제주도 해안지역에 분포하고 있는 모래는 화산암류가 풍화되어 형성된 모래와 조개 등의 어패류가 풍화되어 탄산염 $(CaCO_3)$ 함유량이 많은 모래, 그리고 이들 두 가지 특징이 혼재한 모래로 분류할 수 있었다. 분류된 모래들 중 삼양, 김녕, 제주외항 지역의 모래에 압축 특성을 알고자 압축시험을 수행한 결과, 삼양인 경우 초기압축이 다른 모래에 비해 큰 것으로 나타났으며 김녕, 제주외항 모래인 경우 초기압축외의 추가적인 압축도 상당히 발생하였으며, 이는 압축시험 전·후의 모래의 입도분포 분석 결과 입자의 파쇄와 재배열에 의한 것으로 나타났다. 또한 현재 제주외항 항만시설 축조공사에 따른 지반의 침하특성을 분석한 결과 초기 압축 외에도 모래의 파쇄성과 재배열에 의해 상당시간동안 압축이 일어난 것을 알 수 있으며, 파쇄성과 재배열이 고려되지 않은 기존 탄성침하량 산정법을 이용한 침하량과 기존의 침하시간 산정 시 과소평가 될 우려가 있는 것으로 나타났다.
제주도 해안지역에 분포하고 있는 모래는 화산암류가 풍화되어 형성된 모래와 조개 등의 어패류가 풍화되어 탄산염 $(CaCO_3)$ 함유량이 많은 모래, 그리고 이들 두 가지 특징이 혼재한 모래로 분류할 수 있었다. 분류된 모래들 중 삼양, 김녕, 제주외항 지역의 모래에 압축 특성을 알고자 압축시험을 수행한 결과, 삼양인 경우 초기압축이 다른 모래에 비해 큰 것으로 나타났으며 김녕, 제주외항 모래인 경우 초기압축외의 추가적인 압축도 상당히 발생하였으며, 이는 압축시험 전·후의 모래의 입도분포 분석 결과 입자의 파쇄와 재배열에 의한 것으로 나타났다. 또한 현재 제주외항 항만시설 축조공사에 따른 지반의 침하특성을 분석한 결과 초기 압축 외에도 모래의 파쇄성과 재배열에 의해 상당시간동안 압축이 일어난 것을 알 수 있으며, 파쇄성과 재배열이 고려되지 않은 기존 탄성침하량 산정법을 이용한 침하량과 기존의 침하시간 산정 시 과소평가 될 우려가 있는 것으로 나타났다.
Sands distributed in Jeju island's coastal areas, Korea, can be classified as silicate sand derived from volcanic rock, carbonate sand derived from shells, and mixed sands containing both silicate and carbonate sands. These three types of sands typically exist in Jeju coastal areas. Samples of silic...
Sands distributed in Jeju island's coastal areas, Korea, can be classified as silicate sand derived from volcanic rock, carbonate sand derived from shells, and mixed sands containing both silicate and carbonate sands. These three types of sands typically exist in Jeju coastal areas. Samples of silicate, carbonate and mixed sands were obtained from Samyang beach, Gimnyeong beach, and Jeju harbor area, respectively. Compression tests were conducted to assess the compression characteristics of these sands. As a result of these tests, each sand showed different behaviors. For Samyang beach sand, it appeared that initial compression is a larger than the other two sands. For Cimnyeong and Jeju harbor sands, however, the additional compression occurred after initial compression. This could result from the crushing, shattering, and rearrangement of sand particles. In addition, settlement behavior of Jeju harbor ground according to the construction stages was analyzed using the measured data. It showed that in addition to the initial elastic compression, a considerable additional compression occurred with time. The settlements of Jeju harbor ground were predicted by using the elastic settlement calculation methods (empirical methods) and the compression test method. The empirical methods, which did not consider the crushing, shattering, and rearrangement of particles could show smaller result than that occurring actually.
