본 연구는 포천에서 채취된 화강풍화토를 불산용액을 이용하여 인공적으로 풍화를 진행시켜서 풍화도 변화에 따른 화강풍화토의 입자파쇄 특성을 연구하였다. 이를 위해 조성광물 분석을 통한 풍화지수 결정 후, 입도분석, 표준다짐시험 및 변수위 투수시험을 실시하였다. 본 연구결과는 풍화가 진행되면서 전체입경분포에서 입자파쇄가 진행되었으며, 입경 $D_{10}$과 $D_{50}$에 대한 비표면적을 비교한 결과 입경 $D_{50}$ 이하의 작은 입경분포에서 입자파쇄가 활발하게 진행된 것으로 나타났다. 또한 다짐에 의한 입자파쇄 결과는 최적함수비 부근에서 입자파쇄가 최대치를 보였고 풍화가 진행됨에 따라서 비표면적 증분비가 감소하는 것으로 보아 풍화지수가 높을수록 입자파쇄에 둔감한 것으로 나타났다.
본 연구는 포천에서 채취된 화강풍화토를 불산용액을 이용하여 인공적으로 풍화를 진행시켜서 풍화도 변화에 따른 화강풍화토의 입자파쇄 특성을 연구하였다. 이를 위해 조성광물 분석을 통한 풍화지수 결정 후, 입도분석, 표준다짐시험 및 변수위 투수시험을 실시하였다. 본 연구결과는 풍화가 진행되면서 전체입경분포에서 입자파쇄가 진행되었으며, 입경 $D_{10}$과 $D_{50}$에 대한 비표면적을 비교한 결과 입경 $D_{50}$ 이하의 작은 입경분포에서 입자파쇄가 활발하게 진행된 것으로 나타났다. 또한 다짐에 의한 입자파쇄 결과는 최적함수비 부근에서 입자파쇄가 최대치를 보였고 풍화가 진행됨에 따라서 비표면적 증분비가 감소하는 것으로 보아 풍화지수가 높을수록 입자파쇄에 둔감한 것으로 나타났다.
In this study, the characteristics of particle crash of decomposed granite soil sampled at Pocheon area were presented. The degree of weathering was artificially achieved by means of hydrofluoric acid. Weathering index was firstly determined by the analysis of mineral composition. Then, particle dis...
In this study, the characteristics of particle crash of decomposed granite soil sampled at Pocheon area were presented. The degree of weathering was artificially achieved by means of hydrofluoric acid. Weathering index was firstly determined by the analysis of mineral composition. Then, particle distribution, permeability tests were conducted. The results showed that weathering effects on particle crash over entire particle sizes. Comparative analysis on specific surface between $D_{10}$ and $D_{50}$ indicated that the smaller the particle size, the more the particle crash. In addition, the most particle crashing due to compaction appeared around the optimum moisture content. The incremental ratio of specific surface appeared to decrease as weathering proceeds, which means that the higher the weathering index the less the particle crash.
In this study, the characteristics of particle crash of decomposed granite soil sampled at Pocheon area were presented. The degree of weathering was artificially achieved by means of hydrofluoric acid. Weathering index was firstly determined by the analysis of mineral composition. Then, particle distribution, permeability tests were conducted. The results showed that weathering effects on particle crash over entire particle sizes. Comparative analysis on specific surface between $D_{10}$ and $D_{50}$ indicated that the smaller the particle size, the more the particle crash. In addition, the most particle crashing due to compaction appeared around the optimum moisture content. The incremental ratio of specific surface appeared to decrease as weathering proceeds, which means that the higher the weathering index the less the particle crash.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이러한 관점에서 본 연구는 화강풍화토의 풍화가 지속될 때의 입자파쇄 특성을 알아보기 위해서 포천지역에서 채취한 화강풍화토에 단계적으로 인위적인 풍화를 진행시 켜서 각각의 풍화도를 다르게 시험시료를 준비하였다. 인위적인 풍화를 진행시키기 위해서 사용된 용액은 교란된 토립자의 상대적인 풍화도 비교에 가장 널리 쓰이는 불산 (FCL) 용액을 10% 농도로 희석시켜서 사용하였다.
