[논문]고결모래의 강도정수 평가

이문주; 최성근; 이우진

doi:10.7843/kgs.2008.24.11.91

고결모래의 강도정수 평가
Evaluation of Strength Parameters of Cemented Sand 원문보기

韓國地盤工學會論文集 = Journal of the Korean geotechnical society, v.24 no.11, 2008년, pp.91 - 100

이문주 (고려대학교 건축.사회환경공학과) , 최성근 (고려대학교 건축.사회환경공학과) , 이우진 (고려대학교 건축.사회환경공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 Mohr-Coulomb 파괴기준에 따라 고결모래의 전단강도를 유도하고, 삼축 및 일축압축시험으로 검증하였다. 모래의 마찰각은 고결의 영향을 받지 않으며, 일정구속압 이하에서 고결모래의 점착력은 고결정도에 따라 일정하다. 따라서 고결모래의 전단강도는 미고결 모래의 전단강도와 고결모래의 일축압축강도의 합으로 표현되며, 고결모래의 점착력은 마찰각과 일축압축강도의 함수로 표현되었다. 또한 고결결합 파괴구속압 이후인 전이구간에서 고결모래의 전단강도는 비교적 일정하게 유지된다고 가정하여 전이구간에서 고결모래의 전단강도와 점착력을 유도하였다. 추정된 고결모래의 전단강도와 점착력은 실험결과와 잘 일치하였다. 실험 결과는 또한 고결모래의 점착력 변화에 큰 영향을 미치는 고결결합 파괴구속압이 일축압축강도와 선형비례관계임을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study proposes the equations evaluating the shear strength of cemented sand by analytical interpretation based on Mohr-Coulomb failure criteria, and verifies them using the results of triaxial and unconfined compression tests. The internal friction angle of cemented sand is identical to that of uncemented one regardless of the stress level, while the cohesion intercept of cemented sand is constant before the breakage of cementation bonds. Therefore, the shear strength of cemented sand can be represented as a summation of the shear strength of uncemented sand and the unconfined compressive strength of cemented sand. In addition, the cohesion intercept of cemented specimen can be expressed as a function of unconfined compressive strength and friction angle. In the transition zone, assuming a constant shear strength, the equations to evaluate shear strength and cohesion intercept of cemented sand are also represented. It is observed that the predicted values using these solutions agree well with the experimental results. The experimental results also show a linear relationship between the unconfined compressive strength and the breaking point of cementation bonds.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 구속압에 따른 고결모래의 거동을 분석하여, 구속압에 의한 고결결합 파괴 전후의 전단 강도와 점착력을 예측하고, 실험으로 검증하였다. 또한 실험 결과로부터 고결결합이 파괴되어 점착력이 감소하기 시작하는 구속압, 즉 고결결합 파괴구속압을 고결모래의 일축압축강도로 추정하였다.
본 연구에서는 구속압에 의한 고결결합 파괴 전후를 고려하여 고결모래의 전단강도와 점착력 추정식을 유도하고, 다양한 모래와 고결유발제를 이용한 각종 실험 결과로부터 추정식을 검증하였다. 또한 고결결합 파괴구속압과 일축압축강도의 관계를 검토하였다.

가설 설정

(3) Pi'(BP)보다 큰 구속압이 시료에 가해져 고결 결합이 파괴되는 전이구간에서는 고결 모래의 전단 강도가 비교적 일정하게 유지됨을 가정하여 고결모래의 전단 강도와 점착력을 유도하였다.
따른 뚜렷한 증가경향이 없다. 본 연구에서는 그림 3의 EF구간과 같이 전이구간에서는 고결모래의 전단 강도가 일정하다고 가정하고 고결모래의 전단 강도와 점착력을 추정하였다. 전이구간에서 고결모래의 전단 강도인 qRTZ)는 식 (4)와 같이 구속압 Pi'(BP)에서 고결모래의 전단강도나 구속압 Pi'(SL) 상태에서 미고결 모래의 전단강도로부터 결정된다.

