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문제 정의
- 육상과 인접하여 퇴적된 해상지반의 토질은 조수간만의 차뿐만 아니라 하중조건 및 해수조건 등의 차이에 의해그 특성이 다를 수 있지만 보편적으로 장시간에 걸쳐 육상으로부터 공급된 균등한 세립질 모래가 퇴적되어 분포한다고 볼 수 있다. 따라서 본 연구는 새만금지역에서 채취된 사질토시료를 대상으로 상대밀도를 달리한 공시체를 제작하였으며 하중에 따른 변형특성을 평가하기 위하여 로우셀압밀시험을 실시하였다. 더불어 지반의 전단특성을 고찰하기 위해 비배수삼축압축시험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 새만금지역 사질토지반에 대한 변형 및강도특성을 파악하고자 로우셀시험 및 삼축압축시험 등을 실시하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 더불어 지반의 전단특성을 고찰하기 위해 비배수삼축압축시험을 실시하였다. 실험결과로부터 해상에 퇴적된 모래의 압축 및 변형 그리고 전단 특성을 평가하여 사질토지반의 즉시침하량, 기초지반의 지지력 및 해상의 경우 방조제 단면의 적정성 평가 등 각종 설계 및 시공시 요구되는 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 그리고 여과 지를 시료의 상부 중앙에 놓고 상판을 연결하여 멤브레인을 상판에 씌운 다음 O링으로 봉한다. 그 다음에 상부배수관을 상판에 연결시키고 40KPa의 2중 진공압을 가하여 사질토 시료의 형상유지 및 시료내의 공기를 제거할 수 있도록 하였다. 상대밀도에 따른 공시체 제작방법은 표 3과 같다.
- 따라서 본 연구는 새만금지역에서 채취된 사질토시료를 대상으로 상대밀도를 달리한 공시체를 제작하였으며 하중에 따른 변형특성을 평가하기 위하여 로우셀압밀시험을 실시하였다. 더불어 지반의 전단특성을 고찰하기 위해 비배수삼축압축시험을 실시하였다. 실험결과로부터 해상에 퇴적된 모래의 압축 및 변형 그리고 전단 특성을 평가하여 사질토지반의 즉시침하량, 기초지반의 지지력 및 해상의 경우 방조제 단면의 적정성 평가 등 각종 설계 및 시공시 요구되는 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 본 연구에서 공시체 제작은 상대밀도를 재현하는 방법으로 실시하였다. 먼저 배수 촉진을 위해 시료의 하부에 여과지를 넣고 공시체 몰드 내에 증류수를 1/2정도 채운 다음 수중 낙하법을 행하였다. 모래를 3스푼 또는 5스푼 공시체 몰드에 넣고 나무망치로 공시체 몰드를 측면에서 타격하는 방법으로 상대밀도를 재현하였다.
- 먼저 배수 촉진을 위해 시료의 하부에 여과지를 넣고 공시체 몰드 내에 증류수를 1/2정도 채운 다음 수중 낙하법을 행하였다. 모래를 3스푼 또는 5스푼 공시체 몰드에 넣고 나무망치로 공시체 몰드를 측면에서 타격하는 방법으로 상대밀도를 재현하였다. 그리고 여과 지를 시료의 상부 중앙에 놓고 상판을 연결하여 멤브레인을 상판에 씌운 다음 O링으로 봉한다.
- 본 연구에서 공시체 제작은 상대밀도를 재현하는 방법으로 실시하였다. 먼저 배수 촉진을 위해 시료의 하부에 여과지를 넣고 공시체 몰드 내에 증류수를 1/2정도 채운 다음 수중 낙하법을 행하였다.
- 본 연구에서 실시한 로우셀 압밀시험은 대상지역 최소 상대밀도를 재현해 본 결과 20%로 나타나 시험조건으로 상대밀도가 20, 40, 50, 60%인 4가지 경우에 대하여 초기 하중 5KPa에서부터 압밀을 시작하여 640KPa까지 조건으로 재하 하였다. 하중증가율(∆P/P)은 표준압밀시험과 동일하게 1로 하였다.
