본 연구는 사질토로 준설매립된 지반의 액상화 평가를 위해 반드시 요구되는 초기 밀도특성을 분석하였고, 국내 내진 설계기준에서 제시한 SPT-N을 이용한 액상화 간편예측 방법의 문제점을 분석하여 개선방안을 제시하였다. 기존 시공사례를 토대로 매립 직후 준설매립지반의 밀도특성을 분석한 결과, 상대밀도와 초기 N값은 대체로 각각 $40{\sim}50%,\;5{\sim}8$의 범위에 분포하였다. 액상화 간편예측에 있어서 유효상재압 보정의 Liao & whitman식은 항상 지진에 취약한 상부층이 하부층보다 액상화 저항응력이 크게 산정되어 Skempton식의 적용이 추천된다. 또한, 설계단계에서 준설매립 지반의 심도별 N값을 산정할 경우에는, 유효응력에 따른 N값의 변화를 나타내는 누승함수 $N=1.35{\sigma}^{'0.75}$를 이용하여 액상화 간편예측을 실시할 것을 추천한다.
본 연구는 사질토로 준설매립된 지반의 액상화 평가를 위해 반드시 요구되는 초기 밀도특성을 분석하였고, 국내 내진 설계기준에서 제시한 SPT-N을 이용한 액상화 간편예측 방법의 문제점을 분석하여 개선방안을 제시하였다. 기존 시공사례를 토대로 매립 직후 준설매립지반의 밀도특성을 분석한 결과, 상대밀도와 초기 N값은 대체로 각각 $40{\sim}50%,\;5{\sim}8$의 범위에 분포하였다. 액상화 간편예측에 있어서 유효상재압 보정의 Liao & whitman식은 항상 지진에 취약한 상부층이 하부층보다 액상화 저항응력이 크게 산정되어 Skempton식의 적용이 추천된다. 또한, 설계단계에서 준설매립 지반의 심도별 N값을 산정할 경우에는, 유효응력에 따른 N값의 변화를 나타내는 누승함수 $N=1.35{\sigma}^{'0.75}$를 이용하여 액상화 간편예측을 실시할 것을 추천한다.
In this study, the analysis of density characteristics of some dredged and reclaimed ground sites, which is necessary for liquefaction evaluation of a dredged and reclaimed ground, was conducted. From analyzing a simplified liquefaction potential evaluation using SPT-N values which have been applied...
In this study, the analysis of density characteristics of some dredged and reclaimed ground sites, which is necessary for liquefaction evaluation of a dredged and reclaimed ground, was conducted. From analyzing a simplified liquefaction potential evaluation using SPT-N values which have been applied as domestic earthquake-resistant design criterion, improvement scheme is suggested. Based on the analysis result of density characteristics, it was found out that the relative density and the intial N-value ranged respectively $40{\sim}50%\;and\;5{\sim}8$. In the case of applying Liao & Whitman's equation to correct effective overburden pressure, liquefaction resistance of the upper ground that is relatively weaker than that of lower ground is overestimated. So, Skempton's equation is recommended. And the N value with depth which is applied for design process should be estimated by the exponential equation, $N=1.35{\sigma}'^{0.75}$.
In this study, the analysis of density characteristics of some dredged and reclaimed ground sites, which is necessary for liquefaction evaluation of a dredged and reclaimed ground, was conducted. From analyzing a simplified liquefaction potential evaluation using SPT-N values which have been applied as domestic earthquake-resistant design criterion, improvement scheme is suggested. Based on the analysis result of density characteristics, it was found out that the relative density and the intial N-value ranged respectively $40{\sim}50%\;and\;5{\sim}8$. In the case of applying Liao & Whitman's equation to correct effective overburden pressure, liquefaction resistance of the upper ground that is relatively weaker than that of lower ground is overestimated. So, Skempton's equation is recommended. And the N value with depth which is applied for design process should be estimated by the exponential equation, $N=1.35{\sigma}'^{0.75}$.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 간편예측법에 의한 액상화 반복저항응력비 산정에 있어서, Liao & Whitman(1986)식대신 Skempton(1986)식 중 정규압밀된 세립질 모래에 적용하는 식 (3)을 유효상재압 보정에 적용할 것을 제안하고자 한다. 다음은 흙의 응력이력 및 입경에 따라 유효상재압 보정계수를 산정하는 Skempton(1986)식을 나타내고 있다.
또한, SPT-N값(Seed et al, 1985)을 이용한 액상화 간편예측시 실시되는 N값에 대한 유효상재압 보정 방법의 문제점을 분석하여 개선방안을 제시하고자 한다.