Sands distributed in Jeju island's coastal areas, Korea, can be classified as silicate sand derived from volcanic rock, carbonate sand derived from shells, and mixed sands containing both silicate and carbonate sands. These three types of sands typically exist in Jeju coastal areas. Samples of silicate, carbonate and mixed sands were obtained from Samyang beach, Gimnyeong beach, and Jeju harbor area, respectively. Compression tests were conducted to assess the compression characteristics of these sands. As a result of these tests, each sand showed different behaviors. For Samyang beach sand, it appeared that initial compression is a larger than the other two sands. For Cimnyeong and Jeju harbor sands, however, the additional compression occurred after initial compression. This could result from the crushing, shattering, and rearrangement of sand particles. In addition, settlement behavior of Jeju harbor ground according to the construction stages was analyzed using the measured data. It showed that in addition to the initial elastic compression, a considerable additional compression occurred with time. The settlements of Jeju harbor ground were predicted by using the elastic settlement calculation methods (empirical methods) and the compression test method. The empirical methods, which did not consider the crushing, shattering, and rearrangement of particles could show smaller result than that occurring actually.
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문제 정의
본 연구에서는 위와 같이 다양한 형성 이력을 가진 이들 제주 해안지역 모래에 대한 실험을 실시하고 그 결과를 분석하여 제주 해안지역 모래의 특징, 특히 압축 특성에 대해 알아보는데 그 목적이 있다. 이를 위해 먼저 제주도 해안 전역에 분포되어 있는 모래를 26개 지역에서 채취하여 화학분석 및 물성시험 등을 실시하여 성인에 따라 이들 모래를 규산염, 탄산염, 혼재된 모래 등 3그룹으로 분류하고, 또한 이들 그룹의 대표성을 가진 3개 지역(삼양, 김녕, 제주외항)의 모래를 선택하여 압축실험을 실시하였다.
본 절에서는 제주외항 지역의 모래에 대하여 침하량 산정을 압축시험결과를 이용하여 산정하였다. 이것은 기존의 침하량 산정법인 Schmertmann & Hartman식과 Buisman-DeBeer식의 결과와 비교하기 위함이다.
본 절에서는 3절에서의 실내실험 결과 나타난 모래의 압축 특성을 좀 더 알아보기 위해 현재 공사가 진행 중에 있는 제주 외항 1단계 항만시설 축조공사 지역의 계측 결과를 활용하여 제주 외항 지역 모래층의 압축 특성을 검토하였다.
것으로 예상된다. 다만 이 결과에서 압축시험에 의해 산정된 침하량, 기존의 탄성론에 입각한 경험식에 의해 산정된 침하량, 그리고 실제 계측된 침하량 사이의 관계를 검토하여 제주 외항 지역의 적절한 침하량 산정 방법을 제시하고자 한다.
본 연구는 제주 지역 해안에 분포되어 있는 모래의 압축 특성을 파악하기 위한 연구로 이를 위해 성인에 따라 제주 지역 해안 모래를 3그룹으로 분류하였으며 각각의 대표 모래(삼양, 김녕, 제주외항)에 대한 기본 적인 물성 실험과 압축시험을 실시하였다. 또한 제주 외항 1 단계 항만시설 축조공사 지역의 계측결과를 활용하여 해당 지역 모래층의 압축특성도 검토하였다.
가설 설정
압밀침하 시험은 상대밀도 75% 공시체에 대해 대형 고정 링 상자를 사용하여 실험을 실시하였다. 상대밀도 75% 공시 체를 선택한 이유는 원지반의 어느 정도 조밀한 상태인 것으로 가정하였고, 모래입자 자체의 변형 외 다른 영향은 배제하기 위해서이다. 침하량 산정은 아래 식 (3) 에 의해 계산되었다(표 5).