- 삼축압축 시험은 먼저 시료를 증류수와 함께 끓여 모래 입자내의 공기를 최대한 제거하고 삼축시험기 셀의 상하 판에 실리콘 그리스를 바르고 진공압을 가하여 공시체 몰드내에 두께 0.25mm의 멤브레인(membrane)을 O링과 함께 부착하여 공시체와 상판 및 하판 사이의 마찰에 의한 구속력을 제거하였다. 이는 재하판과 공시체 사이의 전단 응력이 발생하는 것을 방지하고 공시체내의 변형이 균일 하게 분포되도록 하기 위해서이다.
- 삼축압축시료는 수중 낙하법을 이용함과 동시에 공시체 몰드 주변을 타격하는 회수를 조절함으로서, 반입된 시료에 대하여 상대밀도가 40, 50, 60, 70%에 대하여 공시체를 제작하였다. 제작된 시료에 대하여 압밀비배수 전단시험을 실시하였다.
- 삼축압축시험은 표 2와 같이 상대밀도가 40, 50, 60, 70%인 4개 조건에 대하여 등방압축압력 50, 100, 200KPa 조건으로 실시하였고, 사질토의 특성상 즉시 침하현상이 일어나므로 압축시간을 임의적으로 100분을 적용하였다. 전단시험은 각각의 등방압축응력을 갖는 상태로부터 비배수상태로 실시하였으며, 구속압을 일정하게 유지시키고 σ1을 증가시키면서 축 변형률 15%까지 실험을 실시하였다.
- 전단시험은 각각의 등방압축응력을 갖는 상태로부터 비배수상태로 실시하였으며, 구속압을 일정하게 유지시키고 σ1을 증가시키면서 축 변형률 15%까지 실험을 실시하였다.
- 삼축압축시료는 수중 낙하법을 이용함과 동시에 공시체 몰드 주변을 타격하는 회수를 조절함으로서, 반입된 시료에 대하여 상대밀도가 40, 50, 60, 70%에 대하여 공시체를 제작하였다. 제작된 시료에 대하여 압밀비배수 전단시험을 실시하였다.
- 하중증가율(∆P/P)은 표준압밀시험과 동일하게 1로 하였다. 하중재하시간은 침하가 발생하지 않을 때까지 실시하였고, 배수조건은 그림 4와 같이 상부방향으로 1면 배수만을 하였으며 변형조건은 등변형률로 하였다. 본 연구에 사용된 시료의 공시체의 크기는 직경 75 mm, 높이 30mm이다.
대상 데이터
- 전단시험은 각각의 등방압축응력을 갖는 상태로부터 비배수상태로 실시하였으며, 구속압을 일정하게 유지시키고 σ1을 증가시키면서 축 변형률 15%까지 실험을 실시하였다. 공시체의 크기는 지름 50mm, 높이 100mm의 원주형으로 제작하였다.
- 하중재하시간은 침하가 발생하지 않을 때까지 실시하였고, 배수조건은 그림 4와 같이 상부방향으로 1면 배수만을 하였으며 변형조건은 등변형률로 하였다. 본 연구에 사용된 시료의 공시체의 크기는 직경 75 mm, 높이 30mm이다.
- 본 연구에 사용된 재료는 새만금지역에서 채취된 모래로서 균등계수가 2에 가까운 입도가 균등한 실트 섞인 모래(SM)에 해당한다. 사용된 시료의 물리적 특성과 입도분 포곡선은 각각 표 1과 그림 1에 나타내었다.
- 본 연구에서 모래에 대한 최대밀도 및 최소밀도는 일본의 JSF T161 (1990) 등에 규정되어 있는 실험방법을 이용하였다. 실험용 몰드는 약 8mm두께의 원형 스테인레스 강재로 제작하였고, 내경 60mm, 높이 40mm, 용량은 113.1cm3으로서 측정한 최소밀도는 표 1에서와 같이 11.7kN/m3 최대밀도는 15.4kN/m3이다.
이론/모형
- 사용된 시료의 물리적 특성과 입도분 포곡선은 각각 표 1과 그림 1에 나타내었다. 본 연구에서 모래에 대한 최대밀도 및 최소밀도는 일본의 JSF T161 (1990) 등에 규정되어 있는 실험방법을 이용하였다. 실험용 몰드는 약 8mm두께의 원형 스테인레스 강재로 제작하였고, 내경 60mm, 높이 40mm, 용량은 113.
