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문제 정의
- 이는 현장에서 입경이 큰 암 재료를 사용하고 있다는 것을 의미한다. 따라서 본 연구에서는 현장 조건과 가급적 유사한 시료를 조성하기 위하여 고속철도 상부노반 입도분포곡선의 하한기준에 가능한 가깝게 시료를 제작하였다. 4번체 통과량 15%시료는 63.
- 본 연구에서는 암과 흙 혼합성토재의 변형 및 다짐 특성을 분석하기 위하여 경부고속철도 2단계 공사 구간의 2개 공구에서 혼합 성토재를 채취하여 원형 토조를 이용한 대형다짐시험을 수행하였다.
제안 방법
- Fig. 4는 혼합성토재의 다짐특성 분석을 위해 본 연구에서 제작한 시료의 입도분포 곡선으로, 고속철도 설계기준 (노반편)의 상부노반 입도분포기준 상하한 곡선과 함께 도시하였다[9, 10], 4번체 통과율을 전체 중량비의 5, 15, 25% 로 변화시키며 시료를 제작하였다. 또한 최대입경 변화가 다짐 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 4번체 통과율이 15%인 조건에서 최대입경 100, 150, 200mni인 경우에 대한 다짐시험을 수행하였다.
- 55m로 결정하였다. 각 층마다 동일한 다짐에너지를 가하면서 3층 다짐을 수행하였다. 단위체적당 다짐에너지(Ec)는 식 (1)을 이용하여 구하였다[12].
- 9는 혈암시료와 이암시료의 4번체 통과율이 15% 인조건 하에서, 최대입경 100, 150 및 200mm일 때의 최대건조단위 중량 변화를 나타낸 것으로 실선은 평균 추세선을, 점선은 최대 편차를 나타내는 점을 연결한 선이다. 결과의 반복성을 위해 동일 조건에서 2~3회 반복시험을 수행하였다. 최대입경이 100mm에서 200mm로 증가함에 따라 혈암 시료는 평균 0.
- 4는 혼합성토재의 다짐특성 분석을 위해 본 연구에서 제작한 시료의 입도분포 곡선으로, 고속철도 설계기준 (노반편)의 상부노반 입도분포기준 상하한 곡선과 함께 도시하였다[9, 10], 4번체 통과율을 전체 중량비의 5, 15, 25% 로 변화시키며 시료를 제작하였다. 또한 최대입경 변화가 다짐 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 4번체 통과율이 15%인 조건에서 최대입경 100, 150, 200mni인 경우에 대한 다짐시험을 수행하였다. 최대입경 100, 150, 200mm 에 대한 4번체 크기(4.
- 4와 같이 최대입경 100mm인 경우에 4번체 통과율을 5, 15, 25%로 변화시키면서 시험을 수행하였다. 또한 혼합성토재의 함수비 변화가 건조단위 중량에 미치는 영향을 평가하기 위하여 이암시료 최대입경 100mm인 조건에서 4번체 통과시료의 함수비를 변화시키면서 다짐시험을 수행하였다. 4번체 통과시료의 함수비를 기준으로 전체 함수비를 조절한 이유는 지하수위 상승 또는 강우 침투에 의해 혼합성토재의 수분함량 증가 시, 암보다 흙이 수분의 대부분을 흡수하기 때문으로 흙의 함수비 변화가 다짐특성에 주요한 영향을 미칠 것으로 판단했기 때문이다.
- 3%였다. 본 연구에서는 다짐시험 시 120회의 층 다짐을 수행하여 획득한 건조단위중량을 96.3%의 상대다짐도로 간주하여, 100% 상대다짐도로 환산한 최대건조단위중량을 구하였다.
- 있다[11]. 본 연구에서는 예비다짐시험 시 램머에의한 충격식 다짐 방법을 채택하여 사용하였다. 다짐시험 시 사용한 램머 무게는 1147kN, 낙하고는 0.
