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문제 정의
- 있다고 하였다. 이 연구에서는 입자의 형상과 배열상태 및 광물학적 연구는 시도되지 않았으나 입도, 간극비 및 간극율 등의 시험 결과로부터 이들의 상관성을 분석하였다.
- 이 연구에서는 화산암과 화강암 및 퇴적암이 주로 분포하고 있는 부산지역의 자연 사면을 대상으로 토층 시료를 채취하여 실내에서 여러 토질시험을 실시하였다. 이들 시험결과를 토대로 자연사면 토층지반의 지질 조건별 토질 특성과 각 물성 간의 상관성을 분석하였으며, 시험을 통한 각 지질 조건별 물성 및 공학특성은 Appendix I~IV와 같이 제시할 수 있다.
가설 설정
- 10. Relationship between uniformity coefficients, effective size and permeability in sampled soils: (a), uniformity coefficient, and (b) effective size.
제안 방법
- 그리고 채취된 시료는 현장조건이 최대한 유지되도록 밀봉한 상태로 실험실에 운반하였다. 교란 시료로는 비중(specific gravity), 함수비(moisture content), 액성한계(liquid limit), 소성한계(plastic limit) 및 입도 (grain size) 등의 물성시험을 실시하고 입도시험 결과로부터 유효경 (eflFective diameter; £)10), 균등계수(uniformity coefficient; C“) 및 곡률 계수(coefficient of gradation;(*) 등을 산정하여 토층이 지니고 있는 물리적 성질을파악하였다. 그리고 불교란 시료로는 간극비(void ratio), 간극율(porosity), 포화도(degree of saturation), 밀도 (density), 전단강도(shear strength) 및 투수계수(coefficient of permeability) 등의 공학적 특성을 평가하였다.
- 교란 시료로는 비중(specific gravity), 함수비(moisture content), 액성한계(liquid limit), 소성한계(plastic limit) 및 입도 (grain size) 등의 물성시험을 실시하고 입도시험 결과로부터 유효경 (eflFective diameter; £)10), 균등계수(uniformity coefficient; C“) 및 곡률 계수(coefficient of gradation;(*) 등을 산정하여 토층이 지니고 있는 물리적 성질을파악하였다. 그리고 불교란 시료로는 간극비(void ratio), 간극율(porosity), 포화도(degree of saturation), 밀도 (density), 전단강도(shear strength) 및 투수계수(coefficient of permeability) 등의 공학적 특성을 평가하였다.
- 그리고 이들 시험 결과를 토대로 자연사면 토층지반의 지질조건별 토질 특성을 분석하고, 각 물성간의 상관성을 검토하였다. 한편, 토질 특성의 비교분석을 위해 지질조건은 크게 화산암, 화강암 및 퇴적암으로만 구분하였다.
- 시료는 표토를 제거한 후 40-60 cm 깊이의 토층에서 교란 시료와 불교란시료로 구분하여 채취하였다. 불교란 시료는 스테인레스로 제작한 직경 10 cm, 높이 6 cm 크기의 원통형몰드를 이용하였다.
- 시료채취는지질별로 분포 면적 비율을 고려하여 비교적 일정한 빈도로 채취함으로써 토질 특성이 균등하게 평가될 수 있도록 하였다. 따라서 채취된 시료는 지질의 분포면적과관련되어 화산암이 188개로서 가장 많고 화강암과 퇴적암이 각각 47개 및 45개이다.
- 연구지역의 경우 지질은 화산암, 화강암 및 퇴적암 지역으로 크게 구분된다. 여러 토질시험을 실시하여 연구지역의 토질 특성을 평가하고 각 물성 간의 상관성 분석과 함께 지질 조건에 따른 토질 특성을 상호 비교하였다.
- 이들 시험결과를 토대로 자연사면 토층지반의 지질 조건별 토질 특성과 각 물성 간의 상관성을 분석하였으며, 시험을 통한 각 지질 조건별 물성 및 공학특성은 Appendix I~IV와 같이 제시할 수 있다.
대상 데이터
- 시료채취는지질별로 분포 면적 비율을 고려하여 비교적 일정한 빈도로 채취함으로써 토질 특성이 균등하게 평가될 수 있도록 하였다. 따라서 채취된 시료는 지질의 분포면적과관련되어 화산암이 188개로서 가장 많고 화강암과 퇴적암이 각각 47개 및 45개이다.
