준설 매립된 연약지반이나 해성 점토의 전단강성 평가는 시료 교란의 영향으로 많은 어려움이 있다. 본 연구는 기존의 현장 전단파 시험들의 몇가지 제약 조건을 극복한 새로운 현장 전단파 시험 장치를 개발하고 적용성에 대하여 기술한 것이다. 장치 설계 고려사항은 교란효과, 트랜서듀서 간의 전기적 간섭, 케이블 사이의 전자기 커플링, 자체음향 차단, 전단파의 이동 간격 유지, 트랜서듀서의 회전, 프레임(frame)을 통한 파의 직접적 전달, 그리고 트랜서듀서와 케이블의 보호를 포함한다. 이들 고려사항은 현장과 실내실험을 통하여 지속적으로 개선되었다. 현장 전단파 속도는, 어떠한 역산기법 없이, 전단파의 이동거리와 이동시간으로부터 직접 계산되었다 개발된 현장 전단파 프로브는 깊이 30m까지 적용되었다. 실험결과 현장 전단파 프로브를 이용하여 모래와 점토지반에서 매우 세밀한 전단파 프로파일을 산정할 수 있었다. 또한 실험부지에서 수행된 콘관입실험결과와도 좋은 상관관계를 나타내었다. 본 논문에서 제시된 현장 전단파 프로브는 연약지반의 동적 특성 평가를 위한 현장 전단파 속도 측정에 매우 효과적인 장치임 보여준다.
준설 매립된 연약지반이나 해성 점토의 전단강성 평가는 시료 교란의 영향으로 많은 어려움이 있다. 본 연구는 기존의 현장 전단파 시험들의 몇가지 제약 조건을 극복한 새로운 현장 전단파 시험 장치를 개발하고 적용성에 대하여 기술한 것이다. 장치 설계 고려사항은 교란효과, 트랜서듀서 간의 전기적 간섭, 케이블 사이의 전자기 커플링, 자체음향 차단, 전단파의 이동 간격 유지, 트랜서듀서의 회전, 프레임(frame)을 통한 파의 직접적 전달, 그리고 트랜서듀서와 케이블의 보호를 포함한다. 이들 고려사항은 현장과 실내실험을 통하여 지속적으로 개선되었다. 현장 전단파 속도는, 어떠한 역산기법 없이, 전단파의 이동거리와 이동시간으로부터 직접 계산되었다 개발된 현장 전단파 프로브는 깊이 30m까지 적용되었다. 실험결과 현장 전단파 프로브를 이용하여 모래와 점토지반에서 매우 세밀한 전단파 프로파일을 산정할 수 있었다. 또한 실험부지에서 수행된 콘관입실험결과와도 좋은 상관관계를 나타내었다. 본 논문에서 제시된 현장 전단파 프로브는 연약지반의 동적 특성 평가를 위한 현장 전단파 속도 측정에 매우 효과적인 장치임 보여준다.
The reasonable assessment of the shear stiffness of a dredged soft ground and soft clay is difficult due to the soil disturbance. This study addresses the development and application of a new in-situ shear wave measuring apparatus (field velocity probe: FVP), which overcomes several of the limitatio...
The reasonable assessment of the shear stiffness of a dredged soft ground and soft clay is difficult due to the soil disturbance. This study addresses the development and application of a new in-situ shear wave measuring apparatus (field velocity probe: FVP), which overcomes several of the limitations of conventional methods. Design concerns of this new apparatus include the disturbance of soils, cross-talking between transducers, electromagnetic coupling between cables, self acoustic insulation, the constant travel distance of S-wave, the rotation of the transducer, directly transmitted wave through a frame from transducer to transducer, and protection of the transducer and the cable. These concerns are effectively eliminated by continuous improvements through performing field and laboratory tests. The shear wave velocity of the FVP is simply calculated, without any inversion process, by using the travel distance and the first arrival time. The developed FVP Is tested in soil up to 30m in depth. The experimental results show that the FVP can produce every detailed shear wave velocity profiles in sand and clay layers. In addition, the shear wave velocity at the tested site correlates well with the cone tip resistance. This study suggests that the FVP may be an effective technique for measuring the shear wave velocity in the field to assess dynamic soil properties in soft ground.