제안 방법

혼합시료를 양생시켜 조성되었다. 낙사시 모래와 석고의 재료분리를 방지하기 위해 함수비 0.5%에 해당하는 물을 모래와 충분히 교반시켜 석고입자를 모래 표면에 부착시킨 후 낙사시켜 높이 150rmi의 시료를 조성하였다. 시료에 200kPa의 상재구속압을 가한 뒤, 시료의 하부에서 lOcm'/min의 속도로 증류수를 주입하여 24시간 동안 석고를 양생시켜 시료의 고결을 유도하였다.
이전의 Clough 등(1981), Acar and El-Tahir(1986), O'Rourkeand Crespo(1988), Schnaid 등(2001)의 실험에서는 구속압에 의한 결합 파괴 정도를 고려하지 않았기 때문에 정확한 Pi'(BP)의 결정이 난이하다. 따라서 본 연구의 K-7 호사와 부산사의 시험결과만을 이용하여 Pi, (BP)를 결정하였다. 그림 8과 같이 고결모래의 Pi, (BP)는 일축 압축강도의 관계로써, 식 (7)과 같이 선형비례 관계 표현되었으며 이문주 등(2007a)의 결과와 매우 유사하다.
또한 각 고결모래의 점착력을 급격히 감소시키는 구속압인 Pi'(BP)을 결정하였다.
추정식을 검증하였다. 또한 고결결합 파괴구속압과 일축압축강도의 관계를 검토하였다. 본 연구에서 나타난 주요 결론은 다음과 같다.
포화된 시료에 표 1의 시험조건과 같은 다양한 초기 구속압을 가한 후, 배수전단시험을 실시하였다. 또한 동일하게 조성된 시료에 대한 일축 압축강도를 측정하였다.
점착력을 예측하고, 실험으로 검증하였다. 또한 실험 결과로부터 고결결합이 파괴되어 점착력이 감소하기 시작하는 구속압, 즉 고결결합 파괴구속압을 고결모래의 일축압축강도로 추정하였다.
삼축압축시험기에 멤브레인과 모래시료 조성용 원통형 몰드를 장착하고 미고결 건조모래를 낙사시켜 직경 약 70mm, 높이 약 153mm의 미고결 삼축시료를 조성하였다 조성된 시료의 포화를 위해 10kPa의 구속압이 가해진 상태에서 탄산수와 탈기수를 500ml 통과 人 켰으며 배압을 lOOkPa까지 증가시켜 간극수압계수(B)가 0.97 이상이 되도록 하였다. 시료 포화 후 50~ZOOkPR의 유효등방구속압 상태에서 0.
97 이상이 되도록 하였다. 시료 포화 후 50~ZOOkPR의 유효등방구속압 상태에서 0.1%/min의 변형율 속도로 배수 전단시험(CID)을 실시하였다.
또한 표 1과 같이 이문주 등(2007a, b)의 시험에 다양한 상대밀도와 구속압 조건을 추가하였다. 이 때, 고결결합 파괴구속압을 정확히 결정하기 위해 시료의 구속압 간격을 좀 더 세분화하였다. 시험에 사용된 모래와 시료조성 방법은 이문주 등 (2007a, b)의 방법과 동일하다.
이문주 등(2007a, b)의 결과와 추가로 수행된 시험 결과로부터 석고함유율과 상대밀도에 따른 K-7호사와 부산 사의 전단강도와 일축압축강도를 평가하였다. 또한 각 고결모래의 점착력을 급격히 감소시키는 구속압인 Pi'(BP)을 결정하였다.
93 이상의 간극수압계수를 확인하였다. 포화된 시료에 표 1의 시험조건과 같은 다양한 초기 구속압을 가한 후, 배수전단시험을 실시하였다. 또한 동일하게 조성된 시료에 대한 일축 압축강도를 측정하였다.

대상 데이터

사용된 모래는 모암으로부터 인공적으로 파쇄된 K-7 호사와 부산근해 욕지도 남단 5아cm에서 준설된 부산사로써, 두 모래의 입도분포와 기본물성은 그림 4 및 표 2와 같다. 그림 5의 SEM 이미지로부터, K-7호사와 부산 사의 조도는 각각 중간모난, 모난~중간모난 정도로 분석되 었다 또한 XRF 성분분석 결과, 두 모래 모두 SiO₂ 함유율이 높은 석영질 모래로 나타났다 본 연구에서 모래의 고결을 위해 사용된 석고는 도자기형재용 석고 (GM-10)이며, 물-석고비(표준혼수량) 40%로 혼합하여 습윤양생 할 경우 2QMPa의 압축강도를 발현하고 양생 시 팽창율은 0.