매립방법에 따른 상대밀도 분포에 대해 국내 시공사례로 제시되어 있는 자료는 극히 적은 상태이므로 해외 시공 시 제시된 준설매립 직후의 상대밀도 특성에 대해 소개하고자 한다. Shen & Lee(1994)에 의해 홍콩 준설 매립 현장 기준으로 제시된 상대밀도는 시공방법에 따라 수상교통 다짐에 의해 상대밀도 80%, 수중 Hopper Dumping 공법에 의해 상대밀도 35~65%, 수중 Hydraulic Fill 공법에 의해 상대밀도 25-55% 범위에서 분포하는 것으로 나타났다.
본 논문에서는 준설매립 직후의 초기특성에 초점이 맞추어져 있으므로 개량 전의 특성에 대해 나타냈다. 개량 전 심도별 N값은 지하수위 4~5m를 기준으로 그 이하는 상당히 낮은 값을 보였으나, 그 이상의 2m 정도는 모세관 현상에 의한 겉보기 Suction이 작용하여 높은 값을 보인다고 하였다.
본 연구에서는 준설매립지반의 액상화 평가를 위해, 매립지반의 초기밀도특성을 기존 국내외 시공사례를 토대로 분석하였고, 국내 설계 여건을 고려하여 국내 내진설계 기준에 제시된 액상화 간편예측 방법에 대한 개선방안을 다음과 같이 제시하였다.
제안 방법
각각의 방파제마다 다시 4구역으로 나누어표준관입시험을 실시하였으며, 이 구역들의 평균 매립두께는 9~15m 이고, 준설 매립재료는 통일분류법상 SP로 분류되었다. 군장신항의 경우와 마찬가지로 심도가 깊어질수록 N값의 증가 경향이 뚜렷하였고, 심도별 N값은 5~10 정도의 범위에서 분포하는 것으로 나타나, 이 역시 군장신항의 경우와 비슷한 분포를 특성을 보였다.
05를 적용하도록 한 수정 도표를 제시하였다. 또한, Iwasaki 등(1978)은 진동삼축시험을 토대로, 평균입경 D5。과 세립분 함유량 40% 기준을 고려한 간편식을 제시하였다. 이 때 액상화 안전율은 지진시의 전단응력비와 지반의 액상화 저항응력비를 비교함으로써 산정하게 되며, 지진 시 발생하는 전단응력비는 설계가속도와 동적 특성치를 토대로 한 지진응답해석을 통하여 산정하게 된다.
따라서, 본 연구에서는 준설매립지반의 밀도 특성에 대해 국내외의 기존시공사례를 토대로 밀도특성 및 심도별 초기 N값에 대한 분석을 실시하여 적용방법을 제안하였다. 또한, SPT-N값(Seed et al, 1985)을 이용한 액상화 간편예측시 실시되는 N값에 대한 유효상재압 보정 방법의 문제점을 분석하여 개선방안을 제시하고자 한다.
국내의 경우는 그 값의 분포도 일정한 경향을 나타내었으며 심도에 따른 N값은 대체적으로 그 증가의 경향이 뚜렷이 나타났다. 본 연구에서는 심도에 따른 초기상대 밀도를 산정하기 위하여 상대밀도와 N값과의 상관관계를 이용하였다.
부산신항의 방파제 시공을 위하여 준설매립 공사가 시행되었고, 시공 직후 동방파제 지역과 서방파제 지역에 대하여 표준관입시험을 실시하여 초기 매립 특성을 조사하였다. 각각의 방파제마다 다시 4구역으로 나누어표준관입시험을 실시하였으며, 이 구역들의 평균 매립두께는 9~15m 이고, 준설 매립재료는 통일분류법상 SP로 분류되었다.
유효상재압 보정에 대해 Liao & Whitman(1986)식과 Skempton(1986)식을 비교분석하기 위하여 부산신항 2-3 단계 컨테이너 부두 축조공사에 대한 준설매립지반을 대상으로 매립심도 20m 지역에 대한 액상화 발생 가능성을 검토하였다. 그림 9는 준설토의 입도분포곡선으로 #200 체 통과량은 1.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 그림 6의 국내 준설매립현장의 심도별 N값 분포를 분석하였다. 이때, 심도에 따른 N값이 증가하는 경향을 나타내면서, 결정계수 R2 값이 가장 높게 산정되도록 분산된 N값들에 대해 필터링하여 누승함수식 (6)을 산정하였다.