가설 설정
비표면적은 입도분포곡선에서 입경 D50과 입경 D10을 기준으로 하여 단위체적에 포함된 모든 토립자는 구(球)로 가정하고 단위체적당 비표면적(S = πD2 /πD3 /6)을 계산 하였으며, 비표면적 A, B는 각각 입경 D10과 입경 D50을 기준으로 산정하였으며 그 결과는 Fig. 9에 나타내었다.
제안 방법
다짐 함수비와 그에 따른 투수특성을 연관 지어서 검토하였으며 입자의 파쇄성에 대해 알아보기 위하여 시험 전·후로 입도시험을 실시하였고 그 결과를 토대로 화강풍화토의 파쇄 영향에 대해 풍화단계별로 비교분석하였으며 풍화가 진행됨에 따라서 입자파쇄의 경향이 어떠한 양상을 보이는지도 고찰하였다.
본 연구는 각 시료에 불산용액을 이용하여 인위적으로 풍화를 진행시켰기 때문에 풍화 진행기간에 따라서 입자 파쇄 현상이 다르게 나타날 것으로 판단된다. 따라서 이러한 실험과정에서 발생되는 입자파쇄 특성에 대해서 알아보기 위하여 입도분석을 실시하였으며, 그 실험결과는 Fig. 8과 같다. 실험결과에 의하면 풍화지수(CWI)가 높아질수록 동일 입경에서의 통과 백분율이 점점 높아지는 것으로 나타났다.
본 연구는 포천에서 채취된 화강풍화토를 인공적인 풍화기법을 이용하여 풍화도 변화에 따른 화강풍화토의 입자파쇄특성을 연구하였으며 이를 위해 입도시험과 조성광물 분석을 통한 풍화지수 결정 후 표준다짐시험 및 투수시험 등을 통해 얻은 결과는 다음과 같다.
즉, CWI에 쓰이는 분자는 풍화에 의해 지반 내에 잔류하여 증가되는 화학 성분으로 풍화에 의해 화학성분이 용탈되는 관점이 아니라 어떤 성분이 풍화에 의해 잔류 증가된다는 관점에서 풍화의 진행 정도를 정량적으로 나타내는 지표로 정식화하였다. 본 연구에서는 CWI를 화학적 풍화도 판정에 이용하였다.
본 연구에서는 감열감량법을 이용하여 풍화 단계별 시료에 대하여 상대적인 풍화 진행정도를 알아보기 위하여 시행되었으며 강열감량(Li)<2.0%이면 신선암 내지 약풍화암, 2.0%<Li< 4.0%는 중풍화토, 4.0%<Li는 강풍화토로 분류된다.
본 연구에서는 물리적 풍화도 판정에 강열감량(Ignition Loss, Li)을 사용했다. 이 방법은 화강풍화토 뿐만 아니라 토립자가 2차 광물을 함유하고 있는 경우에는 그 함유량을 연소시켜 감량되는 양으로서 풍화의 판정에 이용하려는 방법이다.
인위적인 풍화를 진행시키기 위해서 사용된 용액은 교란된 토립자의 상대적인 풍화도 비교에 가장 널리 쓰이는 불산 (FCL) 용액을 10% 농도로 희석시켜서 사용하였다. 시료별 풍화 지속시간은 0일, 10일, 30일, 60일 및 100일로 다르게 구분 하였고, 동일조건에서의 입도분석시험, 표준다 짐시험, 변수위 투수시험을 실시하고 각각의 시험 결과에 따른 비표면적 비교를 통해서 화강풍화토의 공학적 거동과 풍화진행에 따른 입자파쇄특성에 대하여 연구하였다.
