[논문]자갈이 함유된 화강풍화토의 다짐특성에 관한 연구

함태규

doi:10.7843/kgs.2007.23.11.59

자갈이 함유된 화강풍화토의 다짐특성에 관한 연구
An Experimental Study on Compaction Characteristics of Gravel-mixed Decomposed Granite Soil 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.23 no.11, 2007년, pp.59 - 66

초록
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자갈혼합재료의 역학특성에 미치는 자갈혼합율의 영향을 분석하기 위하여 화강풍화토를 이용한 대형 일차원압축시험을 실시하였다. 본 연구에서는 일본 야마구치현(山口縣) 시모노세키시(下關市)에서 채취한 화강풍화토를 이용해 입도를 조절한 후 일정한 다짐에너지로 다짐한 공시체를 시험에 사용하였다. 시험결과, 동일한 함수비에서 동일한 다짐에너지로 다짐을 실시하여도 자갈혼합율에 따라 서로 다른 건조밀도를 보였고, 이로부터 최대건조밀도를 나타내는 자갈혼합율이 존재하는 것과 이 자갈혼합율에서 최소의 압축지수를 보이는 것을 확인하였다. 또한 본 연구에서는 이상혼합체이론(two-phase mixture theory)을 이용해 자갈혼합율의 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하였고, 제안한 방법을 통해 산정한 초기건조밀도와 재료정수는 실내시험으로부터 얻은 실측값을 정확히 추정하는 것으로 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to clarify the influence of gravel content on the mechanical properties of gravel-mixed decompose granite soils, large-scale one-dimensional compression tests were performed. The sample used in the study was a decomposed granite soil from Shimonoseki in Yamaguchi prefecture in Japan. After adjusting the grain size of the said soils, the specimen compacted with a certain level of compaction energy was put to the test. Based on the results obtained, when gravel-mixed decomposed granite soil was compacted at the same energy level, there existed the specific gravel content at which dry density was maximum and which also produced the minimum compression index. Furthermore, from these results, an expression based on a two-phase mixture theory was proposed to quantitatively evaluate the effects of gravel content and initial dry density and the material parameters calculated through the proposed method proved to exactly estimate the actual measuring value.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

비표면적, 강열감량, 흡수율 등을 사용하는 방법이 타당하다고 되어 있다. 따라서 본 연구에서는 실험 방법이 용이한 강열감량을 조사하여 화강풍화토의 풍화 도를 조사하였다. 강열감량법은 일본규격 JIS A 1226에의거하여 실시하였고, 건조로에 일정한 질량이 될 때까지 건조시킨 시료를 증발접시에 넣어 750°C의 건 조로에 한 시간 건조시킨 후 강열전후의 질량차를 조사하였다.
본 논문에서는 재료특성에 미치는 자갈혼합율의 영향을 밝히고 이상혼합이론을 이용해 자갈혼합율의 영향을 정량적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하였다. 본연구에서 도출한 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 Gutierrez(2003)가 제안한 이상 혼합체이론을 이용하여 자갈혼합재료의 건조밀도 및 압축지수를 보정하는 방법을 제안하였다.
기대할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 자갈을 포함한 화강풍화토를 이용하여 대형 일차원압축시험을 실시해 다짐특성과 재료특성에 미치는 자갈혼합량의 영향을 명확히 하고, 자갈 혼합재료의 역학특성을 정량적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

가설 설정

여기에서 자갈 혼합재료를 다짐할 경우 자갈 간극비 eg에 모래가 혼합되는 것을 가정할 수 있고, 이로 인해 자갈 간극비eg는 변화하게 된다. 그러므로 혼합재료 전체의 간극비e(F) 는 식(3)을 이용해 정의 되어야 하고, 이때 자갈의 유효간극비ej 는 식⑷로 정의된다.