The reasonable assessment of the shear stiffness of a dredged soft ground and soft clay is difficult due to the soil disturbance. This study addresses the development and application of a new in-situ shear wave measuring apparatus (field velocity probe: FVP), which overcomes several of the limitations of conventional methods. Design concerns of this new apparatus include the disturbance of soils, cross-talking between transducers, electromagnetic coupling between cables, self acoustic insulation, the constant travel distance of S-wave, the rotation of the transducer, directly transmitted wave through a frame from transducer to transducer, and protection of the transducer and the cable. These concerns are effectively eliminated by continuous improvements through performing field and laboratory tests. The shear wave velocity of the FVP is simply calculated, without any inversion process, by using the travel distance and the first arrival time. The developed FVP Is tested in soil up to 30m in depth. The experimental results show that the FVP can produce every detailed shear wave velocity profiles in sand and clay layers. In addition, the shear wave velocity at the tested site correlates well with the cone tip resistance. This study suggests that the FVP may be an effective technique for measuring the shear wave velocity in the field to assess dynamic soil properties in soft ground.
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문제 정의
매립지반 및 대심도 연약지반의 현장 전단강성을 측정하기 위하여 기존의 시험들의 단점을 보완한 새로운 현장 전단파 시험장치를 개발하였다. 새로운 현장 전단파 시험 장치 설계의 고려 사항을 요약하면 다음과 같다.
또한 해석 결과 산출 시 엄격한 해석 기법이 요구되며, 수상에서는 시험 자체가 불가능하다는 단점이 있다. 본 논문에서는 이들 방법의 단점을 보완 할 수 있는 새로운 현장 전단파 측정 방법을 제시하려고 한다.
개발 및 적용성 검증에 있다. 본 논문은 기존 시험의 간략한 장·단점 분석 후, 새롭게 개발된 시험 장치 및 기법을 소개하였다. 개발된 시험 장치 및 기법의 적용성 분석을 위해 30m 이상의 대심도 전단파 시험을 실시하였으며, 획득한 시간 이력곡선을 이용하여 깊이별 전단파 속도를 도출하였다.
본 논문의 목적은 기존의 현장 탄성파 탐사 기법의 다양한 시험 제약 조건을 보완한 새로운 현장 전단파시험법 개발 및 적용성 검증에 있다. 본 논문은 기존 시험의 간략한 장
가설 설정
개요도(2D); (c) 사진 그림 내 숫자의 단위는 mm 이다
② 트랜서듀서 간의 전기적 간섭 및 케이블 간의 전자기 커플링(electromagnetic coupling)은 측정된 전단파 신호의 초동 분석에 중요한 영향을 미친다.
제안 방법
앰플">·단점 분석 후, 새롭게 개발된 시험 장치 및 기법을 소개하였다. 개발된 시험 장치 및 기법의 적용성 분석을 위해 30m 이상의 대심도 전단파 시험을 실시하였으며, 획득한 시간 이력곡선을 이용하여 깊이별 전단파 속도를 도출하였다.
개발된 시험장치 및 시험 기법의 적용성 분석을 위하여 심도 30m까지의 현장 관입 시험을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
흙을 통한 전자기 커플링에 따른 트랜서듀서 간 전기적 간섭(cross-talk) 현상을 방지하기 위하여 전도성 페인트(conductive paint)를 이용하여 전기적 차폐(electrical shield)를 하였다. 관입 시 흙과의 마찰에 의한 트랜서듀서의 피해를 최소화하기 위하여 에폭시 코팅을 하였으며, 방수를 위해 트랜서듀서와 전선 연결부 역시 에폭시 코팅을 하였다. 흙과의 접촉을 위해 프레임으로부터 돌출된 트랜서듀서의 길이는 약 4mm 이다(그림 2 참조).
측정하였다. 관입 장치의 고유 기계 진동의 영향을 파악하기 위해 그림 8와 같이 관입 장치의 시동을 켜진 상태와 꺼진 상태의 신호를 비교하였다. 그림 8에 나타난 것과 같이 측정된 전단파의 초동(1st arrival)은 관입장치 고유 진동에 영향을 받지 않으며, 동일한 고주파수 차단 필터를 적용하였을 경우, 관입 장치의 시동이 켜진 상태에서 측정된 파에 기계 고유진동에 의하여 약간의 고주파 잡음이 남았다.