- 불교란 시료는 스테인레스로 제작한 직경 10 cm, 높이 6 cm 크기의 원통형몰드를 이용하였다. 특히, 투수시험용 불교란 시료는 직경 10 cm, 높이 13 cm 크기의 원통형 몰드를 사용하였다.
- 있다. 연구지역은 크게 4개 산지로서 백양산, 구덕산, 황령산 및 장산지역이 해당된다. 백양산지역은 최하부의 퇴적암류를 기반으로 이를 부정합으로 피복하는유천층군의 안산암 및 유문암류 암석, 이후 화강반암 및화강암이 각각 관입하는 층서를 보여주고 있다.
- 따라서 어떤 지역에 분포하는 토질 특성은 그 지역에 분포하고 있는 지질조건과 밀접하게 연관되어 있으므로 암반의 분포현황을 파악하면 토층의 물리적 및 공학적 특성을 유추할 수 있을 것이다. 연구지역의 경우 지질은 화산암, 화강암 및 퇴적암 지역으로 크게 구분된다. 여러 토질시험을 실시하여 연구지역의 토질 특성을 평가하고 각 물성 간의 상관성 분석과 함께 지질 조건에 따른 토질 특성을 상호 비교하였다.
- 이 연구에서는 주로 화산암과 화강암 및 퇴적암이 분포하고 있는 부산의 4개 산지 지역 즉, 백양산, 구덕산, 황령산 및 장산지역의 자연 사면을 대상으로 총 280개소 (화산암 188개소, 화강암 47개소 및 퇴적암 45개소)에서토층시료를 채취하여 실내에서 여러 토질시험을 수행하였다. 그리고 이들 시험 결과를 토대로 자연사면 토층지반의 지질조건별 토질 특성을 분석하고, 각 물성간의 상관성을 검토하였다.
- 자연 사면에 분포한 상부토층의 지질 조건에 따른 토질특성을 파악하기 위하여 연구지역인 부산의 백양산, 구덕산, 황령산 및 장산지역의 자연사면 토층지반에서 총 280개의 교란 및 불교란 시료를 채취하였다. 시료채취는지질별로 분포 면적 비율을 고려하여 비교적 일정한 빈도로 채취함으로써 토질 특성이 균등하게 평가될 수 있도록 하였다.
- 불교란 시료는 스테인레스로 제작한 직경 10 cm, 높이 6 cm 크기의 원통형몰드를 이용하였다. 특히, 투수시험용 불교란 시료는 직경 10 cm, 높이 13 cm 크기의 원통형 몰드를 사용하였다. 그리고 채취된 시료는 현장조건이 최대한 유지되도록 밀봉한 상태로 실험실에 운반하였다.
성능/효과
- 1) 연구지역의 토층은 입도 조성이 전반적으로 양호한편이며, 세립이나 미립자들이 실트보다는 점토를 주로함유하는 모래 질지 반으로 분류되었다. 기호로는 SW, SW-SC 및 SC가 가장 우세한데, 이들의 비율은 지질별로 볼 때 화강암 지역이 94%로 가장 높고, 퇴적암 및화산암지역이 각각 87% 및 79%인 것으로 나타났다.
- 2) 자연함수 비는 평균치를 기준으로 화산암지역이 28.11%로서 퇴적암과 화강암 지역의 20.60% 및 19.79%에 비해 상대적으로 높은 것으로 나타났는데, 이는 지질 조건별 성인에 기인된 것으로 흙 입자의 구조와 광물 조성비 및 간극 상태 등과 관련성이 있다.
- 3) 간극비는 화산암 지역이 가장 크고 퇴적암과 화강암지역의 순으로 작게 나타났으며, 간극비가 매우 큰 경우는 대부분 화산암 지역의 토층이다. 반면, 건조밀도는 화강암지역이 가장 크고 퇴적암 및 화산암 지역의 순으로 작은 결과를 보였다.