제안 방법
대해 알아보는데 그 목적이 있다. 이를 위해 먼저 제주도 해안 전역에 분포되어 있는 모래를 26개 지역에서 채취하여 화학분석 및 물성시험 등을 실시하여 성인에 따라 이들 모래를 규산염, 탄산염, 혼재된 모래 등 3그룹으로 분류하고, 또한 이들 그룹의 대표성을 가진 3개 지역(삼양, 김녕, 제주외항)의 모래를 선택하여 압축실험을 실시하였다.
et al.(1993)은 모래의 압축특성에 영향을 미치는 요인으로 모래 자체가 자지고 있는 특성 (gradation, grain size, angularity, roughness, and mineral hardness), 지반의 응력 조건, 다짐 방법, 응력이력 등을 언급하였는데, 본 연구에서는 모래 자체의 특성을 중심으로 제주외항 지 역에서 발생되는 모래지반의 침하를 검토하였다. 이를 위해 제주외항 모랭에 대한 압축실험이 실시되었으며 실험 결과를 이용하여 침하량을 예측하였고 기존의 경험식 (Schmertmann & Hartman 스], Buisman-DeBeer식) 에의해 예측된 침하량과도 비교 분석하였다.
(1993)은 모래의 압축특성에 영향을 미치는 요인으로 모래 자체가 자지고 있는 특성 (gradation, grain size, angularity, roughness, and mineral hardness), 지반의 응력 조건, 다짐 방법, 응력이력 등을 언급하였는데, 본 연구에서는 모래 자체의 특성을 중심으로 제주외항 지 역에서 발생되는 모래지반의 침하를 검토하였다. 이를 위해 제주외항 모랭에 대한 압축실험이 실시되었으며 실험 결과를 이용하여 침하량을 예측하였고 기존의 경험식 (Schmertmann & Hartman 스], Buisman-DeBeer식) 에의해 예측된 침하량과도 비교 분석하였다.
제주 해안지역 모래의 압축특성 실험을 하기 전에 먼저 제주도 해안지역에서 모래를 3개 그룹으로 분류하였다. 이를 위해 제주도 26개 해안지역의 모래를 채취하여 XRF와 XRD 분석을 실시하고, 모래의 표면 특징을 알고자 FE-SEM 분석도 수행하였다.
이를 위해 제주도 26개 해안지역의 모래를 채취하여 XRF와 XRD 분석을 실시하고, 모래의 표면 특징을 알고자 FE-SEM 분석도 수행하였다. 그림 1은 26개 지역의 모래 채취 지점과 XRF 분석 결과에 따라서 모래 종류를 구분하여 도시한 결과이다.
본 연구에서 제주도 해안지역에 분포하고 있는 모래 중 화산암의 구성성분이 주를 이루는 규산염 모래인 삼양지역의 모래와 어패류의 구성성분이 주를 이루는 탄산염 모래인 김녕지역의 모래, 그리고 화산암과 어패류의 구성성분이 혼재된 제주외항 지역의 모래에 대해 각각 압축시험을 수행하였다.
압축시험은 표준 고정형 링압밀상자와 대형 고정형링압밀상자를 이용하여 각각 수행하였다. 표준형 외에 대형 압밀상자를 이용한 이유는 모래의 입경이 0.
시험은 상대밀도 50%의 공시체에 대해 실시하였다(그림 3). 중간의 상대밀도를 선택한 이유는 대부분의 제주 해안지역 모래 지반의 퇴적 기간이 오래 되어 50% 이상의 밀도를 가지고 있고, 시간적 경제적인 이유로 50% 상대밀도의 공시체에 대해서 주로 실험을 실시하였다.
압축실험 전 후 모래 입자의 파쇄 정도를 알아보기 위해 입도분포를 재 조사하여 원래 입도분포 곡선과 비교하였다(그림 7). 입도분석 결과 삼양 지역의 모래는 압축시험 전 후의 입도곡선 변화가 거의 없음을 알 수 있다.
Buisman- DeBeer산정식을 이용한 침하량 산정에서는 토질 주상도 지반에 나타난 사질토지반에 대한 표준관입시험의 N 값을 평균하여 사용하였다. 또한 최소 N값에 따른 차이를 알아보기 위해 최소 N값을 사용하여 침하량도 산정하였다(표 5).