그러나 풍화가 진행 되면 이들 값이 증가되고 강열감량도 급격히 증가되고 그 변화가 명확히 된다는 것을 구체적으로 1몰당의 중량으로서 설명하고 있다. 즉, CWI에 쓰이는 분자는 풍화에 의해 지반 내에 잔류하여 증가되는 화학 성분으로 풍화에 의해 화학성분이 용탈되는 관점이 아니라 어떤 성분이 풍화에 의해 잔류 증가된다는 관점에서 풍화의 진행 정도를 정량적으로 나타내는 지표로 정식화하였다. 본 연구에서는 CWI를 화학적 풍화도 판정에 이용하였다.
화강풍화토는 풍화 정도에 따라 흙 입자의 간극이 발달되어 있고, 특유의 입자파쇄성으로 인하여 함수량과 하중 변화에 매우 민감한 구조적 특성을 가지고 있다. 화강풍화토의 풍화진행에 따른 역학적 특성을 파악하기 위해 채취한 시료를 불산(FCL) 10% 용액에 10일, 30일, 60일, 100 일 동안 담가서 시간이 지남에 따라 단계적으로 풍화를 진행시켰으며 이에 따른 각각의 시료에 대하여 입도시험, 표준다짐시험(A다짐), 변수위투수시험을 실시하였다. 다짐 함수비와 그에 따른 투수특성을 연관 지어서 검토하였으며 입자의 파쇄성에 대해 알아보기 위하여 시험 전·후로 입도시험을 실시하였고 그 결과를 토대로 화강풍화토의 파쇄 영향에 대해 풍화단계별로 비교분석하였으며 풍화가 진행됨에 따라서 입자파쇄의 경향이 어떠한 양상을 보이는지도 고찰하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 시료는 경기도 포천지역의 풍화토 사면에서 교란된 시료를 채취하였으며 시험에 사용될 시료의 균일성을 확보하기 위하여 No.4체를 통과한 시료를 실험실로 반입하여 완전건조 후 사용하였다. 채취한 시료의 기본적인 물리적 특성은 Table 2와 같이 자연함수비가 3.
이러한 관점에서 본 연구는 화강풍화토의 풍화가 지속될 때의 입자파쇄 특성을 알아보기 위해서 포천지역에서 채취한 화강풍화토에 단계적으로 인위적인 풍화를 진행시 켜서 각각의 풍화도를 다르게 시험시료를 준비하였다. 인위적인 풍화를 진행시키기 위해서 사용된 용액은 교란된 토립자의 상대적인 풍화도 비교에 가장 널리 쓰이는 불산 (FCL) 용액을 10% 농도로 희석시켜서 사용하였다. 시료별 풍화 지속시간은 0일, 10일, 30일, 60일 및 100일로 다르게 구분 하였고, 동일조건에서의 입도분석시험, 표준다 짐시험, 변수위 투수시험을 실시하고 각각의 시험 결과에 따른 비표면적 비교를 통해서 화강풍화토의 공학적 거동과 풍화진행에 따른 입자파쇄특성에 대하여 연구하였다.
이론/모형
Table 1은 기존의 다양한 화학적 풍화지수를 나타내 수식을 정리한 것으로 대부분 화학성분을 이용하여 그 지수를 평가하고 있다. 따라서 본 연구에서 풍화도 판정은 이와 같은 수식을 준용하면서 주로 풍화가 진행된 각 시료에 대하여 강열감량(Li)과 Sueoka(1988)가 제안한 화학적 풍화지수(CWI)를 사용하여 화강풍화토의 풍화정도를 판단하는 지표로 사용 하였다.
성능/효과
(1) 화학적풍화지수(CWI)를 이용하여 풍화진행기간에 따른 각 시료별 풍화지수를 판정한 결과는 각각 25.3%, 28.9%, 32.8, 38.1%, 45.4%로 나타났으며, 풍화가 진행될수록 CWI는 증가하고 강렬감량(Li)을 이용한 물리적 풍화지수와 주요조성광물인 SiO2량은 감소하는 경향을 보였다.