- 5) 투수 계수는 8.10><10-5~8.38씨OJm/sec의 범위로서 투수성이 보통~빠른 정도의 토층지반으로 평가되었다. 화강암지역의 투수계수가 가장 크고 화산암과 퇴적암지역은 거의 유사한 것으로 나타났는데, 이는 모래크기 입자의 함유비율과 관계되는 것으로 분석되었다.
- 2(c)에서와같이 94% 정도가 SW, SW-SC 및 SC로 분류되었다. 그리고 퇴적암 지역은 전반적으로는 화강암과 유사한 경향성을 보였는데, 87% 정도가 SW, SW- SC 및 SC로서 양호한 입도 조성을 보이는 점토질모래지반으로 분류되나 13% 정도가 SIN SP-SC로서 화산암과화강암의 5% 및 6% 정도에 비해 불량한 입도조성의비가 배 이상 높은 것으로 분석되었다(Fig. 2(d)).
- 3(c)). 그리고포화도의 양상은 간극비와 거의 유사한 경향성을 보였는데, 평균치를 기준으로 할 때 화산암지역의 토충이 65.21%로서 퇴적암지역의 53.71% 및 화강암지역의 52.98%에 비해 가장 높게 나타났다(Fig. 3(d)).
- 모래 질지 반으로 분류되었다. 기호로는 SW, SW-SC 및 SC가 가장 우세한데, 이들의 비율은 지질별로 볼 때 화강암 지역이 94%로 가장 높고, 퇴적암 및화산암지역이 각각 87% 및 79%인 것으로 나타났다.
- 대부분 화산암 지역의 토층이다. 반면, 건조밀도는 화강암지역이 가장 크고 퇴적암 및 화산암 지역의 순으로 작은 결과를 보였다. 따라서 간극비와 건조밀도는 상관성이있는 물성으로 서로 반비례 적이며 지질별로도 대비된다.
- 75%에 비해 약간 높은 것으로 나타났다. 반면, 세립질인 실트와 점토크기 입자의 함유비율은 화강암 지역의 토층이 6.08%로서 화산암의 8.91% 및 퇴적암의 8.42%에 비해 더 낮은 것으로 나타났다. 이와 같이 토층지반의 물성들은 서로 연관성이 있을 뿐만 아니라 지질 조건에 따라서도 차이가 있음을 알 수 있다.
- 입도분포곡선과 함께 유효경, 균등계수 및 곡률 계수 등은 기본적인 토질 파라미터를 결정하는 중요요소의 하나인데 , 통일분류법 에서는 입도 분포곡선으로부터 구한 균등계수가 4 내지 6보다 크고 곡률계수가 1에서 3의 범위에 존재할 경우 입도 분포가 양호한 것으로 평가한다. 시험결과 화산암의 5개를 제외한 대부분의 시료가 균등계수는 4~89의 범위이고, 곡률계수는 1~5의 범위에 해당하여 양 입도의 조건에 부합되었다. Fig.
- 6。의 범위로서 비교적 큰 것으로 나타나 전단 강도가 대체로 양호한 토층지반으로 평가되었다. 점착력과 전단저항각 모두 퇴적암 지역이 가장 크고 화산암과 퇴적암 순으로 작은 결과를 보였다.
- 이 또한 3개 지질 조건 모두에서 유사한경향성을 보이는 것으로 분석되었다. 즉, 화강암지역의토층은 유효경과 투수 계수 모두 화산암과 퇴적암지역에비해 가장 넓은 범위로 산포되는 양상으로 나타났다. 이들은 특히 입도 특성에 좌우되는 것으로 간극과 밀도특성 등 지반 상태와도 상관성이 있으며 지질성인과도 관계되는 것으로 판단된다.
- 그림에서 보는 바와 같이 대부분모래크기 입자들의 구성비가 높고 실트나 점토크기의 세립들의 함유비율은 25% 이내로서 비교적 낮은 편이다. 지질별로는 퇴적암지역 토층이 다른 두 지질에 비해 자갈을 포함한 조립질이 우세하고 화강암 지역은 모래 크기 입자들의 함유 비율이 다른 두 지질에 비해 높은 편이며, 화산암지역은 두 지질에 비해 전반적으로 세립의 경향성을 보이는 것으로 나타났다.
