[논문]매립재로서 포항지역 이암의 유용성에 관한 연구

이규환; 정대석; 양태선

doi:10.7843/kgs.2007.23.8.149

[국내논문] 매립재로서 포항지역 이암의 유용성에 관한 연구
A Study on the Availability of Pohang's Mudstone as a Reclamation Material 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.23 no.8, 2007년, pp.149 - 158

이규환 (건양대학교 건설시스템공학과) , 정대석 (중부대학교 토목공학과) , 양태선 (김포대학 건설정보과)

초록
AI-Helper

최근 들어 포항지역에서 매립이나 도로성토를 위한 양질의 재료 취득이 점점 더 어려워지고 있다. 따라서 이암을 도로나 항만 등의 공사에서 성토재료나 매립재로 활용하려는 시도가 진행되고 있다. 그러나 이암을 매립재로 활용한 예가 없으며 또한, 이암을 이용한 매립지반의 거동 특성에 대해 명확하게 밝혀지지는 않았다. 이암을 매립재료로 활용하기 위해서는 이암의 흡수, 연화, 슬레이킹등의 거동특성을 파악하여 향후 발생할 수 있는 침하나 강도저하등에 대한 명확한 정보를 파악해야 한다. 그러나 이에 대한 이암의 공학적 특성이 명료하지가 않다. 본 연구에서는 이암을 도로 기초나 항만 등의 성토나 매립재료로 사용시 그 적합성을 실내시험과 시험시공을 통해 파악코자 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, the selection of procurement material for reclamation or road at Pohang area is getting harder. so, it is attempted that mudstones are used for road base material and harbor reclamation. But there is no example that use mudstone to reclamation and the features of the reclaimed land using mudstones have not been made clear yet. We will make clear these features-especially the water absorption and softening, slaking behavior and the geological mechanism, so we will obtain the method to forecast a land subsidence and a decline of land strength. In this study, we examined the adaptedness judgment of mudstones as a reclamation material for road basis material or harbor reclamation material through the laboratory test and pilot test.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 이 암을 이용하여 도로 기초나 항만 매립재료로 사용토록 설계되어 있는 과업에서 매립재료로서의 이암을 적정성 여부를 실내시험 및 현장시험을 통하여 규명하고자 하였다.
그러나 대단위 항만 매립공사에서 매립재료 원 취득의 한계, 공사 기간에 제한 등의 문제로 인하여 과업 대상 지역에서 인접한 지역에 풍부한 이암을 매립재료로 활용하기 위한 방안으로 국내 최초로 이 암을 이용한 시험 성토를 하였다. 표 4는 매립토로 사용된 재료에 대한 실내 토성시험 결과와 시방에서 제시된 기준치를 나타내고 있다.
본 연구에서는 포항지역을 이 암을 가지고 실내시험 및 시험성토를 하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
특히, 이암을 매립재료로 사용하는 경우 장기 침하 특성에 대한 규명이 어려우므로 이에 대한 지속적인 연구가 요망된다. 이에 국내에서는 처음으로 시행된 이암을 이용한 시험시공 현장에 대한 지속적인 연구 관찰을 통하여 이 암의 활용성을 높이고자 한다.

제안 방법

매립재료 원으로 사용될 토취장 부지에서 실행된 보오링 주상도와 시추에서 얻어진 시료를 분석하여 보았다. 토질조사 보고서에 제시된 시추 주상도에 의하면 표토층-잔류토층-풍화암층-연암층의 순서로 지층이 구성되어 있다.
토취장 예정구역의 이암시료에 대한 매립 재로 서의 적정성 여부를 판단하기 위하여 비중시험, 액·소성시험, 흡수율시험, 점 하중 강도시험 등을 비롯한 일련의 실내시험을 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다.
이 암의 붕괴 상황의 관찰을 위해서 침수 붕괴 시험을 하였다. 침수붕괴 시험 방법은 토취장에서 채취된 이암을 비이커에 닮아 110℃의 노 건조기에서 24시간 건조시킨 후, 24시간 침수시킨다.
침수붕괴 시험 방법은 토취장에서 채취된 이암을 비이커에 닮아 110℃의 노 건조기에서 24시간 건조시킨 후, 24시간 침수시킨다. 이 과정이 1사이클로 같은 공정을 5사이클 되풀이하여 각 사이클 종료시의 붕괴상황을 관찰하였다. 고 결정도가 약한 시료의 경우 수침 후 바로 토사 화 되는 현상을 나타내어 사이클을 되풀이할 수 가 없었다.
× 40m 폭에 대해 실시하였다. 또한, 도로 노상, 노체 재료로의 적합성을 판단하기 위해 그림 6(b) 와 같이 4개의 구간으로 나누어 다짐을 실시한 후 현장 들 밀도 시험을 통하여 성과 분석을 하였다. 구간별 다짐조건과 현장 밀도 시험결과는 다음 표 5와 같다.