(2) 풍화진행에 따른 입자파쇄 특성은 풍화가 진행되면서 전체입경분포에서 입자파쇄가 진행되었으며 입경 D10과 D50에 대한 비표면적을 비교한 결과 입경 D50 이하의 작은 입경분포에서 입자파쇄가 활발하게 진행된 것으로 나타났다.
(3) 다짐에 의한 입자파쇄 특성은 최적함수비 부근에서 입자파쇄가 최대치를 보였고 풍화가 진행됨에 따라서 비표면적 증분비가 감소하는 것으로 보아 풍화지수가 높을수록 입자파쇄에 둔감한 것으로 판단된다.
(4) 다짐 및 투수특성은 풍화지수가 증가함에 따라서 각 시료의 최대건조단위중량은 감소하고 최적함수비는 증가하는 경향을 보였다. 또한 투수계수는 풍화지수가 증가함에 따라서 점차로 감소하는 경향을 보였으며, 최적함수비 부근에서 최소가 되고 최적함수비 보다 습윤측에서 소폭으로 증가하는 경향을 보였다.
7에서는 각각의 풍화지수에 대한 투수 계수를 도시하였는데, 비교적 건조측에 해당하는 다짐함 수비가 5%, 9%인 경우의 투수계수 변화는 풍화진행에 따라서 급격히 감소하는 변화양상을 보였는데 이는 건조측 에서 입자파쇄가 활발하게 이루어졌기 때문으로 판단된다. 그러나 나머지 다짐함수비인 13%, 17%, 21%, 25%인 다짐 함수비조건에서의 풍화진행에 따른 투수계수 변화는 큰 변화 없이 풍화도가 증가하면서 점진적인 감소현상을 나타내었다.
또한 강열감량시험 결과는 시험 전 시료(0일)에서 부터 풍화진행 일수가 60일 경과한 시료까지의 시험결과 Li가 2.24∼3.62로 중풍화토에 해당하고 풍화가 100일이 경과된 시료의 Li는 4.51로 강풍화토에 해당되는 것으로 평가 되었다.
이것은 풍화가 진행 되면서 화강풍화토의 입자파쇄에 대한 영향이 점차 증가되고 화강풍화토 입자가 더욱 세립 화되며, 다짐시험이 진행될 때 함수량 변화에 따른 간극수의 증가로 인한 입자파쇄 경향이 두드러지게 나타난 결과라고 생각할 수 있다. 또한 모든 시료에 있어서 투수계수가 최적함수비보다 조금 습윤측에서 가장 작게 나타났으며 그 이후에는 투수계수가 소폭 증가하는 경향을 보인다. Lee(1998)에 의하면 이러한 현상은 화강풍화토의 점성구 조에 따른 것으로, 다짐에너지가 증가할수록 분산구조로 변화하는 것인데 최적함수비가 되기 전까지는 입자파쇄가 충분하지 않아 이산구조를 이루지만 최적함수비를 기준으로 습윤측에서 평평한 분산구조로 쉽게 변화하는 한계가 되기 때문에 나타나는 현상으로 해석된다.
(4) 다짐 및 투수특성은 풍화지수가 증가함에 따라서 각 시료의 최대건조단위중량은 감소하고 최적함수비는 증가하는 경향을 보였다. 또한 투수계수는 풍화지수가 증가함에 따라서 점차로 감소하는 경향을 보였으며, 최적함수비 부근에서 최소가 되고 최적함수비 보다 습윤측에서 소폭으로 증가하는 경향을 보였다.
10에서도 동일하게 나타나고 있는데 이것은 최적함수비 상태에서 가장 큰 파쇄현상을 일으키는 것이라고 판단할 수 있다. 또한 풍화가 진행된 시료일수록 비표면적 증분비의 변화 양상이 점차 감소하면서 입자파쇄에 둔감해지는 경향을 보이고 있음을 알 수 있다.
