압축지수는 점토의 압축특성을 나타내는 대표적인 물성치로 압밀시험으로 직접 결정하거나, 점토의 기본 물성으로부터 경험적 방법으로 추정한다. 그러나 자연점토의 압축지수는 지반 물성치뿐 아니라 퇴적상태에 영향을 받으므로 경험적 추정방법은 지역적 한계를 지닌다. 본 연구에서는 재성형점토의 압축특성을 이용하여 지반 물성치로부터 자연 점토의 압축지수를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 부산점토의 압밀시험 결과를 통해 제안방법의 적합성을 검증하였으며, 오차원인을 분석하였다. 분석결과 제안된 방법은 경험적 추정방법보다 압축지수를 정확하게 추정하였다. 제안방법의 오차는 가정사항에 의해 발생하며, 추정오차는 $e_{cross}/e_0$와 명확한 반비례 관계를 나타냈다.
압축지수는 점토의 압축특성을 나타내는 대표적인 물성치로 압밀시험으로 직접 결정하거나, 점토의 기본 물성으로부터 경험적 방법으로 추정한다. 그러나 자연점토의 압축지수는 지반 물성치뿐 아니라 퇴적상태에 영향을 받으므로 경험적 추정방법은 지역적 한계를 지닌다. 본 연구에서는 재성형점토의 압축특성을 이용하여 지반 물성치로부터 자연 점토의 압축지수를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 부산점토의 압밀시험 결과를 통해 제안방법의 적합성을 검증하였으며, 오차원인을 분석하였다. 분석결과 제안된 방법은 경험적 추정방법보다 압축지수를 정확하게 추정하였다. 제안방법의 오차는 가정사항에 의해 발생하며, 추정오차는 $e_{cross}/e_0$와 명확한 반비례 관계를 나타냈다.
The compression index, representing the compressibility of clay, is generally obtained from the consolidation test, or predicted by empirical correlations using soil properties. However, empirical methods have regional limitations, because the compression index is affected not only by soil propertie...
The compression index, representing the compressibility of clay, is generally obtained from the consolidation test, or predicted by empirical correlations using soil properties. However, empirical methods have regional limitations, because the compression index is affected not only by soil properties but also by site characteristics, such as deposition conditions and stress history. In this study, a method evaluating the compression index from typical soil properties is suggested using the characteristics of reconstituted clay. By analyzing the consolidation test results of Busan clay, the suggested method is verified, and the analysis of prediction error is carried out. It is shown that the proposed method evaluates the compression index more accurately than empirical methods previously suggested. The prediction errors occur by assumption, and are inversely proportional to $e_{cross}/e_0$, obviously.
The compression index, representing the compressibility of clay, is generally obtained from the consolidation test, or predicted by empirical correlations using soil properties. However, empirical methods have regional limitations, because the compression index is affected not only by soil properties but also by site characteristics, such as deposition conditions and stress history. In this study, a method evaluating the compression index from typical soil properties is suggested using the characteristics of reconstituted clay. By analyzing the consolidation test results of Busan clay, the suggested method is verified, and the analysis of prediction error is carried out. It is shown that the proposed method evaluates the compression index more accurately than empirical methods previously suggested. The prediction errors occur by assumption, and are inversely proportional to $e_{cross}/e_0$, obviously.
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문제 정의
(1) 본 연구에서는 재성형점토의 압축특성과 Schmertmann (1955)의 제안을 바탕으로 자연점토의 압축지수 추정방법을 제안하였다. 제안방법을 보면 자연점토의 압축지수는 다양한 물성치에 복합적으로 영향을 받으며, 특히 응력조건에도 영향을 받는 것으로 나타났다.
자연점토의 압축지수 추정 시 물성치 측정오차, 점토의 퇴적상태, 점토의 흙구조 붕괴특성, 통계분석의 오류 등으로 추정 오차가 발생할 수 있다. 물성치 측정오차, 통계분석 오류는 불규칙한 오류로 원인을 분석하기 어려우므로 본 연구에서는 자연점토의 퇴적상태 및 흙구조 붕괴특성이 오차에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 Schmertmann(1955)의 제안과 재성형 점토의 압축특성을 이용하여 자연시료의 압축지수를 추정하는 방법을 제안하였다. 선행연구자들은 압밀시험에서 얻은 압축지수와 단일 또는 복수의 지반 물성치를 통계적으로 분석하는 경험적 방법으로 압축지수 추정식을 제안하였으나 본 연구에서는 자연 및 재성형점토의 압축특성을 이용하여 이론적으로 압축지수 추정식을 제안하였다.
가설 설정
Schmertmann(1955)방법과 본 논문에서 제안된 압축 지수 추정방법은 ecross/e0가 0.42라는 동일한 가정을 하며, 두 방법의 유일한 차이점은 σ'0.42를 구하는 방법이 다.
그리고 Δer/eL이 자연점토 압축지수에 미치는 영향을 분석하여 Δer/eL이 클수록 압축지수가 크다고 하였다.
즉, 자연점토의 e-logσ′v 곡선이 재성형점토의 e-logσ′v 곡선에 빨리 접근할수록 압축지수는 커질 것이다.
제안 방법
7의 경험적 추정식의 정확성을 비교한 것이다. 결정계수는 데이터의 크기와 분포등에 따라 달라질수 있으므로, 본 연구에서는 ME(Mean Error)와 MAE(Mean Absolute Error)를 이용하여 각 추정식의 정확성을 비교하였다. ME와 MAE는 추정식의 정확성을 평가하는 지표로 식 (6) 및 식 (7)과 같으며, ME는 0에 가까울수록 MAE는 작을수록 추정식의 정확성이 높다.
