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문제 정의
- 본 연구는 소성지수를 달리한 재성형 시료와 인천, 광양' 울산지역의 불교란 시료에 대한 표준압밀시험을 수행하여 소성지수와 압밀하중재하기간이 2차 압밀에 어떤 영향이 있는지를 밝히고 각 소성지수에 따른 하중과침하특성, 압밀계수특성, 압축지수 및 2차 압축지수특성, 간극수압특성을 밝히고자 하였다.
가설 설정
- 점소성 모델인 Sekiguchi 모델을 이용함이 바람직할 것이다.
제안 방법
- Casagrande의 방법과 Taylor의 방법으로 구한 압밀계수가 어느 정도의 차이가 있는지를 밝히고 이를 하나의 통일된 식으로 정식화하여 시험방법에 의한 압밀계수 의 차를 없애고자 Casagrande의 방법을 이용한 cjlogt) 을 소성지수와 Taylor 방법을 이용한 c,,( V")의 관계식 으로 식 (6)과 같이 정식화하였다. 이 식의 상관계수는 0.
- 재 압밀시료를 제작한다. 1 일, 2일, 4 일, 8일 등으로 하중재하기간을 달리하여 압밀시험을실시한 결과를 이용하여 소성지수와 압밀하중재하기간이 2차 압밀에 어떤 영향이 있는지를 밝히고 각 소성지수에 따른 하중과 침하특성, 압밀계수특성, 압축지수 및 2차 압축지수특성, 간극수압특성을 밝히고자 한다. 아울러 압축지수, 압밀계수, 2차 압축지수와 소성지수, 하중에 관한 정형화된 식을 제안하며 이식을 이용하여 침하량을 예측하여 유용성을 검증하고자 한다.
- 통상의 1차 압밀 종료시간의 결정방법은 再법과 1。滨법이 가장 많이 이용되고있다. 2차 압죽지수는 침하량 산정에 중요한 변수임에도 불구하고 결정방법이 명확히 정의 되지 않아 단계별하중재하기간을 8일로 하는 경우도 종종 있어 2차 압축지수 결정에 재하기간이 어떠한 영향이 있는지 검증하고 간극수압이 완전히 소산되는 시간을 알아보기 위해압밀 중 간극수압을 측정하였다. 그림 13은 시간에 따른침하량 곡선과 간극수압비의 관계를 나타낸 것이다.
- 표 2에 나타내었다. 또한 수치해석을 위한 모형시험은 직경 150mm, 높이 50mm인 압밀시험기를 이용하여압밀시험을 수행하였으며 이를 수치해석하기 위해 그림 19와 같이 시료를 4등분하여 축대칭조건의 유한요소망으로 해석하였다.
- 연약지반에서의 압밀침하계산에 이용되는 정수와 소성지수 및 물리특성과의 상관관계에 대해서는 많은 연구가진행되어져 왔으나(Yasuhara 등, 1983) 현장에 적용하기 위한 소성지수와 압밀특성과의 실험적 연구는 아직미비한 실정이다. 본 연구는 군산 새만금지역의 점성토를 사용하여 소성지수를 15%, 30%, 45%, 60% 4종류로변화시켜 재 성형.재 압밀시료를 제작한다.
- 본 연구는 소성지수의 변화 및 압밀재하기간의 차이에 따른 압밀특성의 변화를 파악하기 위해 점토시료에벤토나이트를 첨가하여 소성지수를 15%, 30%, 45%, 60%로 달리한 시료를 제작하여 압밀시험을 수행하였으며, 점토시료는 군산지역으로 구분한 새만금지역에서채취한 실트질 점토를 사용하였다. 본 연구에 사용한 점성토시료의 물리적 특성을 표 1에 나타내었다.
- 슬러리 상태에서 교반 및 탈기가 종료된 점토시료를공기가 들어가지 않도록 탈기장치로부터 호스 등을 이용하여 몰드의 바닥 면부터 골고루 채워지도록 주의를기울여서 그림 6에 나타낸 압밀 시료 성형 토조에 넣고하중을 가하여 재성형 점토시료를 제작하였다. 이때 부주의로 공기가 들어가면 시료 내부에 공동이 생길 수 있다.