이것은 기존의 침하량 산정법인 Schmertmann & Hartman식과 Buisman-DeBeer식의 결과와 비교하기 위함이다. 압밀침하 시험은 상대밀도 75% 공시체에 대해 대형 고정 링 상자를 사용하여 실험을 실시하였다. 상대밀도 75% 공시 체를 선택한 이유는 원지반의 어느 정도 조밀한 상태인 것으로 가정하였고, 모래입자 자체의 변형 외 다른 영향은 배제하기 위해서이다.
실험과 압축시험을 실시하였다. 또한 제주 외항 1 단계 항만시설 축조공사 지역의 계측결과를 활용하여 해당 지역 모래층의 압축특성도 검토하였다. 본 연구로부터 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
대상 데이터
이용하여 각각 수행하였다. 표준형 외에 대형 압밀상자를 이용한 이유는 모래의 입경이 0.1~L0mm 인 점을 감안하여 Scale Effect를 없애주기 위해 안지름 104mm, 높이 34mm인 대형 고정형링압밀상자를 제작하여 사용하였다. 시험은 상대밀도 50%의 공시체에 대해 실시하였다(그림 3).
데이터처리
Buisman- DeBeer산정식을 이용한 침하량 산정에서는 토질 주상도 지반에 나타난 사질토지반에 대한 표준관입시험의 N 값을 평균하여 사용하였다. 또한 최소 N값에 따른 차이를 알아보기 위해 최소 N값을 사용하여 침하량도 산정하였다(표 5).
이론/모형
, 1991; Lee and Salgado, 2002). 본 연구에서는 Schmertamm & Hartman 산정식과 Buisman-DeBeer 산정식을 이용하여 침하량을 산정하였다.
Schmertmann & Hartman식을 이용한 침하량 산정에는 Webb(1969)와 Bowles(1977) 이 제안한 표준관입시 험 N치를 사용한 탄성계수 유추식을 사용하였다. Buisman- DeBeer산정식을 이용한 침하량 산정에서는 토질 주상도 지반에 나타난 사질토지반에 대한 표준관입시험의 N 값을 평균하여 사용하였다.
규산염 모래의 FE-SEM 촬영결과(표 2) 와 확연히 다른 특징을 보이고 있다. SEM 측정 결과 탄산염 모래가 규산염 모래에 비해 작용 하중에 대하여 비교적 약한 성질을 보일 것으로 예측된다.
7). 입도분석 결과 삼양 지역의 모래는 압축시험 전 후의 입도곡선 변화가 거의 없음을 알 수 있다. 반면 김녕과 제주외항의 모래는 시험 후 시험전에 비해 입자의 크기가 감소하였을 알 수 있다.
9m 정도로 얕게 분포하고 있으며 그 아래에 연 암이 존재하는 것으로 나타났다. 1구간에 케이슨을 거치후 약 50일~60일 까지 약 23cm 정도 침하가 발생한 뒤 수렴하는 것으로 나타났으나 200일 후 갑자기 4- 9cm 정도 침하가 추가적으로 발생되었음을 알 수 있다. 이것은 2003년 9월 10일경 제주도를 통과한 태풍 매미의 영향으로 인한 것으로 판단된다.
5m가 모래층으로 분포되어 있다. 계측된 침하량은 34~57cm 정도 발생하였으며 케이슨 거치 후 350일 정도에서 변곡점이 생겨 침하가 수렴하는 것으로 보인다. 그리고 2, 3번 쪽 방양즉 케이슨의 동쪽방향으로 침하가 약 20cm 정도 더 발생되었음을 알 수 있다.
3구간의 경우 케이슨 거치 시점이 다른 구간에 비해 짧아 120일까지 침하 기록만을 보면 약 28cm 정도 침하가 발생되고 있어 2구간과 비슷한 침하경향이 예상된다. 이상의 침하계측 결과를 종합해 보면 일반적으로 사질토 지반의 침하가 즉시침하가 지배적이라는 것과는 상이하게 제주외항 1단계 항만시설 축조공사 지역의 경우 하중 재하 후에도 즉시침하 외 상당시간동안 침하가 지속적으로 발생됨을 알 수 있다. 이것은 제주 외항의 모래층 재료가 탐삼염과 규산염 모래가 혼재된 모래로 입자에 기공이 발달되어 있고 각이 많은 특징에 기인한 결과로 볼 수 있다.