제안 방법

다음으로 본 연구에서 제안한 방법을 통하여 자갈을 포함한 화강풍화토의 건조밀도를 보정하여 그 공학적 적용성에 대하여 고찰하였다.
동일한 방법으로 자갈혼합율(0이 각각 서로 다른 자갈혼합재료의 e-logq곡선을 보정하였고(그림 9), 보정을 통해 얻은 e-logs곡선으로부터 압축지수G와 팽창지수 G를 산정하였다. 그 결과를 그림 10에 나타내고 있다.
모래 (7^0%) 와 자갈 (7M00%)을 이용한 일차원압축실험의 결과로부터 각각의 자갈혼합율(尸)을 갖는 자갈혼합재료의 재료정수를 보정하는 방법을 제안하였다. 그 일련의 과정은 다음과 같다.
본 연구에서 사용하고 있는 화강풍화토의 1차광물 및 점토광물을 조사하기 위해 X선 회절시험을 실시하였다. X선 회절시험은 75um이하의 세립분을 사용하였고, 그 결과를 그림 1에 나타내고 있다 시험결과로 부터 본 연구에서 사용하고 있는 화강풍화토는 석 영 장석, 운 모로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
본 연구에서는 일본 야마구치현(山口県-) 시모노세키시(下関市')에서 채취한 9.52mm이하의 세립 자갈을 포함한 화강풍화토를 대상으로 일차원압축시험을 실시하였다. 시험에 사용된 시료의 물리적 특성은 표 1과 같다.
일차원압축시험을 실시했다. 실시한 일차원압축시험은 직경 150mm, 높이 150mm의 링을 사용했고, 공시 체는 식(1)로 정의되는 자갈혼합율(0이 0%, 30%, 40%, 50%, 80%, 100%가 되도록 모래와 자갈을 혼합해, 함수비 13%가 되도록 조절하여 2.5kg의 램머를 이용해 다짐 에너지 瓦 =187.469kJ/m3로 다짐 작업하였다. 일차원압축시험은 재하속도 0.
압축특성에 미치는 자갈 혼합율의 영향을 조사하기 위하여 일차원압축시험을 실시했다. 실시한 일차원압축시험은 직경 150mm, 높이 150mm의 링을 사용했고, 공시 체는 식(1)로 정의되는 자갈혼합율(0이 0%, 30%, 40%, 50%, 80%, 100%가 되도록 모래와 자갈을 혼합해, 함수비 13%가 되도록 조절하여 2.
469kJ/m3로 다짐 작업하였다. 일차원압축시험은 재하속도 0.5m血/min로 연직하중을 증가 시켜 최대 압축응력 lOMPa까지 실시했다. 그림 2에 일차원압축시험에 사용한 공시체 제작과정 및 일차원압축시험기 전경을 나타내고 있다.

대상 데이터

실시하였다. X선 회절시험은 75um이하의 세립분을 사용하였고, 그 결과를 그림 1에 나타내고 있다 시험결과로 부터 본 연구에서 사용하고 있는 화강풍화토는 석 영 장석, 운 모로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 실험 방법이 용이한 강열감량을 조사하여 화강풍화토의 풍화 도를 조사하였다. 강열감량법은 일본규격 JIS A 1226에의거하여 실시하였고, 건조로에 일정한 질량이 될 때까지 건조시킨 시료를 증발접시에 넣어 750°C의 건 조로에 한 시간 건조시킨 후 강열전후의 질량차를 조사하였다. Murata 등(1987)이 일본의 중국지역에 분포되어 있는 10종류의 히로시마(広島)형 화강풍화토를 대상으로 강열감량을 조사한 결과에 의하면, 가장 작은 값을 나타내는 화강풍화토는 0.