된다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여, 그림 6의 국내 준설매립현장의 심도별 N값 분포를 분석하였다. 이때, 심도에 따른 N값이 증가하는 경향을 나타내면서, 결정계수 R2 값이 가장 높게 산정되도록 분산된 N값들에 대해 필터링하여 누승함수식 (6)을 산정하였다.
준설투기방법에 의해 조성된 초기 부지의 상태가 심도에 따라 어떠한 N값 분포 경향을 보이는지 파악하기 위하여, 국내 준설매립현장 인천 송도신도시, 군장 신항 컨테이너 부두 배후부지 조성공사, 부산동파제 및 서방파제 축조공사, 영종도에서 실시된 실측결과를 조사하였다
대상 데이터
군장신항 남측안벽 컨테이너 부두 배후부지 조성공사를 위해 준설매립이 실시되었다. 평균 매립두께는 대략 9m, 지하수위는 약 l~2m에 위치하며, 준설토는 송도지역과 마찬가지로 통일분류법상 SP 또는 SM으로 분류되었다.
준설매립이후 심도별 지반특성을 파악하기 위하여, West KowIoon(CSI), Tin Shui Wai(TSW), Tseung Kwan O(TKO)의 3곳에서 표준관입시험이 실시되었다. 준설매립토의 두께는 각각 25m, 6m, 16m, 지하수위는 각각 9.
준설매립토의 두께는 각각 25m, 6m, 16m, 지하수위는 각각 9.5m, 4m, 4m에 위치하였다. 매립재료의 세립분 함유율은 5% 미만으로 통일분류법상 SW로 입도분포가 매우 양호하지만 액상화저항에 대해서는 불리한 조건의 입도 분포를 보였다.
이루어졌다. 지하수위는 심도 Im에 위치하며, 준설 매립재료는 연구대상이 되는 통일분류법상의 SM에 해당되었다. 심도별 N값의 분포 범위는 5~ 12이며, 역시 심도가 깊어질수록 N값이 증가하는 경향을 나타냈다(Mayne 등, 1984).
이론/모형
" data-ocr-fix="">있는 실정이다. 따라서, SPT-N값을 이용한 액상화 간편예측시적용되는 유효상재압 보정에 대해 Skempton(1986) 식을 적용할 것을 추천한다.
투기하는 방법으로 매립이 이루어졌다. 심도 8m까지는 Hydraulic Fill 방법을, 그 이하는 Hopper Dumping 방법을 적용하였다. 그리고, 매립재료는 통일분류법상 SM에 해당되는 준설토가 투기되었다.
여기서, Cn = 보정계수, a/ = 유효상재입Xtf/mZ) 그림 9는 Liao & Whitman(1986)식과 Skempton(1986) 식을 비교하여 나타낸 것이며, 그 중에서도 Skempton (1986)식은 정규압밀된 세립질 모래에 대한 식 (3)을 이용하였다. 두 식은 0.
성능/효과
(3) 설계단계에서 SPT-N값을 이용하여 준설 매립지반의 액상화 간편예측을 수행할 때, 실측결과를 토대로 산정된 유효응력에 따른 N값의 변화를 나타내는누승함수, N= L35b'"의 적용은 유용할 것으로 판단된다. 본 논문에서 제시된 누승함수식은 원지반 조건이 아닌 준설매립방법에 의해 조성된 지반 조건을 기준으로 통일분류법상 SW, SM 등 비교적 세립 분 함유량이 적은 지반에 대해 적용되어야 할 것이다.
(1) 기존시공사례를 토대로 매립 직후 준설매립지 반의 밀도 특성에 대해 통계분석을 실시한 결과, 매립방식에 따른 차이는 있지만, 대략의 초기 N값과 상대 밀도는 각각 5~8, 40-50% 범위에서 분포하였다. (2) Liao & Whitman。986)식을 적용하여 액상화 간편 예측을 수행할 경우, 지진 발생시 상대적으로 취약한 상부층에서의 액상화 반복저항응력비가 매우 크게 산정되는 경향을 나타내므로, 이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 N값에 대한 유효상재압 보정에 있어서 상부층과 하부층의 편차가 크게 나타나지 않는 Skempton(1986)식을 적용할 것을 추천한다.
국내의 경우는 그 값의 분포도 일정한 경향을 나타내었으며 심도에 따른 N값은 대체적으로 그 증가의 경향이 뚜렷이 나타났다. 본 연구에서는 심도에 따른 초기상대 밀도를 산정하기 위하여 상대밀도와 N값과의 상관관계를 이용하였다.