성능/효과

(1) 구속압에 의해 고결모래의 입자간 결합이 파괴되지 않은 고결지배구간에서, 고결모래의 전단강도는 일축 압축강도와 미고결 모래의 전단강도의 합으로 표현되었다. 또한 고결모래의 점착력은 시료의 마찰각과 일축압축강도의 항으로 유도되었다.
(2) 실험결과에 근거하여 고결결합이 파괴되어 점착력이 감소하기 시작하는 구속압, 즉 고결결합 파괴구속압(Pi'(BP))을 결정하였으며, 이때, Pi'(BP)는 시료의 일축 압축강도와 선형 비례관계로 나타났다.
(4) 실내 삼축압축시험과 일축압축시험 결과를 이용하여 추정된 고결모래의 전단강도와 점착력을 검증한 결과, 고결지배구간에서의 이론적인 예측값은 실험 결과와 매우 일치하였다. 반면, 구속압에 의한 결합파괴 정도의 예측이 난이한 전이구간에서의 점착력 추정은 다소 부정확 하였으나, 추정된 전이 구간의 전단 강도는 실험에서 측정된 전단강도와 비교적 잘 일치하였다.
(5) 이상의 연구결과는 고결모래의 강도특성인 전단 강도와 점착력, 그리고 고결결합이 파괴되는 구속압을 고결모래의 일축압축시험으로부터 간단하고 정확하게 결정할 수 있음을 나타낸다.
식 (3) 또한 고결지배구간에서의 고결모래 점착력을 정확히 예측할 수 있음이 검증되었다. 고결모래의 점착력은 고결유발제의 종류나 함유율, 그리고 입자특성 등의 다양한 요인에 의해 영향을 받음에도 불구하고 일축압축강도의 0.22~0.28배 정도의 범위에서 결정될 수 있으며, 기존의 다양한 모래와 본 연구의 K-7호사, 부산사의 결과를 조합한 결과, 점착력과 일축 압축강도는 c, =0.265%cs의 관계로 결정되었다.
시료에 200kPa의 상재구속압을 가한 뒤, 시료의 하부에서 lOcm'/min의 속도로 증류수를 주입하여 24시간 동안 석고를 양생시켜 시료의 고결을 유도하였다. 고결시료를 삼축압축시험기에 거치하고 미고결 모래와 동일한 조건에서 시료를 1차로 포화시킨 후, 배압을 300~500kPa까지 증가시켜 0.93 이상의 간극수압계수를 확인하였다. 포화된 시료에 표 1의 시험조건과 같은 다양한 초기 구속압을 가한 후, 배수전단시험을 실시하였다.
같다. 그림 5의 SEM 이미지로부터, K-7호사와 부산 사의 조도는 각각 중간모난, 모난~중간모난 정도로 분석되 었다 또한 XRF 성분분석 결과, 두 모래 모두 SiO₂ 함유율이 높은 석영질 모래로 나타났다 본 연구에서 모래의 고결을 위해 사용된 석고는 도자기형재용 석고 (GM-10)이며, 물-석고비(표준혼수량) 40%로 혼합하여 습윤양생 할 경우 2QMPa의 압축강도를 발현하고 양생 시 팽창율은 0.03%이다.
기존에 연구된 고결시료의 경우에도 낮은 구속압 단계에서 비교적 일정한 점착력이 나타났으며, 시료에 따라 구속압 증가에 의해 점착력이 감소하는 경향도 나타났다. 즉, 이전의 시험에서도 고결모래의 점착력은 그림 2의 거동양상과 유사하게 나타남이 확인되었으며, 싱대적으로 낮은 구속압에서 비교적 정확하게 점착력을 추정할 수 있다.
매우 일치하였다. 반면, 구속압에 의한 결합파괴 정도의 예측이 난이한 전이구간에서의 점착력 추정은 다소 부정확 하였으나, 추정된 전이 구간의 전단 강도는 실험에서 측정된 전단강도와 비교적 잘 일치하였다.
기존에 연구된 고결시료의 경우에도 낮은 구속압 단계에서 비교적 일정한 점착력이 나타났으며, 시료에 따라 구속압 증가에 의해 점착력이 감소하는 경향도 나타났다. 즉, 이전의 시험에서도 고결모래의 점착력은 그림 2의 거동양상과 유사하게 나타남이 확인되었으며, 싱대적으로 낮은 구속압에서 비교적 정확하게 점착력을 추정할 수 있다. 그러나, 이전의 연구에서는 구속압에 의한 결합의 파괴를 고려하지 않아 전단시 가해지는 구속압의간격이 넓고 불규칙하기 때문에 고결결합 파괴구속압의 결정이 매우 난이하였다.

후속연구

그림 8과 같이 고결모래의 Pi, (BP)는 일축 압축강도의 관계로써, 식 (7)과 같이 선형비례 관계 표현되었으며 이문주 등(2007a)의 결과와 매우 유사하다. 그러나 Mohr-Coulomb 파괴기준에 근거하여 유도된 식 (2), (3)과는 달리 식 ⑺은 실험결과에 근거한 추정식이기 때문에, 다양한 모래시료를 이용한 좀 더 많은 연구를 통해 보완되어야 한다.