- 토사 혼합성토재의 최대건조단위 중량은 허용최대입경이 19mm인 표준다짐시험 또는 수정 다짐시험으로 산정할 수 없다. 본 연구에서는 입경이 큰 혼합 성토 재의 최대건조단위중량 산정을 위해 직경 48cm, 높이 49.5cm인 대형원형몰드를 제작하여 예비다짐시험을 수행하였다. 예비다짐시험은 동일한 시료에 대해서 단위 체적당 다짐에너지를 변화시키면서 다짐을 수행하여 단위 체적당 다짐에너지 변화에 따른 건조단위중량의 변화 곡선을 얻고, 이로부터 최대건조단위중량을 구하는 시험이다.
- 상대다짐도를 평가하기 위한 예비다짐시험 7회, 혼합성토재의 4번체 통과율, 최대입경, 함수비 변화에 따른 다짐 특성 분석을 위한 24회의 시험을 수행하여 얻은 결론은 다음과 같다.
- 세립분 함유량 변화가 혼합성토재의 다짐특성에 미치는 영향을 분석하기 위해서 Fig. 4와 같이 최대입경 100mm인 경우에 4번체 통과율을 5, 15, 25%로 변화시키면서 시험을 수행하였다. 또한 혼합성토재의 함수비 변화가 건조단위 중량에 미치는 영향을 평가하기 위하여 이암시료 최대입경 100mm인 조건에서 4번체 통과시료의 함수비를 변화시키면서 다짐시험을 수행하였다.
- 조건이다. 시료에 포함된 암의 최대입경 변화가 최대건조단위 중량에 미치는 영향을 분석하기 위하여 4번체 통과율이 15%인 조건에서 혈암시료에 대해서는 최대입경 100mm와 200mm 인 경우에 대하여, 이암시료에 대해서는 최대입경 100, 150, 200mm인 경우에 대한 다짐시험을 수행하였다.
- 암버럭-토사 혼합성토재의 다짐 특성을 분석하기 위하여 대형 원형토조를 이용하여 총 31회의 다짐시험을 수행하였다. 상대다짐도를 평가하기 위한 예비다짐시험 7회, 혼합성토재의 4번체 통과율, 최대입경, 함수비 변화에 따른 다짐 특성 분석을 위한 24회의 시험을 수행하여 얻은 결론은 다음과 같다.
- 또한 최대입경 변화가 다짐 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 4번체 통과율이 15%인 조건에서 최대입경 100, 150, 200mni인 경우에 대한 다짐시험을 수행하였다. 최대입경 100, 150, 200mm 에 대한 4번체 크기(4.75mm) 비는 각각 1/21, 1/32, 1/42로, 굵은 골재의 최대입경(63.5mm)에 대한 모래입자의 입경비와 유사한 범위에 포함되도록 하였다.
- 혼합성토재의 입도분포를 파악하기 위하여 2개소에서 채취한 시료에 대하여 체분석 시험을 수행하였다. 암 재료는 터널발파로 발생한 암을 노반 조성을 목적으로 소할 한 것으로, 입자는 모난 형상이 주를 이루었다.
대상 데이터
- 따라서 본 연구에서는 현장 조건과 가급적 유사한 시료를 조성하기 위하여 고속철도 상부노반 입도분포곡선의 하한기준에 가능한 가깝게 시료를 제작하였다. 4번체 통과량 15%시료는 63.5mm까지 설계기준 하한곡선과 일치하며, 4 번체 통과율 5%와 25% 시료는 4번체 통과율이 작고 많은 현장 조건을 고려하기 위하여 준비하였다. Table 2는 시험대상 시료의 Dio, D30, Deo, 균등계수(G)및 곡률계수(Cg)로, 각 시험대상 시료의 입도분포는 균등계수가 6이상.
- 1)를 제작하여 수행하였다. 경부고속철도 2단계 구간의 노반공사가 진행 중인 2개 공구의 주요 구성암은 각각 혈암(shale)과 이암(mudstone)으로, 각 암에 대한 물리적 특성은 Table 1과 같다. 물리적 특성 평가로부터 혈암이 이암보다 비중이 크고, 간극률이 작으며, 압축강도가 크고, 슬레이킹에 강한 전체적으로 양호한 상태의 암으로 평가되었다.