- 50%이다. 지질별로는 화산암지역의 토층이 평균 28.11%로서 가장 높고 퇴적암지역은 20.60% 이며, 화강암지역이 19.79%로서 가장 낮은 결과를 나타내었다(Fig. 3(b)).
- 총 280개 토층시료에 대한 입도분석을 실시한 결과 입도 분포곡선은 대체로 완만한 기울기를 보이고 양호한 입도 분포를 보이는 것으로 나타났다. 퇴적암지역의 토층은 화산암이나 화강암지역에 비해 조립질의 분포비율이 높고 점토질보다는 실트 질의 함유비가 더 높은 것으로 분석되었다.
- 7은 간극비 및 건조밀도를 지질별로 대비하여 나타낸 것이고, Appendix Ⅱ는 시험 결과를 세부적으로 나타낸 표이다. 토층에서 간극비와 건조밀도는 상호 반비례적 관계를 가지는 것으로 알려져 있는데, Fig. 7에서보는 바와 같이 평균치를 기준할 경우에도 지질별로 간극비가 큰 화산암 지역의 토층은 가장 작은 건조밀도를, 그리고 간극비가 가장 작은 화강암 지역은 가장 큰 건조밀도로써 서로 반 비례적인 관계를 보였다. 그리고 화산암지역은 간극비와 건조밀도가 각각 0.
- 총 280개 토층시료에 대한 입도분석을 실시한 결과 입도 분포곡선은 대체로 완만한 기울기를 보이고 양호한 입도 분포를 보이는 것으로 나타났다. 퇴적암지역의 토층은 화산암이나 화강암지역에 비해 조립질의 분포비율이 높고 점토질보다는 실트 질의 함유비가 더 높은 것으로 분석되었다. 입도분포곡선과 함께 유효경, 균등계수 및 곡률 계수 등은 기본적인 토질 파라미터를 결정하는 중요요소의 하나인데 , 통일분류법 에서는 입도 분포곡선으로부터 구한 균등계수가 4 내지 6보다 크고 곡률계수가 1에서 3의 범위에 존재할 경우 입도 분포가 양호한 것으로 평가한다.
- 한편, 이 연구를 통해서도 균등계수는 투수계수와 비교적 높은 상관성이 있는 것으로 분석되었으며, 유효경 또한 투수계수와 관계되는 물성요인임이 확인되었다. Fig.
- 그리고 이러한 현상은 3개 지질 조건 모두에서 비슷한 경향^을 보이는 것으로 분석되었다. 화강암 지역의 토층은 균등계수가 가장 크거나 작은 범위까지 폭넓게 산포되고 화산암지역 역시 비교적 넓은 범위로 분포되는데 반해, 퇴적암 지역은 균등계수가 47 미만으로서 작고 좁은 영역에 밀집됨으로써 다른 두 지질에 비해 상대적으로 작은 것으로 나타났다. Fig.
- 38씨OJm/sec의 범위로서 투수성이 보통~빠른 정도의 토층지반으로 평가되었다. 화강암지역의 투수계수가 가장 크고 화산암과 퇴적암지역은 거의 유사한 것으로 나타났는데, 이는 모래크기 입자의 함유비율과 관계되는 것으로 분석되었다. 한편, 투수계수는 입도조건에 관계되는 균등계수 및 유효경과는각각 반비례적 관계 및 비례적인 관계를 갖는다.
- 64이다. 화산암 지역의 토층은 평균 2.63으로서 화강암과 퇴적암 지역의 2.64 및 265에 비해 가장 낮은 것으로 나타났다 (Fig. 3(a)).
- 3(b)). 흙 입자들의 구조 및 배열상태에 기인되는 간극비는 평균치를 기준으로 할 때 화산암지역의토층이 1.15로서 퇴적암 지역의 1.04 및 화강암지역의 0.97에 비해 가장 큰 것으로 나타났다(Fig. 3(c)).
후속연구
- 따라서 어떤 지역에 분포하는 토질 특성은 그 지역에 분포하고 있는 지질조건과 밀접하게 연관되어 있으므로 암반의 분포현황을 파악하면 토층의 물리적 및 공학적 특성을 유추할 수 있을 것이다. 연구지역의 경우 지질은 화산암, 화강암 및 퇴적암 지역으로 크게 구분된다.
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