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문제 정의
- 본 연구에서는 부산 신항만 배후부지 북동호안 건설 현장의 점토를 이용하여 부산점토의 변형률 속도에 대한 압밀특성을 파악하기 위하여 일련의 CRS 시험을 실시하였으며 그에 따른 결과들을 비교.분석하였다.
제안 방법
- CRS 시험 결과로부터 선행압밀하중을 산정하기 위하여 여러 학자들이 제안한 다양한 방법을 사용하였다. 가장 널리 이용되는 Casagrande(1936)의 방법을 비롯하여 Janbu(1969)방법, log(l + e)—logb' 곡선을 이용하는 Oikawa(1987)방법, 과잉간극수압의 변곡점을 통한 결정법 등을 통해 선행압밀하중을 산정하여 표 3과 그림 5에 정리하였다.
- 또한 점토에 대한 시간 및 변형률 속도의 영향은 수십 년 동안 연구되어 왔다(Taylor, 1942; Crawford, 1965; Bjerrum, 1967). Leroueil 등(1985)은 일차압밀 끝에서0%) 혹은 24시간 후에。必4)재호居을 가하는 다단계 하중시험, 일정 변형률 속도시험 (constant rate of strain test, CRS), 동수경사제어시험(controlled gradient test, CGT), 크리프시험(long-term creep test)등을 통하여 일차원 압밀 하에서 자연점토의 거동을 유효응력-변형률-변형률 속도(缶'-로 표현하였다. 응력-변형률-변형률 속도 관계는 그림 1에 나타난 것과 같이 두 가지 중요한 특성을 가진다.
- 유효응력의 변화를 잘 나타내고 있다. 각 단계마다 아주 빠른(60초) 시간 내에 하중을 재하한 후 일정 기간 동안 일정하게 유지시켰다. 그림 11에서 보는 바와 같이 모든 단계에서 초기에는 전응력이 증가함에 따라 유효응력이 증가하였다.
- 얻을 수 없다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 CRS 시험장치를 이용하여 표 4와 그림 10와 같은 두 종류의 하중제어 압밀시험을 실시하였다. 기존의 oedometer test에서는 얻을 수 없었던 연속적인 유효응력-변형률 관계를 구하기 위해 ILT-1은 일반적인 표준 압밀 시험 과정과 동일하며, ILT-2는 장기 압밀 변형 특성을 구하기 위해 3일 동안 각각의 하중을 재하하였다.
- 따라서 본 연구에서는 부산 신항만 건설지역에서 불교란 시료를 채취하여 다양한 변형률 속도에 대한 일정변형률 속도(CRS) 시험을 실시하고 그 결과를 통해 부산점토의 변형률 속도 의존적인 압밀특성을 분석하였다. 또한 기존의 oedometer가 아닌 연속적으로 시험 결과를 계측할 수 있는 시스템을 이용해 장기 하중제어 압밀 시험(ILT)을 실시하여 하중재하 후 전응력이 일정한 상태에서 과잉간극수압이 증가하는 Mandel-Cryer 효과 (Schiffman 등, 1969; Jun-Gao Zhu 등, 2001)와 선행 압밀 하중 부근에서 흙 구조의 붕괴로 인한 급격한 간극수압의 증가현상을 분석하였다.
- 또한 기존의 oedometer가 아닌 연속적으로 시험 결과를 계측할 수 있는 시스템을 이용해 장기 하중제어 압밀 시험(ILT)을 실시하여 하중재하 후 전응력이 일정한 상태에서 과잉간극수압이 증가하는 Mandel-Cryer 효과 (Schiffman 등, 1969; Jun-Gao Zhu 등, 2001)와 선행 압밀 하중 부근에서 흙 구조의 붕괴로 인한 급격한 간극수압의 증가현상을 분석하였다.
- 분석하였다. 또한 연속적인 시험결과를 얻을 수 있는 하중제어 압밀 시험을 통해 하중재하가 끝난 후 간극수압과 유효 응력의 변화를 계측하였다.