- 시험은 내경과 높이가 각각 48cm, 49.5cm인 원형토조(Fig. 1)를 제작하여 수행하였다. 경부고속철도 2단계 구간의 노반공사가 진행 중인 2개 공구의 주요 구성암은 각각 혈암(shale)과 이암(mudstone)으로, 각 암에 대한 물리적 특성은 Table 1과 같다.
- 시료에 대하여 체분석 시험을 수행하였다. 암 재료는 터널발파로 발생한 암을 노반 조성을 목적으로 소할 한 것으로, 입자는 모난 형상이 주를 이루었다. 이암의 경우암 재료 상호간 접촉 시 각진 모서리 부분은 응력집중으로 부서질 가능성이 클 것으로 판단되었다.
성능/효과
- (1) 이암 혼합성토재에 대한 다짐시험 수행 결과, 건조단위 중량은 함수비 증가에 따라 증가하다가 최대값에 도달한 후 감소하는 일반적인 흙의 다짐곡선을 나타내었다. 그러나 일반 노상토의 다짐곡선과 비교하여 함수비 변화에 따른 건조단위중량 변화는 작았다.
- (2) 혼합성토재의 4번체 통과율 증가 시 최대건조단위 중량은 증가하였다. 두 종류의 암에서 4번체 통과율이 증가함(5%->25%)에 따라, 혈암시료는 5.
- (3) 사용재료의 최대입경 변화에 따른 최대건조단위 중량변화는 이암의 경우 최대입경이 증가할수록(lOOrnnrf 200mm) 최대건조단위중량이 최대 3.22% 감소하여 감소 경향이 뚜렷하였으나, 혈암의 경우 최대입경이 증가할수록 최대건조단위중량은 감소하였으나, 그 절대량은 크지 않았다.
- 도를 구하여 Table 4에 정리하였다. 120회 다짐을 했을 때, 상대다짐도의 범위는 94.0~98.4%의 범위를 보였으며, 평균은 96.3%, 표준편차는 1.3%였다. 본 연구에서는 다짐시험 시 120회의 층 다짐을 수행하여 획득한 건조단위중량을 96.
- 2kN/m3S. 4번체통과율이 높을수록 더 큰 건조단위중량을 보여 주었으며, 그 차이는 최대 1.8kN/n?로 9.3%에 달하였다.
- 결론적으로, 이암과 같이 강도가 낮은 암 재료를 혼합성토 재로 사용할 경우, 높은 최대건조단위중량을 얻기 위해서는 가급적 4번체 통과율을 높이고, 암 재료의 최대 입경을 가급적 작게 할 필요가 있을 것으로 판단되었다.
- 고속철도 2단계 공사 현장의 입도분석시험 자료를 분석한 결과, 입도분포곡선은 고속철도 상부노반 암성토 재료의 입도하한기준에 근접하는 경향을 보였다. 이는 현장에서 입경이 큰 암 재료를 사용하고 있다는 것을 의미한다.
- Table 2는 시험대상 시료의 Dio, D30, Deo, 균등계수(G)및 곡률계수(Cg)로, 각 시험대상 시료의 입도분포는 균등계수가 6이상. 곡률 계수가 1에서 3사이로 모두 양호한 것으로 평가되었다.
- 이는 전체 시료에서 4번체 통과중량에 대한 4번체 잔류 중량의 비가 상대적으로 높았기 때문에 4번체 통과시료의 함수비 변화가 시료 전체의 밀도변화에 큰 영향을 미치지 못하였기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 4번체 통과율이 5%에서 25%로 증가함에 따라 함수비 변화에 따른 건조단위 중량의 변화폭이 증가하여 함수비의 영향이 커지는 것을 알 수 있었다.
- 80% 각각 최대건조단위중량이 증가하였다. 다짐 시험 전 후의 입도를 비교 분석한 결과(Fig. 7), 이암이 혈암보다 강도가 작아 다짐 시 입자 파쇄가 많이 발생하였고, 그 결과 최대건조단위중량이 증가한 것으로 추측되었다. Fig.