- 1 일, 2일, 4 일, 8일 등으로 하중재하기간을 달리하여 압밀시험을실시한 결과를 이용하여 소성지수와 압밀하중재하기간이 2차 압밀에 어떤 영향이 있는지를 밝히고 각 소성지수에 따른 하중과 침하특성, 압밀계수특성, 압축지수 및 2차 압축지수특성, 간극수압특성을 밝히고자 한다. 아울러 압축지수, 압밀계수, 2차 압축지수와 소성지수, 하중에 관한 정형화된 식을 제안하며 이식을 이용하여 침하량을 예측하여 유용성을 검증하고자 한다. 또한 적합성을 검증하기 위하여 2차 압밀을 고려한 Terzaghi 1차원 압밀식과 탄소성 구성모델인 수정 Cam-Clay 모델과 2차 압밀특성을 고려한 탄.
- 압밀현상을 설명하기 위한 토질정수를 간단한 물리적 특성만을 이용하여 구할 수 있는 식을 제안하고자기본적으로 소성지수를 15%, 30%, 45%, 60%로 각각달리한 이상화 된 시료에 대한 압밀시험 결과와 현장에서채취한 광양(PI=14.3%, 38.2%, 43.9%), 인천(PI=15.4%, 18.8%), 울산(PI=9.4%, 15.2%, 17.2%)지역의 불교란시료를 이용하여 각각의 토질정수의 특성을 고찰하였다.
- 42mm)를 이용하여 체가름을 하였다. 여기에 소정의 소성지수를 갖도록 일정 중량비의 벤토나이트를 혼합하여 슬러리 상태를 만들었으며 벤토나이트혼합 후의 슬러리 상태의 함수비는 액성한계의 3배 이상의 값을 나타내도록 하였다. 슬러리 상태의 시료는 그림 5에 나타낸 시료교반 및 진공 탈기 장치를 이용하여 5~6시간정도 시료 내부의 공기를 제거한다.
- 이와 같이 소성지수를 4종류로 변화시켜 재 성형 . 재 압밀한 시료를 이용하여 압밀시험을 실시한다.
- 그러므로 Terzaghi에의한 1차 압밀침하 식에 2차 압밀 침하를 포함한 식 ⑺을이용하여 모형지반의 압밀침하를 예측하고 박 등(1985) 에 의해 개발된 탄소성 구성모델인 Cam-clay모델과 크리프 특성을 포함한 탄. 점소성 구성모델인 Sekiguchi모델을 이용한 유한요소 프로그램을 이용하여 수치해석을 실시하여 각각의 해석방법의 실용성을 검토하였다.
- 압밀장치는 표준 압밀시험기와유사한 구조로 상. 하부에 다공판을 설치하여 양면배수가 가능하도록 하였다 압밀장치 조립 후 압력장치와 연결을 하여 시료의 유효구속압으로 부터 시작하여 하중증분 비(厶p/p) 를 1로 하여 0.4切〃如2으로 선행압밀하중까지 압밀을 실시한다. 이때 최종하중단계에서는 압밀기간 중 침하량을 측정하여 3t법으로 1차 압밀 종료시간을 결정한다(일본 지반공학회, 토질시험법, 1990).
대상 데이터
- 상태가 되도록 교반한다. 이와 같이 준비된 슬러리상태의 시료에 조개껍질 등의 이물질을 제거하기 위하여 40번체(0.42mm)를 이용하여 체가름을 하였다. 여기에 소정의 소성지수를 갖도록 일정 중량비의 벤토나이트를 혼합하여 슬러리 상태를 만들었으며 벤토나이트혼합 후의 슬러리 상태의 함수비는 액성한계의 3배 이상의 값을 나타내도록 하였다.
데이터처리
- 관계를 나타낸 것이다. 그림에 나타난 바와 같이 선형적인 관계가 있음을 확인할 수 있어 2차 압축지수를 소성지수와 하중의 관계로 정식화하기 위해 다중회귀분석을 수행하였다. 그 결과 모든 자료를 이용하여정식화 한 경우는 식 (2)와 같으며 상관계수가 0.
- 점소성 모델인 Sekiguchi 모델, 탄.소성모델인 수정 Cam-clay 모델 그리고 본 연구에서 제안한제안식을 사용하여 수치해석한 결과를 압밀시험 결과와 비교하여 나타내었다.
- 탄. 점소성모델인 Sekiguchi모델을 이용하여 수치해석한 결과와 비교하였다. 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
이론/모형
- 또한 적합성을 검증하기 위하여 2차 압밀을 고려한 Terzaghi 1차원 압밀식과 탄소성 구성모델인 수정 Cam-Clay 모델과 2차 압밀특성을 고려한 탄. 점소성 모델인 Sekiguchi 모델을 이용하여 수치해석을 실시한다.
성능/효과
- (1) 압밀계수와 2차 압축지수를 소성지수와 선행하중이후의 하중관계로 정식화한 결과 q, = 0.0135-0.0001PI — 0.00LP와 q =0.1134 + 0.0035-0.013尹를 얻었다.