성능/효과
- (1) 로우셀 압밀시험결과 상대밀도가 40%이상인 경우에는 하중-간극비곡선이 일반적인 점성토에서처럼 처녀 곡선의 형태가 나타나고 있으며, 상대밀도가 증가함에 따라 간극비의 감소는 둔화됨을 알 수 있다. 또한 최종적으로 유효상재하중이 640KPa일 경우 새만금지역 해상사질토의 최대압축 가능한 간극비는 0.
- (2) 삼축압축시험 결과 축 변형률에 대한 축차응력은 상대밀도가 크고, 등방압축응력이 클수록 크게 나타났다. 또한, 축 변형률에 8∼12%정도에서 축차 응력의 피크점이 나타났고 상대밀도가 클수록 피크점이 뚜렷하게 나타났다.
- (3) 상대밀도에 따른 삼축압축시험결과 내부마찰각을 토대로 Φ = 0.2354Dr + 15.213 이라는 실험식을 유도하였으며 이는 군장항에서 얻은 실험결과와 유사하였다.
- 그림에서와 같이 상대 밀도가 20%인 경우는 하중-간극비곡선이 일반적인 점성토에서처럼 처녀곡선의 형태가 나타나고 있다. 그리고 상 대밀도가 증가할수록 동일한 형태의 간극비-하중곡선의 형태를 보이고 있으나, 간극비의 감소는 현저히 둔화됨을 알 수 있다.
- 그림 7과 그림 8은 로우셀 시험을 통해서 얻은 하중-간극비, 하중-상대밀도 관계를 함께 분석하여 나타낸 것으로 상대밀도가 20%, 40%, 50%, 60%인 조건에 따라서 약간씩 그 값의 차이는 보이지만, 유효상재하중이 640KPa일경우 새만금지역 해상사질토의 최대압축 가능한 간극비는 0.88정도이며 더불어 최대다짐 가능한 상대밀도는 약 71%정도로 나타났다.
- (1) 로우셀 압밀시험결과 상대밀도가 40%이상인 경우에는 하중-간극비곡선이 일반적인 점성토에서처럼 처녀 곡선의 형태가 나타나고 있으며, 상대밀도가 증가함에 따라 간극비의 감소는 둔화됨을 알 수 있다. 또한 최종적으로 유효상재하중이 640KPa일 경우 새만금지역 해상사질토의 최대압축 가능한 간극비는 0.88정도이며, 최대다짐 가능한 상대밀도는 약 71%정도로 나타났다.
- 응력-변형률 관계에서처럼 상대밀도와 등방압축응력이 클수록 최대축차응력이 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 상대밀도가 40%, 50% 인 경우에 비해 상대밀도가 60%, 70%인 경우가 등방압축 응력에 따른 최대축차응력의 크기는 상대밀도가 높을수록 크게 나타났으며, 최대축차응력의 증가량은 상대밀도가 커질수록 뚜렷하게 나타나는 것을 알 수 있다.
- (2) 삼축압축시험 결과 축 변형률에 대한 축차응력은 상대밀도가 크고, 등방압축응력이 클수록 크게 나타났다. 또한, 축 변형률에 8∼12%정도에서 축차 응력의 피크점이 나타났고 상대밀도가 클수록 피크점이 뚜렷하게 나타났다.
- 상대밀도가 20%, 40%, 50%, 60%에서 유효상재하중 σ’ v=40KPa을 기준하여 계산한 것으로 그 값은 매우 작지만 상대밀도가 20%일 경우에 비해 60%인 경우의 압축지수가 2배정도 감소함을 보였다.
후속연구
- 또한 사질토 지반의 침하량은 하중재하와 동시에 발생하는 탄성(즉시)침하로 고려하고 있으며 산정 방법에는 여러 제안자들이 제안한 방법 등을 사용하고 있다. 그러나 이러한 제안식 등은 서로간의 장단점이 있기 때문에 필요시 직접실험을 통해서 결정할 필요가 있으며 더불어 사질토의 전단강도는 여러 요인들에 의해 그 거동이 달라질 수 있으므로 이에 대한 구체적인 실험과 분석이 필요하다.
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