6은 시험에 사용된 시료의 표준다짐시험과 투수시험 후의 결과를 토대로 풍화지수 변화에 따른 최대건조단위중량, 최적함수비의 관계를 나타낸 것이다. 시험 결과에 의하면 풍화지수 증가에 따라 최대건조단위중량은 직선적으로 감소하고 최적함수비는 직선적으로 증가하는 경향을 보이고 있다. Fig.
8과 같다. 실험결과에 의하면 풍화지수(CWI)가 높아질수록 동일 입경에서의 통과 백분율이 점점 높아지는 것으로 나타났다. 이는 풍화가 진행될수록 화강풍화토의 입자 파쇄 경향이 더욱 두드러지게 나타난다는 것을 알 수 있다.
200체 통과율의 변화를 나타낸 것이다. 이 결과에 의하면 풍화도가 다른 각각의 시료가 최적함수비 부근에서 균등계수가 가장 높아지는 것을 알 수 있었으며, 최적함수비 상태에서 가장 건조밀도가 크므로 입자파쇄의 영향도 가장 큰 것으로 판단된다.
Table 3은 강열감량시험 및 ICP-OES(유도결합 플라즈마 발광분광기) 분석시험기를 이용한 화학시험 결과를 나타낸 것이다. 이 시험 결과에 의하면 화학물질의 조성성분은 풍화진행 전의 경우 SiO2가 60.8%를 대부분 차지하고 다음으로 Al2O3가 24.7%로 두 화합물을 합산할 경우 약 85%를 차지하였다. 그러나 풍화진행 일수가 증가하면서 Al2O3는 증가하고 SiO2는 감소해가고 풍화진행일수가 100일이 되는 시점에서는 Al2O3는 50.
4체를 통과한 시료를 실험실로 반입하여 완전건조 후 사용하였다. 채취한 시료의 기본적인 물리적 특성은 Table 2와 같이 자연함수비가 3.1%이며 다짐시험을 통해 얻은 최대건조단위중량과 최적함수비는 각각 18.76kN/㎥, 12.63%이다. 또한 Fig.
Table 5는 입도시험에 사용된 각 시료별 물리적 성질을 나타냈으며 이를 통해서도 입자파쇄 경향을 알아 볼 수 있다. 표에서처럼 시료별 No.200체 통과율과 균등계수 그리고 곡률계수의 변화를 살펴보면 화강풍화토의 풍화지수가 높아질수록 증가하는 경향을 보이고 있다. 이는 입도분석 결과와 마찬가지로 화강풍화토의 풍화가 진행되면서 흙입자가 잘게 부서졌음을 의미하며, 풍화지수와 입자파쇄의 연관성을 보여주는 결과라고 할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화강풍화토의 특징은?
화강풍화토는 기본적으로 화강암질 암석이 풍화되어 세립화된 것으로 이들 암석은 풍화의 진행과정에서 입자 간의 이완분리에 의해 본래의 암석으로서 결집력을 잃고 변질되는데 풍화정도에 따라 암석에 가까운 실트질 모래에서 점토질까지 넓은 범위의 입경분포를 갖는다. 이때 화강풍화토는 물리적, 화학적 풍화작용에 의해 1차 광물인 석영, 정장석, 사장석, 흑운모, 각섬석 등을 포함하는 암석이 풍화에 따라서 1차광물중 석영, 정장석 등은 안정되고 나머지가 2차광물인 Kaolinite, Illite, Montmorillonite, Halloysite, Vermeculite, Gibbsite 등으로 분리되기 때문에 퇴적토와는 다른 토질공학적 성질을 나타낸다.
화강풍화토를 재료로 한 성토지반에서 이상기후에 따른 어떠한 문제가 발생했는가?