대상 데이터

그림 3(b)는 토취장 지역의 대부분을 차지하고 있는 이암으로 지반조사 보오링공 B-2(12.5m)에서 채취한 샘플을 이용하였다. 대표적인 미고결 이암으로 보오링 주상도상 연암으로 판정되어 있지만 강도가 상당히 작고 손으로도 파쇄되는 점토가 주성분인 시료를 이용하였다.
5m)에서 채취한 샘플을 이용하였다. 대표적인 미고결 이암으로 보오링 주상도상 연암으로 판정되어 있지만 강도가 상당히 작고 손으로도 파쇄되는 점토가 주성분인 시료를 이용하였다. SEM 이미지 분석에서도 알 수 있듯이 점토광물에서 일반적으로 나타나는 판상의 구조형태를 보여주고 있다.
그림 5는 성토 제로 사용된 시료에 대한 체가름 시험 결과로 가장 큰 체는 75mm 채를 사용하였다. 그림 5에서 알수 있듯이 입도 분포가 양호한 시료를 사용하여 시험매립을 하였다.

성능/효과

미고결 이 암의 특성상 지중에서는 N치나 TCR, RQD 등 암반의 특성을 나타내는 값들이 상당히 양호하게 나타나지만 미고결 이 암이 시추되어 지표상에 들어나게 되면 실제 지반조사에서 연암으로 판정된 암석들도 급격히 강도가 저하하거나 물과 접촉하면 연약화 되는 특성이 있다. 토취장 시추 시료에 대한 분석 결과 깊이에 따라 이 암의 강도 특성이 매우 달라지는 경향을 보이는 것을 파악할 수 있었다. 깊이에 따라 암석의 강도가 증가하는 일반적인 지층 형상과는 달리 상, 하부에 걸쳐 고 결정도가 다른 암이 서로 교호하여 존재하는 것을 확인 할 수 있었다.
토취장 시추 시료에 대한 분석 결과 깊이에 따라 이 암의 강도 특성이 매우 달라지는 경향을 보이는 것을 파악할 수 있었다. 깊이에 따라 암석의 강도가 증가하는 일반적인 지층 형상과는 달리 상, 하부에 걸쳐 고 결정도가 다른 암이 서로 교호하여 존재하는 것을 확인 할 수 있었다.
채취 시료에 대한 기본 물성시험 결과 함수비는 33.9~69.1%, 비중은 2.67~2.70, 액성한계는 59.7~94.5%, 소성지수는 16.2~37.7%로 나타났으며 통일분류법상 점토 및 모래 섞인 실트(MH)로 분류되었다. 토취장 예정 구역의 시료상자에서 샘플링한 시료에 대해 노건조 후손과 해머를 이용하여 분쇄한 후 #200체를 이용하여 씻기 시험을 한 결과 3가지 시료 모두 #200체 통과율이 95% 이상으로 나타났다.
7%로 나타났으며 통일분류법상 점토 및 모래 섞인 실트(MH)로 분류되었다. 토취장 예정 구역의 시료상자에서 샘플링한 시료에 대해 노건조 후손과 해머를 이용하여 분쇄한 후 #200체를 이용하여 씻기 시험을 한 결과 3가지 시료 모두 #200체 통과율이 95% 이상으로 나타났다. 또한, #200체 잔류시료를 가지고 노 건조한 후 육안과 냄새로 관찰한 결과 유기질의 재 성분이 다량 함유되어 있었다.
토취장 표층에서 채취된 8개의 시료에 대한 흡수율시험 결과 모두 흡수율이 50%를 상회하였으며 그 중 2개 시료는 수침 후 바로 토사 화 되는 현상을 보여 주었다. 표 2는 토취장 예정부지에서 채취된 이암시료에 대한 흡수율시험 결과로 보오링 주상도 상에서는 전부 이 암으로 분류가 되었지만 흡수율은 40%이상으로 크게 나타났다.
표 2는 토취장 예정부지에서 채취된 이암시료에 대한 흡수율시험 결과로 보오링 주상도 상에서는 전부 이 암으로 분류가 되었지만 흡수율은 40%이상으로 크게 나타났다. 흡수율은 암석의 풍화 정도에 따라 그 정도가 달라지지만 풍화가 심한 경우 수침과 동시에 암석이 간극 속으로 물을 흡수하면서 기포 발생과 함께 토사화되는 현상을 보였다.
풍화 정도가 심한 경우에는 약 3일 경과 후에 시험 막대로 휘져었을떄 입자처럼 분리되었다. 풍화 정도가 심하지 않은 암편도 건조 습윤 반복에 의해 약 30일 경과 후에는 암석의 표면이 많이 연약화 되어 손톱으로 표면을 긁었을 때 실트나 점토질 입자들이 분리됨을 관찰할 수 있었다.
지반조사 결과 토취장 지역에 존재하는 이암은 포항지역에 풍부하게 존재하는 신생대 제3기 퇴적 이암으로 굴착된 후 이 암 쇄석의 퇴적물은 흡수에 의해 연화하고 최종적으로 점토 화 하는 경향을 보여 주었다. 이러한 현상을 슬레이킹 현상이라고 한다.
