 입도분석은 X-ray의 원리를 이용하여 입도를 측정하는 SediGraph를 이용하였다.
대상 데이터
- 본 연구지역은 서해안의 경기만 남동부에 위치하고 있는 시화간척지이다. 시화호 일대는 평균조차가 5.
- 이러한 지층별 퇴적환경 은 경기만 반월 조간대에 대한 박용안 등(2000)의 연구결 과와도 일치하고 있다. 본 연구지점에서 해성퇴적층의 심도는 SH-1은 GL-10.5m, SH-2는 GL-13.6m이다.
- 시화지역은 개방형 해안인 만 환경으로서 파랑의 영향이 상대적으로 크며 표층 퇴적물은 실트분이 주를 이루고 있다(Won, 2004). 연구지역의 지층분포를 파악 하기 위하여 기존 시추조사 자료를 분석하고 대표적으 로 2개소에 대해 시추조사와 함께 연속적으로 불교란 시료를 채취하였다. 본 연구에서 수행한 시추조사 및 시 료채취 지점을 그림 1에 나타내었다.
- 현장에서 채취한 불교란 시료는 실험실로 곧바로 이 동하여 추출한 뒤 역학시험에 사용할 시료를 10cm 길이로 잘라 파라핀으로 코팅하고 나머지 시료는 절반으로 절개하여 코아 육안관찰 및 각종 분석에 사용할 부시료를 채취하였다. 육안관찰시 soil color chart를 이용하여 색조를 기록하였다 부시료 채취 후 잔여 시료에 대해 fall cone 시험을 수행하였으며, 별도의 간극수 추출장치 (ASTM D 4592)를 이용하여 시료 내에 존재하는 간극 수를 압력을 가하여 추출하였다.
이론/모형
- 입 도분석결과는 W=(-)log2D(D는 mm)로 나타내었다. 압 밀시험은 불교란 시료(d=63tnm, h=20mm) 에 대해 흐}중 증가비=1, 하중 지속시간=2411인 표준방식으로 수행하 였으며 항복하중은 Casagrande 방법으로 구하였다. 현 장 전단강도 특성 및 응력경로 거동을 통해 지반의 과압 밀 여부를 판단하기 위해 GDS 삼축시험기를 이용하여 이방입■밀삼축시험(CKoUC)을 수행하였다.
- 현 장 전단강도 특성 및 응력경로 거동을 통해 지반의 과압 밀 여부를 판단하기 위해 GDS 삼축시험기를 이용하여 이방입■밀삼축시험(CKoUC)을 수행하였다. 이때 Bjeirum (1973)이 제안한 recompression 방법으로 현장 상재하 중까지 횡방향 변위가 없도록 하중을 자동 조절하여 Ko 상태로 시료(d=50nun, h=100mm)를 압밀시켰으며 전단속도는 0.05%/min을 적용하였다. 상재하중은 불교 란 시료의 습윤단위중량이 포화단위중량과 같고 지하 수위는 지표면에 위치하는 것으로 계산하였다.
- 흙의 액성한계와 소성한계는 fall cone 시험을 통해 결정(Koumoto & Houlsby, 2001)하였으며, 자연함수비 상태에서부터 공기건조 또는 증류수를 가하면서 실험 하였다. 입도분석은 X-ray의 원리를 이용하여 입도를 측정하는 SediGraph를 이용하였다. 세립분이 많은 흙은 입도분석시 공기건조나 노건조 상태에서 시험을 수행 하면 입도분석의 결과가 달라질 수 있기 때문에 자연함 수비 상태에서 과산화수소수로 유기물을 수차례 제거 한 뒤 헥사메타인산나트륨으로 시료를 분산시켰다.
성능/효과
- (1) 연구지역인 시화지역 퇴적층은 크게 해성퇴적층과 하성 퇴적층으로 구분되며, 퇴적환경을 지시하는 Sr/Ba, K/Na, Atterberg 한계와 염분농도의 값들은 뚜렷한 경계를 보인다.
- (3) 압밀시험결과 상부 해성점토층은 과압밀(OCR>1) 로 나타나며 항복하중 부근에서의 압축성, 투수성, 압밀계수의 급격한 변화를 보이지 않고 있다.
- (4) 해수면 변동에 대한 연구결과와 연구지역이 조간대 라는 점에서 해성퇴적층은 지질학적 침식이나 하중 제거 또는 급격한 지하수위 변동을 겪지 않았을 것으로 보인다.
- 장진호(1995), Chough(1983), Lim(2001) 그리고 Park & Bloom(1984)의 연구에 의하면 Holocene 동안 한반도 의 해수면은 지속적으로 상승하였으며, 서해안 지역에서 해성퇴적층이 형성되는 과정에 해수면 하강과 그로인한 침식 또는 융기와 같은 지질학적 사건은 없었던 것으로 알려져 있다. 또한 본 연구 결과 최상부층을 제외한 해성퇴적층은 퇴적 후 leaching, 대기노출, 풍화 등의 환경변화는 겪지 않았던 것으로 나타났다. 해성퇴적 층에서 지질학적 의미의 하중제거로 인한 과압밀이 없 었다는 것은 그림 9와 그림 10에서도 확인할 수 있다.
- 이상의 퇴적환경 관련 시험과 역학시험 결과를 바탕으로 연구지역의 퇴적환경을 정리하면, 퇴적층은 해성/ 하성으로 구분되며 해성퇴적층 내에서도 퇴적당시 에너지 환경에 따라 상부의 에너지가 상대적으로 컸던 실 트 우세층과 상대적으로 작은 에너지 환경의 하부 점토 우세층으로 세분된다. 불교란 시료에 대한 압밀시험결과 상부 해성퇴적층은 입도와 Atterberg 한계에서 하부 점토 우세층과 차이를 보이고 있으며 과압밀 현상 (OCR>1)을 보이고 있다.
- 6m 를 경계로 급격한 퇴적환경의 변화가 있었음을 알 수 있다. 탄소동위원소 분석결과를 정리한 표 1에서와 같이 SH-1 9.5m 심도 패각의 14C 연대가 5, 730yr BP이고 SH-2 12.8m심도 패각의 14C 연대가 4,810yr BP인 점으 로 보아 이 심도(SH-2 13.6m)를 경계로 상부는 서해안 해수면 상승시기 동안 퇴적된 해성퇴적층이며, 그 하부 는 하성퇴적층임을 알 수 있다. 이러한 지층별 퇴적환경 은 경기만 반월 조간대에 대한 박용안 등(2000)의 연구결 과와도 일치하고 있다.
후속연구
- (6) 이러한 겉보기 과압밀현상의 원인은 퇴적속도의 차 이에 의한 cementation 영향으로 판단되며, 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- 시화지역 해성퇴적층에서 확인되는 과압밀 현상은 지질학적 침식이나 지하수위 변동에 의한 응력이력에 의한 것이 아니라 점토 구조 즉 cementation 에 의한 것으로 보아야 한다. 향후 해성퇴 적층의 과압밀 원인으로 예상되는 cementation에 대한 다양한 실험적 규명과 함께 그에 따른 역학적 특성에 대한 규명이 필요하다.
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