관입에 의한 지반의 저항력에 의해 트랜스듀서 프레임의 뒤틀림 방지 및 트랜스듀서 간격의 일정한 유지를 위하여 그림 1와 같이 내경 74mm, 두께 2.0mm의 링(ring)을 프레임 하단에 설치하였고, 보조 트랜서듀서 프레임을 추가로 설치하여 블레이드 자체 강성을 증가시켰다. 보조 트랜서듀서 프레임 역시 전단파 트랜서듀서의 설치가 가능하다.
및 사진을 그림 1에 나타내었다. 관입의 용이성과 장치의 안정성을 고려하여 딜라토미터(dilatometer)의 모양과 유사한 모양의 블레이드(blade: 90×305×8, 너비×높이×두께, mm)를 십자 모양으로 교차시킨 후 각 모서리에 트랜스듀서 설치를 위한 프레임(frame)을 연결하였다.
그림 1과 같이 전단파 측정에 있어서 시료 교란 효과를 최소화 하기 위하여 전단파 트랜스듀서를 블레이드의 끝단으로부터 블레이드 두께의 10배 이상 이격시켜 설치하였다. 또한, 프레임 끝단(tip)을 쐐기모양으로 설계함으로써 블레이드의 관입 시 흙이 전단파 측정부 외곽으로 나가도록 하여 교란 효과를 최소화하였다.
0m까지는 느슨한 상태의 모래지반이다. 또한 G.L (-) 32.4m부터 단단한 자갈질 점토층이 존재하여 상부 연약층부인 30m까지 전단파 속도를 측정하였다.
보조 트랜서듀서 프레임 역시 전단파 트랜서듀서의 설치가 가능하다. 또한 thin walled sampler 내경과 동일한 크기의 링을 설치함으로써 시료의 교란 정도 평가 등 thin walled sample을 이용한 실내 시험 결과와의 비교, 분석을 용이하게 하였다.
또한, 프레임 끝단(tip)을 쐐기모양으로 설계함으로써 블레이드의 관입 시 흙이 전단파 측정부 외곽으로 나가도록 하여 교란 효과를 최소화하였다.
마지막으로 측정목표심도까지 현장 전단파 프로브(FVP)의 인력 관입은 불가능하므로 현장 관입 장치와의 연결을 용이하게 하기 위하여 블레이드 상단에 콘관입시험용 롯드 연결부를 설치하였다.
발신용 벤더 엘리먼트에서 발생된 파가 프레임을 통하여 직접적 전달되는 현상을 방지하기 위하여 길이 12mm, 직경 8mm의 나일론(nylon) 재질의 스크류를 이용(그림 2)하여 벤더 엘리먼트를 프레임에 설치 하였다. 이러한 방법으로 트랜스듀서를 설치할 경우 고장나거나 오작동하는 트랜스듀서를 효과적으로 제거, 교체할 수 있다(Lee et al.
본 논문에서 제안한 시험 방법은 전단파의 이동거리에 따른 도달 시간을 직접 측정함으로써 기존의 다른 현장 전단파 시험과는 달리 시험을 통해 얻어진 깊이별 전단파 신호의 초동 시점으로부터 어떠한 역산기법 없이 전단파 속도를 직접 산출할 수 있다.
이루어져 있다. 입력 신호로는 정현파(single sinusoidal wave, 10Vpp)를 이용하였으며, 고주파수의 잡음을 제거하기 위하여 스태킹(stacking, 1024개 신호 적용)을 실시하였다.
전단파의 발진 및 수신을 위한 트렌스듀서(벤더 엘리먼트)의 설치를 위하여 프레임에 나사산을 설치하였다. 발신용 벤더 엘리먼트에서 발생된 파가 프레임을 통하여 직접적 전달되는 현상을 방지하기 위하여 길이 12mm, 직경 8mm의 나일론(nylon) 재질의 스크류를 이용(그림 2)하여 벤더 엘리먼트를 프레임에 설치 하였다.
현장 시험을 위한 현장 전단파 프로브(FVP)의 관입은 콘관입 장비(Vander Helm, 20ton)을 이용하여 2cm/sec로 정적 관입을 실시하였으며 1m 단위로 전단파 속도를 측정하였다. 관입 장치의 고유 기계 진동의 영향을 파악하기 위해 그림 8와 같이 관입 장치의 시동을 켜진 상태와 꺼진 상태의 신호를 비교하였다.