(1) 제주 해안 지역에 분포하고 있는 모래는 XRF 분석 결과를 토대로 규산염 모래(Silicate sand)와 탄산염 모래(Carbonate sand), 그리고 규산염과 탄산염이 혼재된 모래(Mixed sand)로 구분할 수 있다.
(2) XRD 결과를 보면 규산염 모래(삼양)는 주요광물이 Feldspar(장석, K, Na, Ca, Ba(Al, Si)408)과 Quartz가 주성분이며 Calcite가 미량 함유되어 있고, 탄산염 모래(김 녕)는 Calcite와 Analcime이 주를 이루고 있고, 혼재된 모래(제주외항)는 Feldspar과 Calcite가 주를 이루고 그 외에 Analcime, Hamatite, Qarts 등을 미량으로 함유하고 있다
(3) FE-SEM 촬영 결과 규산염 모래(삼양)는 알갱이 표면이 고르고 치밀한 형상을 가지고 있고, 탐삼염 모래(김녕)는 알갱이가 균일 하지 않고 기공이 많이 발달해 있다.
(4) 압축시험 결과 삼양모래인 경우 흐房재하에 따른 초기 압축률이 지배적이나 김녕과 제주 외항 모래인 경우 초기 압축 외에도 추가적인 압축변형이 많이 발생하였으며 압축량도 김녕과 제주외항의 모래가 삼양 모래에 비해 큰 것으로 나타났으며 이는 하중재하에 따른 모래 입자의 파쇄로 인한 입경이 감소와 이에 따른 재배열에 의한 것으로 판단된다.
(5) 제주 외항 모래층에 대한 기존의 경험식에 의해 산정된 침하량은 계측 침하량에 비해 상당히 과소평가된 것으로 나타났다. 그러나 압축침하시험에 의해 산정된 침하량은 실측 침하량과 유사한 결과를 보여주었다.
표준 고정링을 이용한 압축 시험과 대형 고정링을 사용한 두 가지 결과를 같이 도시하였다. 두 시험 결과가 매우 유사한 결과를 보이지만 대형 고정 링 실험 결과가 표준 고정링 실험 결과에 비해 압축 경향(압축지수 값)이 약간 크게 나타나고 있음을 알 수 있다(그림 5). 실험에 사용된 모래의 입경을 고려했을 때 표준 고정링 시험 보다는 대형 고정링 시험 결과가 좀 더 정확한 값을 제시할 것으로 판단된다.
후속연구
두 시험 결과가 매우 유사한 결과를 보이지만 대형 고정 링 실험 결과가 표준 고정링 실험 결과에 비해 압축 경향(압축지수 값)이 약간 크게 나타나고 있음을 알 수 있다(그림 5). 실험에 사용된 모래의 입경을 고려했을 때 표준 고정링 시험 보다는 대형 고정링 시험 결과가 좀 더 정확한 값을 제시할 것으로 판단된다. 대형 고정 링 실험에 의한 압축량을 비교 해보면 삼양 지역의 모래는 공 시체 높이의 약 3.
(6) 추후 제주 지역에서의 대규모 항만 공사 시 기존의 탄성 침하량 공식을 이용한 예측은 제주도 모래의 성분 및 형성 기원에 따른 특성이 고려되지 않아 침하량이 과소평가 될 우려가 있으므로 압축시험을 이용한 예측이 타당할 것으로 판단된다.
시간별(t)로 측정이 가능하면 기존의 압밀계수 식(#) 을 이용하여 역으로 압밀계수 값을 산정할 수 있을 것이다. 이 부분에 대한 연구는 추가적인 실험을 통하여 추후 그 가능성을 검증하고자 한다.
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