- 그 후 완전포화를 위해 일정한 배압(back pressure)을 가하여 24시간 동안 유지하였다. 이후 간극수압계수 B값을 확인하여 포화가 되었다고 판단되면 변형율을 각각 0.01%/sec, 0.001%/sec, 0.0001%/sec의 속도로 가해 수직응력과 과잉 간극수압 및 수직변위를 하중측정장치(load cell), 간극수압 측정 장치(pore pressure tranducer)와 변위측정장치(LVDT)로 부터 동시에 측정한다. 압밀 동안에도 배압은 일정하게 유지하였다.
대상 데이터
- 본 시험에서 사용한 장치는 미국 GEOCOMP사에서 제작한 시험 장치로서 사진 1과 같이 로드 프레임, 압밀 셀, 자료 입출력장礼 컴퓨터, 가압장礼 계측장치로 구성되어 있다. 먼저 샘플링 튜브를 통해 준비한 시료를 벽면 마찰을 고려해 구리스를 바른 압밀링으로 직경 63.
- 본 연구에 사용된 시료는 부산 신항만 배후단지 북동호안에서 채취한 해성점토로서 시료는 76mm 직경의 thin wall tube sampler로 채취되었고, 채취된 시료의 깊이는 약 22m 이다. 시험에 사용된 시료의 물리적 특성은 표 1과 같이 비중이 2.
- 6, 함수비가 63%로서 통일분류법상 이로 분류된다. 본 연구의 압밀시험에 사용된 시편의 직경은 63.5mm, 높이는 25.4mm이고 표준 압밀 시험으로부터 구한 대표적인 압밀 특성은 표 1과 같다.
- 최근 국가산업의 발전과 국민경제의 활성화에 따라 부족한 산업부지 확충과 새로운 건설부지 확보 차원에서 준설.매립된 인공지반 뿐만 아니라 해안 연약지반의 활용이 점차 증가하고 있다.
이론/모형
- 사용하였다. 가장 널리 이용되는 Casagrande(1936)의 방법을 비롯하여 Janbu(1969)방법, log(l + e)—logb' 곡선을 이용하는 Oikawa(1987)방법, 과잉간극수압의 변곡점을 통한 결정법 등을 통해 선행압밀하중을 산정하여 표 3과 그림 5에 정리하였다. Janbu 방법을 이용하여 산정된 선행 압밀 하중이 다른 방법에 의해 산정된 선행 압밀 하중보다 일반적으로 작다는 것을 알 수 있다.
성능/효과
- (1) 변형률 속도의 영향을 받는 응력-변형률 곡선의 분포를 통해 흙의 압축성은 변형률 속도에 의존적임을 알 수 있었다. 즉, 변형률 속도가 증가함에 따라 선행 압밀 하중이 비례하여 증가한다.
- (2) 일정한 변형률 속도 하에서 생성되는 과잉간극수압은 과압밀영역에서는 작은 값을 보이나 흙 구조의 붕괴가 급격히 일어나는 선행압밀하중 이후부터 급격히 증가하는 것을 볼 수 있고 변형률 속도가 증가할수록 과잉간극수압의 크기도 크게 증가하는 결과를 얻었다.
- (3) 선행압밀하중을 Casagrande, Janbu, Oikawa 등의 방법을 사용하여 산정한 결과, 기존의 Batiscan과 Berthierville의 점토에서와 마찬가지로 선행 압밀 하중은 변형률 속도에 비례하여 증가함을 알 수 있었다. 그리고 다양한 변형률 속도에서 얻어진 압밀곡선은 선행압밀하중에 대해서 정규화되었을 때 유일함(unique)을 확인하였다.
- (4) CRS 시험으로부터 얻은 압밀계수와 투수계수는 과압밀 영역에서는 변형률 속도에 의존하지만, 정규 압밀 영역에서는 하나의 값에 수렴하는 경향을 보였다 그리고 부산 신항만 북동호안의 Cv 값은 대략 4x10』~ 6xl0%m2/sec의 범위의 값을 가지는 것으로 나타났다.