무기질의 흙은 유기질의 무게로 2% 이하인 흙을 말한다. 둘째, 액성한계 50% 미만, 소성한계 25% 미만, 건조밀도 1.5t/m³ 이상, 간극률 42% 미만인 흙을 사용하며 흡수성, 팽창성 및 압축성이 큰 흙과 부식물을 함유한 흙등을 사용해서는 안 되는 것으로 명시되어 있다. 일반적으로 적용되는 성토재료로서의 시방기준은 다음 표 3과 같다.
구간별 현장 밀도시험 결과 다짐 부위의 다짐도가 노체 90%, 노상 95%가 확보될 수 있는 다짐횟수와 시방의 다짐두께를 확보할 수 있는 포설 두께로 시험 성토하여 분석한 결과 노체의 경우 다짐 횟수 15회, 다짐두께 30cm, 노상의 경우 다짐 횟수 20회, 다짐 두께 20cm로 나타났다. 그러나 시험시공 구역의 노체구간을 진동로울러로 층 다짐을 한 후 들밀도 시험을 하여 만족한 결과를 얻었으나 그림 7 및 8에 나타난 것과 같이 우천 후 다짐 표면에 스펀지 현상이 발생하였으며 백호로 다짐 구간에서 스펀지 현상이 발생한 곳을 치환하려고 굴착한 결과 표면의 물을 모두 흡수한 상태로 다짐이 풀어 진현상을 파악할 수 있었다.
그러나 시험시공 구역의 노체구간을 진동로울러로 층 다짐을 한 후 들밀도 시험을 하여 만족한 결과를 얻었으나 그림 7 및 8에 나타난 것과 같이 우천 후 다짐 표면에 스펀지 현상이 발생하였으며 백호로 다짐 구간에서 스펀지 현상이 발생한 곳을 치환하려고 굴착한 결과 표면의 물을 모두 흡수한 상태로 다짐이 풀어 진현상을 파악할 수 있었다. 즉, 다짐 직후에는 노체나 노상 토로서 만족할 만한 결과를 나타냈지만 이암 매립토에 물이 침투한 후 이 암 특유의 공학적인 특성으로 인하여 노체나 노상 토로 부적합한 성질을 나타냄을 알 수 있었다.
그러나 시험시공 구역의 노체구간을 진동로울러로 층 다짐을 한 후 들밀도 시험을 하여 만족한 결과를 얻었으나 그림 7 및 8에 나타난 것과 같이 우천 후 다짐 표면에 스펀지 현상이 발생하였으며 백호로 다짐 구간에서 스펀지 현상이 발생한 곳을 치환하려고 굴착한 결과 표면의 물을 모두 흡수한 상태로 다짐이 풀어 진현상을 파악할 수 있었다. 즉, 다짐 직후에는 노체나 노상 토로서 만족할 만한 결과를 나타냈지만 이암 매립토에 물이 침투한 후 이 암 특유의 공학적인 특성으로 인하여 노체나 노상 토로 부적합한 성질을 나타냄을 알 수 있었다.
(1) 포항지역에 분포하는 이 암은 그 구성광물의 성분은 비슷하지만 고결된 이암층과 미고결 이암층이 불규칙적으로 복잡하게 분포되어 있음을 알 수 있었다. 따라서 특정지역과 특정 심도에서 채취된 이암의 시험 결과를 가지고 포항지역 전체 이 암의 물리적 공학적 특성을 대표하기는 매우 어렵다고 판단된다.
(2) 포항지역의 이 암을 도로나 항만의 성토나 매립재료로 사용하는 경우, 국부적인 위치에서 얻은 시험 결과보다는 전체적인 경향을 나타낼 수 있는 토취장영역 전 심도에 대한 샘플링 자료 등을 가지고 매립재료로서의 적합성 유무를 판단해야 한다.
(3) 현재까지 나타난 이 암 매립재에 대한 시험시공 결과, 이암 매립지반의 침하량 산정을 위해 사석매립시 사용되는 침하량 산정 식을 적용할 수 없고 새로운 산정식을 개발해야 함을 알 수 있었다.
(4) 이 암을 매립 후 다짐시험을 통해서 노체나 노상 재료로서 시방기준을 만족하는 것으로 나타났으나 우천으로 인해 물이 흡수되는 경우, 스펀지 현상등 다짐도가 현격히 감소하는 것으로 나타났다.
표 2는 토취장 예정부지에서 채취된 이암시료에 대한 흡수율시험 결과로 보오링 주상도 상에서는 전부 이 암으로 분류가 되었지만 흡수율은 40%이상으로 크게 나타났다. 흡수율은 암석의 풍화 정도에 따라 그 정도가 달라지지만 풍화가 심한 경우 수침과 동시에 암석이 간극 속으로 물을 흡수하면서 기포 발생과 함께 토사화되는 현상을 보였다. 풍화 정도가 심한 경우에는 약 3일 경과 후에 시험 막대로 휘져었을떄 입자처럼 분리되었다.