실제로, 화강풍화토를 재료로 한 성토지반에서 지반침하가 심각한 문제로 대두되는 경우는 주로 화강풍화토 지반의 함수비 변화에 따른 압축특성의 민감한 변화의 결과로 추정하고 있다. 또한, 최근 국내에서의 이상기후에 따른 여름철 장마, 태풍, 집중호우, 그리고 폭우를 동반한 국지성호우 발생이 빈번해 지면서 전국적으로 여러 곳에서 토사유실, 사면붕괴 및 산사태가 발생한 바 있다. 이와 같은 사례는 우기시 강우 침투에 의해 사면 내 함수량이 증가함에 따라 전단강도의 감소가 유발되어 발생된 경우라고 할 수 있다.
화강풍화토란?
화강풍화토는 기본적으로 화강암질 암석이 풍화되어 세립화된 것으로 이들 암석은 풍화의 진행과정에서 입자 간의 이완분리에 의해 본래의 암석으로서 결집력을 잃고 변질되는데 풍화정도에 따라 암석에 가까운 실트질 모래에서 점토질까지 넓은 범위의 입경분포를 갖는다. 이때 화강풍화토는 물리적, 화학적 풍화작용에 의해 1차 광물인 석영, 정장석, 사장석, 흑운모, 각섬석 등을 포함하는 암석이 풍화에 따라서 1차광물중 석영, 정장석 등은 안정되고 나머지가 2차광물인 Kaolinite, Illite, Montmorillonite, Halloysite, Vermeculite, Gibbsite 등으로 분리되기 때문에 퇴적토와는 다른 토질공학적 성질을 나타낸다.
참고문헌 (12)
Lee, K. C. (1998), Geotechnical Characteristics of Decomposed Granite Soils Related to the Degree of Weathering, Ph.D Thesis, Chonnam National University, pp.89-203.
Lump, P. (1962), "The Properties of Decomposed Granite", Geotechnique, Vol.12, No.2, pp.226-243.
Matsuo. S. and Nishida. K. (1979a), "Physical Properties of Weathered Granite Soil Particles and Their Effect on Permeability", Soils and Foundations, Vol.19, No.1, pp.13-22.
Matsuo, S. and Nishida, K. (1979b), "Physical Properties of Soil Particles and Their Effect on Hydraulic Conductivity of Unsaturated Decomposed Granite Soils", Soils and Foundations, Vol.21, No.4, pp.1-12.
Miura, N. and Yamanoguchi, T. (1975), "Effect of Water on the Behavior of a Quartz-Rich Sand under High Stresses", Soils and Foundations, Vol.15, No.4, pp.23-34.
Miura, N., Hyodo, M. and Yasufuku, N. (1984), "Compressive and Shear Characteristic of Undisturbed Decomposed Granite Soils Paying Attention to the Degrees of Weathering", Proceedings of JSCE, No.382, III-7, pp.131-140.
Park, B. K. (1973), "A Study on Physical Properties of Weathered Granitic Soils in Kwangju District", Journal of the Korean Society of Civil Engineering, Vol.21, No.4, pp.37-50.
Park, B. K. (1974), "A Study on Shear Characteristics of Weathered Granite Soil", Journal of the Korean Society of Civil Engineering, Vol.22, No.3, pp.55-66.
Park, B. K., Lee, J. S., Lee, K. C. and Lim, E. S. (1996), "A Permeability and Compression Properties of Decomposed Granite Soil", Proceeding of the Korean Society of Civil Engineering, Vol.3, pp.347-350.
Park, B. K., Lee, J. S., Moon, Y. and Shin, H. C (1997), "Characteristics of Weathering and Breakage of Decomposed Granite Soil Considering Weathering Index", Proceeding of the Korean Society of Civil Engineering, Vol.3, pp.181-184.
Sueoka, T. (1988), "Identification and Classification of Granite Residual Soils Using Chemical Weathering Index", Symposium on the Weathering Residual Soil, pp.89-94.
Tugrul, A. and Gurpinar, O. (1977), "The Effect of Chemical Weathering on the Engineering Properties of Eocene Basalts in Northeastern Turkey", Environmental and Engineering Geosciences, Vol.3, No.2, pp.225-234.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.