각각의 방파제마다 다시 4구역으로 나누어표준관입시험을 실시하였으며, 이 구역들의 평균 매립두께는 9~15m 이고, 준설 매립재료는 통일분류법상 SP로 분류되었다. 군장신항의 경우와 마찬가지로 심도가 깊어질수록 N값의 증가 경향이 뚜렷하였고, 심도별 N값은 5~10 정도의 범위에서 분포하는 것으로 나타나, 이 역시 군장신항의 경우와 비슷한 분포를 특성을 보였다. 그림 3(c)와 그림3(d)에 나타낸 심도별 N값 분포는 지하 수위 아래에서 측정된 결과이다(부산신항 동.
그림 7은 N값에 따른 확률밀도함수를 나타내며, 이롤 통해 매립 직후의 초기 N값은 5~8 사이에서 분포함을 알 수 있다. 따라서 통일분류법상 SP나 SM으로 분류되는 준설 매립재료를 이용하여 준설 매립된 지반의 액상화 평가, 즉 간편 및 상세예측을 수행하는데 있어서 지반의 초기 매립특성을 산정할 때, 통계분석을 실시한 결과, 초기 N값은 5~8, 상대밀도 40~50%가 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
5m, 4m, 4m에 위치하였다. 매립재료의 세립분 함유율은 5% 미만으로 통일분류법상 SW로 입도분포가 매우 양호하지만 액상화저항에 대해서는 불리한 조건의 입도 분포를 보였다. 수상조건에서의 N값 분포는 15-35, 수중조건에서의 N값 분포는 5~40 범위로 전체적으로 심도별 N값의 편차가 큰 결과를 나타냈다(Shen 등, 1994).
심도에 따른 초기 N값에 대한 분석에서 대체적으로국외의 시공현장은 N값의 편차가 상당하였으나, 대체적으로 심도가 깊어지면서 N값이 커지는 경향을 보였다. 국내의 경우는 그 값의 분포도 일정한 경향을 나타내었으며 심도에 따른 N값은 대체적으로 그 증가의 경향이 뚜렷이 나타났다.
Shen & Lee(1994)에 의해 홍콩 준설 매립 현장 기준으로 제시된 상대밀도는 시공방법에 따라 수상교통 다짐에 의해 상대밀도 80%, 수중 Hopper Dumping 공법에 의해 상대밀도 35~65%, 수중 Hydraulic Fill 공법에 의해 상대밀도 25-55% 범위에서 분포하는 것으로 나타났다. 이를 통해 수중 Hydraulic Fill 공법보다 Hopper Dumping 공법에 의해 조성된 준설매립부지의 상대 밀도가 대략 10% 정도 크게 산정되는 것을 알 수 있다. 이를 토대로 대부분의 경우 수중 Hydraulic Fill 방법을 통해 준설매립을 하고 있는 국내 실정을 감안한다면, 국내 준설매립지반의 초기 상대밀도가 상당히 낮게 분포할 것이라는 것을 예측할 수 있다.
이와 같은 결과를 분석해보면 실제 준설투기에 의해 조성된 부지의 현장상태를 고려할 경우, 유효상재압 효과 때문에 심도가 깊어질수록 N값이 증가하는 경향을 나타내지만, 매립지반의 심도별 상대밀도는 거의 동일한 값을 갖게 된다. 따라서 심도에 따른 일률적 N값 적용은 지반 상부층에서 상대밀도를 과다하게 평가함으로써 액상화 저항력 生한 과다평가한다고 할 수 있다.
이후에, 실내시험을 바탕으로 한 연구를 통해서, N값은 유효상재압에 의해 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다. 따라서, Gibbs와 Holtz(1957)는 Calibration Chamber Tests를 기준으로, N값과 유효상재압을 이용하여 상대밀도를 산정하는 식을 제시하였다.
후속연구
(4) 액상화 상세예측에 수행되는 반복삼축시험 결과에 의한 각각의 상대밀도와 세립분 함유량에 따라 산정된 액상화 반복저항응력비의 데이터베이스를 구축하여, SPT-N값에 의한 액상화 간편예측 방법과 같이 액상화 발생가능성을 간편하게 평가할 수 있는 방법이 향후 지속적인 연구를 통하여 제시되어야 할 것이다.
본 논문에서 제시된 누승함수식은 원지반 조건이 아닌 준설매립방법에 의해 조성된 지반 조건을 기준으로 통일분류법상 SW, SM 등 비교적 세립 분 함유량이 적은 지반에 대해 적용되어야 할 것이다.
시공 전.후의 지반물성값에 대한 데이터베이스를 확보하여 차후 유사한 항만공사가 있을 경우 이를 설계 자료로 활용하여 내진설계의 신뢰성을 향상시키는 방안이 필요할 것이다.
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