후속연구

(5) 이 암 재료의 경우우, 성토 후 시방기준 이상의 침하를 허용할 수 있는 구조물을 제외하고는 이암매립 성토재료에 대한 관찰을 통하여 매립재로서의 적합성 여부에 대한 검증 후 매립재로의 사용이 요구된다. 특히, 이암을 매립재료로 사용하는 경우 장기 침하 특성에 대한 규명이 어려우므로 이에 대한 지속적인 연구가 요망된다.
요구된다. 특히, 이암을 매립재료로 사용하는 경우 장기 침하 특성에 대한 규명이 어려우므로 이에 대한 지속적인 연구가 요망된다. 이에 국내에서는 처음으로 시행된 이암을 이용한 시험시공 현장에 대한 지속적인 연구 관찰을 통하여 이 암의 활용성을 높이고자 한다.

참고문헌 (31)

강한욱, 곽현준, 정한중, 김영근 (2001), '이암의 공학적 특성과 이암층에서의 터널시공사례', 한국터널공학회지 터널기술, Vol.3 No.4, pp.99-113
김광식, 김교원 (2003), '포항분지 제3기 두호층 이암의 크리프 거동', 지질공학회, Vol.13, No.2, pp.227-238
김영수 (2002), '셰일의 이방성 파괴 특성', 한국지반공학회지, 제17권 2호, pp.13-20
김영수, 김병탁, 이상웅, 김대만 (1997), '이암 풍화토지반에 관입된 강관 단일말뚝의 수평거동 연구', 대한토목학회 학술발표회 논문집
서울대학교 에너지 자원 신기술연구소 (1994), 포항지역 이암의Creep 특성에 관한 연구 보고서, pp.1-100
엄상호, 이동우, 박봉순 (1964), 한국지질도 포항도폭 및 설명서, 국립지질조사소
영남대학교 토목공학과 (2005), 포항 영일만 신항개발(1-1단계) 민간 투자사업 중 매립재로서의 이암의 공학적 특성보고서, pp.1-80
이승재, 노상림, 윤지선 (2001), '포항지역- Mudstone 및 대구지역-Black Shale의 물리, 역학적 특성에 관한 연구', 한국자원공학회지, Vol.38, No.4, pp.310-315
이영휘 (1996),'포항이암층의 슬레이킹, 팽창 및 전단강도특성', 한국지반공학회논문집, Vol.12, No.2, pp.33-42
이영휘,우문정, 정윤태 (1993), '포항이암의 Slaking 및 팽창특성', 한국지반공학회 사면안정위원회 학술발표회집 제2집, pp.153-166
이유대 (1988), '한국 포항분지 신 제3기층의 연구', Jour. Geol. Soc. Korea, 24, pp.16-30
윤지선 (1991), 암석 암반의 조사와 시험, 구미서관
정태종 (1996), '의성 소분지에 분포하는 백악기 사암의 크리프 시험', Jour, Korean Earth Science Society, Vol.17, No.2, pp.109-118
포항시 건설환경사업소 (2005), 포항신항만 배후지방산업단지 조성사업 토질조사보고서, pp.1-77
포항영일만주식회사 (2005),포항영일만 신항개발(1-1단계)민간 투자시설사업 실시설계 보고서, 제2권 지반조사편, pp.1-180
포항영일만 주식회사 (2005), 포항영일만 신항개발(1-1단계) 민간 투자시설사업 실시설계 보고서, 제1권 토목부분 실시설계, pp.1-180
한국지반공학회 암반위원회 학술세미나 논문집 (2002), 이암1셰일의 공학적 특성 및 문제, pp.20-120
한종관, 곽영훈, 손진담 (1986), 한국동남부지역 제3기 퇴적분지 내의 지체구조 발달 및 퇴적환경연구, 한국동력자원연구소, 연구보고서 KR-86-(B)-8. pp.76
Franklin, J.A and Chandra, A. (1972), 'Slake-durability Test', Int. Jl Rock Mechinics and Mining Science, Vol.9, pp.325-341