참고문헌 (23)

김기영, 박한규, 전제성 (2005), "Cemented sand and gravel 재료 의 강도특성", 한국지반공학회논문집, Vol.21, No.10, pp.61-71

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이문주, 최성근, 추현욱, 조용순, 이우진 (2007a), "응력조건에 따 른 고결모래의 강도정수 평가", 한국지반공학회논문집, Vol.23, No.5, pp.143-151

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이문주, 최성근, 추현욱, 조용순, 이우진 (2007b), "고결모래의 강 도특성에 대한 영향요인 분석", 한국지반공학회논문집, Vol.23, No.12, pp.75-82

원문보기 상세보기
이우진, 이문주, 최성근, 홍성진 (2006), "고결(Cementation)에 따 른 모래의 비배수 전단거동 변화", 한국지반공학회논문집, Vol.22, No.4, pp.85-94

원문보기 상세보기
Abdulla, A. A., and Kiousis, P. D. (1997), "Behavior of cemented sands - I. Testing", International Journal of Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol.21, pp.533-547

상세보기
Acar, Y. B., and El-Tahir, E. A. (1986), "Low strain dynamic properties of artificially cemented sand", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.112, No.11, pp.1001-1015

상세보기
Airey, D. W. (1993), "Triaxial testing on naturally cemented carbonate soil", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.119, No.9, pp.1379-1398

상세보기
Asghari, E., Toll, D. G., and Haeri, S. M. (2003), "Triaxial behaviour of a cemented gravely sand, Tehran alluvium", Geotechnical and Geological Engineering, Vol.21, pp.1-28

상세보기
Clough, W. G., Iwabuchi J., Rad N. S., and Kuppusamy, T. (1989), "Influence of cementation on liquefaction of sand", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.115, No.8, pp.1102-1117

상세보기
Clough, W. G., Sitar N., and Bachus R. (1981), "Cemented sands under static loading", Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.107, No.6, pp.799-817
Consoli, N. C., Foppa, D, Festugato, L., and Heineck, K. S. (2007), "Key parameters for strength control of artificially cemented soils", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.133, No.2, pp.197-205

상세보기
Coop, M. R., and Atkinson, J. H. (1993), "The mechanics of cemented carbonate sands", Geotechnique, Vol.43, No.1, pp.53-67

상세보기
Dupas, J. and Pecker, A. (1979), "Static and dynamic properties of sand-cement", Journal of Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol.105, No.3, pp.419-436
Huang, J. T., and Airey, D. W. (1993), "Effects of cement and density on an artificially cemented sand", Geotechnical engineering of hard soils-soft rocks, Anagnostopoulos et al., eds., A. A. Balkema, Rotterdam, The Netherlands, Vol.1, pp.553-560
Ismail, M. A., Joer, H. A., Sim, W. H., and Randolph. M. F. (2002a), "Effect of cement type on shear behavior of cemented calcareous soil", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.128, No.6, pp.520-529

상세보기
Ismail, M. A., Joer, H. A., and Randolph, M.F. (2002b), "Cementation of porous materials using calcite", Geotechnique, Vol.52, No.5, pp.313-324

상세보기
Joshi, R. C., Achari, G., Kaniraj, S. R., and Wijeweera, H. (1995), "Effect of aging on the penetration resistance of sands", Canadian Geotechnical Journal, NRC, Vol.32, pp.767-782

상세보기
Mesri, G., Feng. T. W., and Benak, J. M. (1990), "Postdensification penetration resistance of clean sands", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.116, No.7, pp.1095-1115

상세보기
Mitchell, J. K., and Solymar, Z. V. (1984), "Time-dependent strength gain in freshly deposited or densified sand", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.110, No.11, pp.1559-1576

상세보기
O'Rourke, T. D., and Crespo, E. (1988), "Geotechnical properties of cemented volcanic soil", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.114, No.10, pp.1126-1147

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Rad, N. S., and Clough, G. W. (1982), "The influence of cementation on the static and dynamic behavior of sands", Report No. 59, The John A. Blume Earthquake Engineering Center, Stanford University, Stanford, Calif
Schmertmann, J. H. (1991), "The mechanical aging of soils", Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol.117, No.9, pp.1288-1330

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Schnaid, F. Prietto, P. D. M., and Consoli, N. C. (2001), "Characterization of cemented sand in triaxial compression", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol.127, No.10, pp.857-868

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