- 그림 5(b)는 단위체적당 다짐 에너지와 건조단위 중량과의 관계를 나타낸 것으로, 다짐 시험 결과와 그림 5(a)에서 회귀 분석하여 구한 계수(기울기, y 절편)로부터 유도한 쌍곡선함수를 이용하여 산정한 다짐 에너지-건조단위중량 곡선을 함께 도시한 것이다. 다짐에너지가 증가할수록 건조단위중량은 증가하다가 일정 값에 수렴하는 것을 알 수 있다. 구해진 쌍곡선함수로부터 다짐 에너지가 무한대 일 때의 건조단위중량을 최대 건조단위중량으로 정의하였다.
- 증가하였다. 두 종류의 암에서 4번체 통과율이 증가함(5%->25%)에 따라, 혈암시료는 5.98%, 이암시료는 8.80% 최대 건조단위중량이 증가하였다. 혼합성토재의 4번체 통과율 변화에 따른 최대건조단위중량 변화는 암 종류에 따라 상이하며, 암 재료의 강도 특성과 관계가 있는 것으로 추정되었다.
- 22% 감소하여, 혈암시료와 비교하여 최대입경 증가에 따른 최대건조단위중량 감소효과가 크게 나타났다. 따라서 이 암과 같이 강도가 낮은 암 재료를 쌓기 재료로 사용할 경우, 높은 수준의 최대건조단위중량을 얻기 위해서는 최대 입경을 가급적 작게 할 필요가 있을 것으로 판단되었다.
- 경부고속철도 2단계 구간의 노반공사가 진행 중인 2개 공구의 주요 구성암은 각각 혈암(shale)과 이암(mudstone)으로, 각 암에 대한 물리적 특성은 Table 1과 같다. 물리적 특성 평가로부터 혈암이 이암보다 비중이 크고, 간극률이 작으며, 압축강도가 크고, 슬레이킹에 강한 전체적으로 양호한 상태의 암으로 평가되었다. Fig.
- 7 은 최대입경 lOOinrn인 경우에 대한 혈암시료와 이암시료의 다짐시험 전후의 입도분포곡선으로, 그림으로부터 다짐 후 이암시료가 혈암시료보다 입자파쇄가 많이 발생한 것을 확인할 수 있었다. 시험결과로부터 혼합토의 4번체 통과율 변화에 따른 최대건조단위중량 변화는 암 종류에 따라 차이가 있으며, 이는 암 재료의 강도 특성과 관계가 있는 것으로 추정되었다.
- 결과의 반복성을 위해 동일 조건에서 2~3회 반복시험을 수행하였다. 최대입경이 100mm에서 200mm로 증가함에 따라 혈암 시료는 평균 0.29%, 최대 1.63% 최대건조단위중량이 감소하였고, 이암시료는 최대건조단위중량이 평균 1.63%, 최대 3.22% 감소하여, 혈암시료와 비교하여 최대입경 증가에 따른 최대건조단위중량 감소효과가 크게 나타났다. 따라서 이 암과 같이 강도가 낮은 암 재료를 쌓기 재료로 사용할 경우, 높은 수준의 최대건조단위중량을 얻기 위해서는 최대 입경을 가급적 작게 할 필요가 있을 것으로 판단되었다.
- 혈암과 이암시료의 4번체 통과율 증가(5%t25%)에 따른 최대건조단위중량 변화는 혈암시료는 5.98%, 이암시료는 8.80% 각각 최대건조단위중량이 증가하였다. 다짐 시험 전 후의 입도를 비교 분석한 결과(Fig.
- 6은 최대입경 lOOnun인 혈암과 이암시료의 4번체통과율 변화에 따른 최대건조단위중량의 변화를 나타낸 것이다. 혈암시료의 최대건 조단위중량이 이암 시료의 최대건조단위 중량보다 4번체 통과율 변화에 따라 2~5% 큰 값을 보여주었다. 이는 혈암시료를 구성하는 혈암의 비중이 이암시료를 구성하는 이암의 비중보다 크고 간극률이 작기 때문인 것으로 판단된다.
- 80% 최대 건조단위중량이 증가하였다. 혼합성토재의 4번체 통과율 변화에 따른 최대건조단위중량 변화는 암 종류에 따라 상이하며, 암 재료의 강도 특성과 관계가 있는 것으로 추정되었다.
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