상세보기
Griggs, D. T. (1936), 'Deformation of rocks under high confining pressure', J. Geol., 44, pp.541-577

상세보기
Hardy, H. R. (1959), 'Time dependent deformation and failure of geological materials', Proc. 3rd Symp. Rock Mech., Golden, Colo., pp.135-l75
Hardy, H. R., Jr., Kim, R. Y., Stefanko, R., and Wang, Y. J. (1970), 'Creep and micro-seismic actirnity in geological materials', Proceedings, 11th Symposium on Rock Mechanics (AlME), pp.377-414
Kaiser P. K. and Morgenstern N. R. (1981), 'Phenomenological model for rock with time-dependent strength', Int. J. Rock Mech. Mim. Sci., 18, pp.153-165

상세보기
Maranini, E. and Brignoli, M. (1999), 'Creep behaviour of a weak rock: experimental characterization', Int. J. Rock Mech. Mim. Sci., 36, pp.127-138

상세보기
Mitchell, J.K. (1993), 'Fundamentals of Soil Behaviour', 2nd Ed., John Wiley and Sons, Inc., New York
Morgerstern, N.R. and Eigenbrod, K.D. (1974), 'Classification of argillaceous soils and rocks', Jl. Geotech. Div., ASCE, Vol.100, pp.1137-1156
Okubo, S., Nishimatsu, Y., and Fukui, K. (1991), 'Technical note complete creep curves under uniaxial compression', Int. J. Rock Mech. Mim. Sci., pp.77-82
Overt, L. (1967), 'Rock Mechanics and the Design of Structures in Rock:', John wiley and Sons Inc., New York, pp.293-301
Penny, R. K. and Marriott, D. L. (1995), Design for creep, Chapman & Hall
Richardson, D.N. and Long, J.D. (1987), 'The sieved slake durability test', Bull. Assoc. Eng. Geol., Vol.24, pp.247-258

상세보기
Van Eeckhout, L.V. (1976), 'The mechanisms of strength reduction due to moisture in coal mine shales', Int. Jl Rock Mechanice and Mining Science, Vol.13, pp.61-67

상세보기

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증