성능/효과

(1) Walker-Holtz 식은 자갈혼합율이 40%를 넘는 자갈혼합 재료에는 적용할 수 없다는 것이 본 연구 결과로부터 재확인 되 었다. 이것은 Walker-Holtz 식은 자갈혼합율의 증가와 함께 모래혼합율의 감소로 인한 자갈혼합재료의 건조밀도의 감소경향을 실질적으로 표현하지 못하는 것에 기인한다.
(2) 본 연구에서 사용한 화강풍화토는 자갈혼합율(F)이 40%에서 최대의 건조밀도를 나타내며, 이로써 동일한 함수비에 동일한 다짐에너지를 이용해 다짐을 실시하여도 가장 효과적으로 다져지는 자갈혼합율(尸) 이 존재하는 것을 확인하였다.
(3) 자갈혼합율(0=40%에서 최소의 압축지수를 나타내는 것은 초기건조밀도가 최대값을 나타내는 것에 기인하고, (P)=40% 이후의 자갈혼합재료의 압축지수가 급격히 증가하는 것 또한 건조밀도의 감소에 기인한다.
(4) 이상혼합체이론을 이용하여 자갈혼합율을 정량적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하였고, 제안한 방법을 통해 산정한 초기건조밀도와 재료정수는 일차원압축시험을 통해 얻은 실측값과 거의 정확히 일치하였다.
0 으로 변화시켜 구한 혼합재료의 간극비 e(F)를 점선으로 나타내었다. 그림 7(a)로부터 일차원압축시험을 통해 얻은 자갈 혼합재료의 간극비e(F)는 Rm 을 0.85로 상정하여 보정한 e(P)와 정확히 일치하는 것을 확인 할 수 있고, 이를 통해 본 연구에서 사용한화강풍화토의 혼합정도 电은 0.85 인 것으로 평가할 수 있다. 또한 같은 방법으로 식(6)을 이용해 산정한 건조밀도는 그림 7(b)과 같다.
결론을 얻었다. 그러나 연직응력(耳)이 증가함에 따라 보정값은 실측값과 멀어지는 경향을 보이고, 자갈혼합량이 40%를 넘는 재료에는 적용할 수 없다는 결론을 유출하고 있다.
그림 10으로 부터 본 연구에서 제안한 방법을 통해 산정한 압축지수G와 팽창지수G는 일차원압축시험을 통해 얻은 실측값을 거의 정확하게 보정하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 자갈혼합율(F)=40%에서 최소의 압축지수 G를 나타내는 것은 그림 4어서 확인할 수 있는 초기건조밀도가 최대값을 나타내는 것에 기인하는 것으로 사료되며, (0=40% 이후의 자갈혼합재료의 압축지수 G 가 급격 히 증가하는 것도 건조밀도의 감소에 기 인하는 것으로 판단된다.
얻은 실측값을 거의 정확하게 보정하고 있는 것을 알 수 있다. 또한 자갈혼합율(F)=40%에서 최소의 압축지수 G를 나타내는 것은 그림 4어서 확인할 수 있는 초기건조밀도가 최대값을 나타내는 것에 기인하는 것으로 사료되며, (0=40% 이후의 자갈혼합재료의 압축지수 G 가 급격 히 증가하는 것도 건조밀도의 감소에 기 인하는 것으로 판단된다.
또한, Walker-Holtz 식(1951)을 이용한 보정치(실선) 는 자갈 혼합율 40%까지의 실측치와 정확히 일치하는반电 40%를 넘는 자갈혼합율에 있어서는 F가 증가할수록 실험값과 멀어지는 경향을 보여, Walker-Holtz 식(1951) 은 자갈혼합율이 40%를 넘는 자갈혼합 재료에는 적용할 수 없다는 것이 본 연구결과로부터 재확인 되었다.
본 연구에서는 모래, 자갈을 분리하여 각각 밀도 시험을 실시하였고, 그 결과, 자갈의 비중(@)은 2.650, 모래의 비중(G)은 2.685로 밝혀져, 자갈이 모래에 비해 0.035 작은 값을 보이는 결과를 얻었다.
그림 4로부터 본 연구에서 사용한 화강풍화토는 자갈혼합율(F)이 40%이하의 범위에서는 자갈혼합율(尸)이 증가할수록 초기건조밀도도 함께 증가하고 있으나, 자갈혼합율(0이 40%를 넘는 범위에서는 초기 건조밀도가 반대로 저하되어 자갈혼합율(F)이 40% 에서 최대의 건조밀도를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 이로써 동일한 함수비에 동일한 다짐에너지를 이용해 다짐을 실시하여도 가장 효과적으로 다져지는 자갈 혼합율(0이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
이상의 결과는 본 연구에서 제안한 보정 방법은 자갈혼합율의 영향을 정량적으로 평가할 수 있고, 여러 가지가갈혼합율을 갖는 혼합재료에서도 적용가능하다는 것을 시사하고 있다.
있다. 자연모래는 인공모래와 달리 재료 안에 많은결^(크랙)이 존재하며, 본 연구에서 실시한 비중시험 결과 자갈이 모래에 비해 작은 비중값을 나타내는 것은 입경이 커짐에 따라 재료 안에 결손(크랙)이 존재 할 확률이 높아지는 데에 유인한 것으로 판단된다

후속연구

만약, 자갈혼합재료의 명확한 초기밀도와 재료 정수를 흙 입경의 허용범위(보통 2mm이하의 모래)를 정해 실시한 실내시험결과를 통하여 간편히 얻을 수 있다면 조립 토를 포함한 자갈혼합재료의 사용이 용이하여 친환경적이고, 입도조절에 필요한 경비절약과 공기 단축을 기대할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 자갈을 포함한 화강풍화토를 이용하여 대형 일차원압축시험을 실시해 다짐특성과 재료특성에 미치는 자갈혼합량의 영향을 명확히 하고, 자갈 혼합재료의 역학특성을 정량적으로 평가할 수 있는 방법을 제안하는 것을 그 목적으로 하고 있다.

참고문헌 (17)

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安幅規之(1985).'風化度に着目したまさ土の？縮.せん？特性', 山口大？工？部？究報告, Vol.36, No.1

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