- (2) 압축지수는 소성지수가 증가함에 따라 선형적으로 증가하며 이 관계를 정식화하면 6^ = 0.2983 + 0.0025 . PI 이고, 일정 하중에 대해서는 소성지수가 변한다.
- (3) 과잉간극수압은 가해진 히중의 80~85%가 발생한것을 볼 수 있으며 소성지수가 작은 경우가 큰 경우보다 최고점에 도달하는 시간이 더 지연되는 것을볼 수 있다.
- (5) 압밀계수 결정시 logt법은川법 보다 과대평가되는것을 알 수 있으며, 이 식을 정식화하면 4(logt) = 0.06904 +0.0000420-0.79024乌( 이다.
- (6) 정식화한 식을 이용한 Terzaghi의 1차원 압밀식의유용성을 비교 검증하기 위하여 수정 Cam-Clay모델과 Sekiguchi모델을 이용하여 모형시험 결과를 예측한 결과 Sekiguchi모델과 함께 매우 정도 높게 예측하고 있음을 확인할 수 있다.
- 그러므로 본 연구에서 제안한 제안식은 설계 초기 인 기본설계 시 개략적인 침하량을 산정할 때 매우 유용할 것으로 사료되며 정도 높은 압밀침하량을 얻을 때는 탄. 점소성 모델인 Sekiguchi 모델을 이용함이 바람직할 것이다.
- 깊이가 증가할수록 과압밀비 값이 감소하는 경향을 보이며 남해안지역은 미압밀점토인 것으로 추정되는 지역도 있지만 서해안은 대부분 정규압밀상태인 것으로 판단된다. 그리고 서해안은 남해안에 비해 과압밀층의 두께가 두꺼운 것으로 나타났으며 서해안 지역의압축지수는 비교적 작은 값을 나타내고 남해안으로 갈수록 증가하는 경향을 보이고 있다.
- 그리고 제안식의 침하량 예측은 과압밀 영역에서는 다소시험치와 차이를 보이나 정규압밀 영역에서는 매우 유사한 선형을 보이고 최종침하량은 매우 잘 일치하는 것으로 보인다. 또한 크리프의 영향을 고려한 탄.
- Taylor 방법은 시간-간극비 곡선에서 도시되는 선이 매우 작은 각으로부터 결정됨에 따른 오차, Casagrande 방법은 log 축척으로 인해 생기는 오차 등을 가지게 된다. 두 종류의 도해법에 의한 결과를 비교해 보면 Casagrande의 방법이 Tayloi•의 방법에 비해 과대평가 되는 것을 알 수 있다. 그림 18은 Casagrande 방법에 의한 乌,가 Taylor 방법에 의한 q,보다 작게 예측되는 것을 나 타내는데 이는 Olson(1986)의 연구 결과와도 일치한다.
- Mesri와 Godlewski(1977)는 q과 Cc 사이의관계에 대한 연구를 통하여 1차 압밀과 2차 압밀은 동일한 메커니즘에 기인한다고 결론지었다. 따라서 q/q의개념을 제안하였으며 특정한 흙에 대하여 시간, 유효응력, 간극비에 관계없이 일정하다고 결론지었다. 그림 14 는 소성지수의 변화에 따른 q/G의 관계를 나타낸 그림이다.
- 또한 과잉간극수압이 모두 소산되는 시간과 침하량-시간곡선을 이용해서 구한 1차 압밀 종료시간을 살펴보면 화살표로 표시한 1차 압밀 종료시점과 과잉간극수압이 완전히 소산된 시점이 거의 일치하는 것을 볼 수 있다. 그리고앞에서 언급한바와 같이 하중재하기간이 길수록2차 압축지수는 작게 나타나므로 이를 이용하여 최종 침하량을 예측한다면 실제 침하량보다 작게 예측될 것이다.
- 92로매우 양호한 선형성을 보이고 있다. 또한 현재 널리 쓰이고 있는 Skempton이 제안한 액성한계로부터 압축지수를 구하는 식과 비교한 결과 압축지수 값이 비교적일치 하는 것을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 그리고앞에서 언급한바와 같이 하중재하기간이 길수록2차 압축지수는 작게 나타나므로 이를 이용하여 최종 침하량을 예측한다면 실제 침하량보다 작게 예측될 것이다. 그러므로 2차 압축지수를 산정할 경우 하중재하기간 1일의 압밀시험을 통해 2차 압축지수를 얻는 것이 가장 합리적이다.
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