1997; Yamashita and Suzuki 2001; Kuwano and Jardine 2002; Zeng and Grolewski 2005; Ismail and Rammah 2006; 이종섭과 이창호 2006). 흙을 통한 전자기 커플링에 따른 트랜서듀서 간 전기적 간섭(cross-talk) 현상을 방지하기 위하여 전도성 페인트(conductive paint)를 이용하여 전기적 차폐(electrical shield)를 하였다. 관입 시 흙과의 마찰에 의한 트랜서듀서의 피해를 최소화하기 위하여 에폭시 코팅을 하였으며, 방수를 위해 트랜서듀서와 전선 연결부 역시 에폭시 코팅을 하였다.
대상 데이터
본 논문에서 제안한 시험 장치 및 시험 방법의 검증을 위하여 부산 신항 북컨테이너 터미널 축조 공사 현장에서 현장 시험을 수행하였다(그림 9). 시험 부지는 통일분류법상 CL의 심도 45m 이상의 연약지반 구간이다.
현장 시험을 수행하였다(그림 9). 시험 부지는 통일분류법상 CL의 심도 45m 이상의 연약지반 구간이다. 실험을 수행한 현장의 상부는 N값이 15정도의 상당히 단단한 모래 지반이 존재하여 5m 선굴착 후 시험을 실시하였다(그림 10 참조).
전단파 측정을 위한 트랜스듀서로 벤더 엘리먼트를 이용하였다(Piezo system PZT5H4E Y-poled, 4 × 11, 폭 ×길이, mm). 흙과의 뛰어난 결합효과, 낮은 전단파 지향성 등의 장점으로 벤더 엘리먼트는 압밀 및 삼축 시험 등 거의 모든 토질 시험 장치에 설치 할 수 있다(Shirley & Hampton 1978; Shirley 1978; Pennington et al.
7mm의 보호 장치를 설치하였다. 트랜스듀서 전선의 보호를 위하여 프레임 바깥쪽에 높이 7.0mm의 커버를 설치하였다. 블레이드의 상부에 위치한 경사 구멍을 통해 각각의 트랜스듀서의 전선을 롯드(rod) 속으로 유도하였다.
이론/모형
질 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 병렬형식의 벤더 엘리먼트를 적용하였다. 그러나, 유선 콘 또는 딜라토메타 시험과 유사하게 FVP 관입 시험 역시 전단파 측정을 위한 트랜스듀서인 벤더 엘리먼트와 주변장치 간의 연결을 위한 긴 케이블이 요구되며, 병렬형식의 벤더 엘리먼트의 경우 많은 가닥의 트랜서듀서 케이블이 필요하다.
성능/효과
① 새롭게 개발된 벤더 엘리먼트를 이용한 현장 전단파측정 장치는 대심도 연약지반의 전단파 속도 측정 및 강성 평가에 매우 효과적임을 확인하였다
③ 깊이가 깊어짐에 따라 전단파의 초동시간이 짧아지고 공진주파수가 증가한 것으로부터 전단파 속도가 증가하고 흙의 강성이 증가함을 알 수 있었다.
후속연구
④ 다수의 벤더 엘리먼트 설치 시 전단파의 polarization 영향에 따른 Vs(HH), Vs(HV) 및 Vs(Hθ)의 측정으로 대상 현장 지반의 이방성 연구에 탁월한 효과를 보일 것으로 예상된다.
나사형태의 스크류의 특징상 트랜스듀서를 쉽게 회전시킬 수 있어, 그림 4와 같이 다수의 트랜스듀서 설치 시 전단파의 polarization 영향에 따른 Vs(HH) , Vs(HV) 및 Vs(Hθ)의 측정으로 대상 지반의 이방성 또한 조사할 수 있다(이창호 외 2006). 또한 벤더 엘리먼트를 그림 5와 같이 프레임의 다른 높이에 설치함으로써 Vs(θH)도 측정할 수 있어 현장 이방성 연구에 탁월한 효과를 보일 것으로 예상된다.
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Lee, J. S., Fernandez, A. L., and Santamarina, J. C. (2005), 'S-wave velocity tomography: small-scale laboratory application', Geotech. Test. J., 28(4), pp.336-344
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