- (5) 기존의 oedometer가 아닌 연속적으로 시험 결과를 얻을 수 있는 시스템을 이용하여 하중제어 압밀 시험을 실시한 결과 전응력이 일정한 상태, 즉 변형률 속도가 zero 인 상태에서 과잉간극수압이 증가하고 유효 응력이 감소하는 Mandel-Cryer 효과가 발생하였다. 장기간의 하중제어 압밀시험을 통해 선행 압밀 하중 지점에서 흙 구조의 붕괴로 인한 갑작스런 변형과 과잉 간극수압의 증가현상이 발견되 었다
- 일정한 변형률 속도로 하중이 재하되면 전응력 증가로 인하여 과잉간극수압이 발생하게 된다. 그 결과로서 그림 4에서 알 수 있듯이 과압밀 영역에서는 재하하중으로 인한 과잉 간극수압이 작게 유발하지만 선행압밀하중을 통과한 정규 압밀 영 역에서는 발생하는 과잉간극수압이 갑자기 커지는 것을 알 수 있다. 이와 같은 이유는 유효응력이 선행 압밀 하중에 도달한 후에 흙 구조의 붕괴(collapse of soil structure)가 급격히 유발되기 때문인 것으로 사료된다.
- 그리고 다양한 변형률 속도에서 얻어진 압밀곡선은 선행압밀하중에 대해서 정규화되었을 때 유일함(unique)을 확인하였다.
- 그림에서 알 수 있듯이 과압밀 영역에서는 동일한 유효응력에서 변형률 속도가 커짐에 따라 압밀계수와 투수계수의 값도 커지지만, 정규 압밀 영역에서는 시간이 경과함에 따라 일정한 값으로 수렴하는 것을 알 수 있다. 그리고 부산 신항만 북동 호안의 Cv 값은 대략 4xl0J6xl0%m2/sec의 범위의 값을 가지는 것으로 나타났다.
- 둘째, 다양한 변형률 속도에서 얻어진 응력-변형률곡선은 선행 압밀 하중에 대해서 정규화되었을 때 유일(I血que)하다(그림 1
- 이와 같은 이유는 유효응력이 선행 압밀 하중에 도달한 후에 흙 구조의 붕괴(collapse of soil structure)가 급격히 유발되기 때문인 것으로 사료된다. 또한 변형률 속도가 클수록 과잉간극수압이 크게 유발될 뿐만 아니라, 변형률 속도가 증가할수록 과잉간극수압의 변곡점이 즉 흙 구조의 붕괴가 유발되는 지점의 유효 응력이 커짐을 알 수 있다.
- 그림 7은 선행 압밀 하중으로 정규화된 응력-변형률 곡선으로서 앞서 살펴본 Leroueil 등(1985)의 결과와 비슷한 경향을 나타낸다. 또한 변형률이 3% 정도의 지점에서 변형률 속도에 관계없이 선행 압밀 하중과 연직유효응력이 동일한 값을 가지는 것을 알 수 있다.
- 그리고 부산점토의 변형률 속도에 대한 선행 압밀 하중의 기울기(logb'pc-logq, 의 관계)는 Batiscan과 Berthierville 점토의 기울기와 비슷하다고 할 수 있다. 뿐만 아니라 부산 점토는 연약점토의 심도가 깊고 구조화된 지반이므로 선행압밀하중 값이 Batiscan과 Berthierville 점토와 비교하여 크게 나타났다. 그림 7은 선행 압밀 하중으로 정규화된 응력-변형률 곡선으로서 앞서 살펴본 Leroueil 등(1985)의 결과와 비슷한 경향을 나타낸다.
- 보다 구체적으로 살펴보기 위해 시간에 따른 과잉간극수압의 변화를 하중 증가량으로 정규화시켜서 그림 12에 나타내었다. 이러한 결과는 불연속적인 시험 결과를 얻는 고전적 인 oedometer test에서는 볼 수 없었던 것으로서 하중재하가 끝났음에도 불구하고 과잉간극수압이 계속 증가하고 유효응력이 감소하는 Mandel-Cryer 효과를 보여주고 있다.
- 첫째, 선행압밀하중은 재하중 동안에 유발되는 변형률 속도에 의존한다(그림 1
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