42로 가정하고 자연시료 압축지수 추정식을 제안하였다. 그러나 ecross/e0는 다양한 이유로 변할 수 있으므로, 본 연구에서는 ecross/e0가 제안방법(식5)에 미치는 영향을 분석하였다.
제안방법의 검증을 위해 부산신항만 및 양산지역의 압밀시험 결과를 분석하고 기존의 경험적 방법과 정확성을 비교하였다. 그리고 오차분석을 통하여 제안방법의 오차원인을 파악하였다.
부산지역 점토의 압밀시험 결과를 분석하여 제안된 추정방법을 검증하였으며, 경험적 추정방법과 비교하여 제안방법의 정확성을 확인하였다. 그리고 추정오차 분석을 통해 자연점토의 퇴적상태와 흙구조 붕괴특성(ecross/e0)이 제안방법의 압축지수 추정에 미치는 영향을 파악하였다.
본 연구는 자연점토 압축지수 추정에 관한 것으로, 기존의 경험적 추정방법은 통계적 분석을 통해 압축지수 추정식을 제안하는 반면, 본 연구에서는 선행연구자들의 연구결과를 바탕으로 이론적으로 추정방법을 제안하였다. 제안방법의 검증을 위해 부산신항만 및 양산지역의 압밀시험 결과를 분석하고 기존의 경험적 방법과 정확성을 비교하였다.
본 연구는 제안방법의 검증을 위해 부산지역인 부산 신항만 및 양산지역 압밀시험 결과를 분석하였으며, 대상지반의 위치는 Fig. 2와 같다. 부산점토는 낙동강 하구에 퇴적된 점토로 위치에 따라 다르나 20m～70m 두께로 점토층이 퇴적되어 있으며, 점토층은 심도 10m～ 30m를 경계로 물성치가 다른 2개 층으로 구분된다(Jang et al.
즉, 자연점토의 e-logσ′v 곡선이 재성형점토의 e-logσ′v 곡선에 빨리 접근할수록 압축지수는 커질 것이다. 본 연구에 서는 이러한 특성을 흙구조 붕괴특성이라고 정의하고 ecross/e0를 통해 정량화하였다. 간극비 교차점(ecross)은 자연점토와 재성형점토의 e-logσ′v 곡선이 만나는 간극비로, ecross/e0가 클수록 구속응력에 의해 자연점토의 흙구조가 쉽게 붕괴하는 것을 의미한다.
본 연구에서는 Δer/eL를 이용하여 자연점토의 퇴적상태가 제안방법(식 5)에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 제안방법을 검증하기 위하여 제안된 방법과 기존의 경험적 방법으로 추정한 압축지수의 정확성을 비교하였다. Fig.
부산신항만 및 양산지역에서 각각 50개와 51개의 표준압밀시험 결과를 분석하였으며, 그 결과는 Fig. 5와 같다. 부산신항만과 양산지역의 과압밀비(OCR)는 상부층을 제외하고는 대부분 0.
본 연구에서는 Schmertmann(1955)의 제안과 재성형 점토의 압축특성을 이용하여 자연시료의 압축지수를 추정하는 방법을 제안하였다. 선행연구자들은 압밀시험에서 얻은 압축지수와 단일 또는 복수의 지반 물성치를 통계적으로 분석하는 경험적 방법으로 압축지수 추정식을 제안하였으나 본 연구에서는 자연 및 재성형점토의 압축특성을 이용하여 이론적으로 압축지수 추정식을 제안하였다. 부산지역 점토의 압밀시험 결과를 분석하여 제안된 추정방법을 검증하였으며, 경험적 추정방법과 비교하여 제안방법의 정확성을 확인하였다.
대상 데이터
3에서 볼 수 있듯이 부산신항만 지역의 경우 기본물성의 편차가 작은 반면, 양산지역은 기본물성의 편차가 큰 것으로 나타났다. 이것은 양산지역이 부산신항만 지역에 비해 넓은지역에서 시료를 채취하였기 때문으로 판단되며, 부산신항만 및 양산지역에서 각각 50개와 51개 시료를 채취하여 기본물성시험을 수행하였다.
데이터처리
본 연구는 자연점토 압축지수 추정에 관한 것으로, 기존의 경험적 추정방법은 통계적 분석을 통해 압축지수 추정식을 제안하는 반면, 본 연구에서는 선행연구자들의 연구결과를 바탕으로 이론적으로 추정방법을 제안하였다. 제안방법의 검증을 위해 부산신항만 및 양산지역의 압밀시험 결과를 분석하고 기존의 경험적 방법과 정확성을 비교하였다. 그리고 오차분석을 통하여 제안방법의 오차원인을 파악하였다.
이론/모형
6은 압밀시험으로 구한 압축지수와 제안방법을 이용하여 추정한 압축지수를 비교한 것이다. 압밀시험 구한 압축지수의 경우 Schmertmann의 보정방법을 이용하여 교란효과를 보정한 압축지수이다. 두 지역 모두 추정오차는 대부분 20% 이하였으며, 최대 추정오차는 40% 정도로 나타났다.
성능/효과
(2) 제안방법과 경험적 방법의 정확성을 비교해 본 결과 제안방법의 MAE가 경험적 방법의 MAE에 비해 작게 나타나 경험적 방법보다 정확하게 부산점토의 압축지수를 추정하였다. 경험적 추정방법은 신뢰성 높은 추정식을 얻기 위해 동일지역의 많은 압밀시험 데이터가 필요하다.
(3) 제안방법의 경우 불규칙 오차를 제외하면 ecross/e0 =0.42 라는 가정사항에 의해 오차가 발생한다. 흙구조 붕괴특성을 나타내는 ecross/e0가 0.
Cc(predicted)는 추정식을 통해 추정한 압축지수, Cc(measured)는 압밀시험에서 구한 압축지수로 Schmertmann의 방법으로 교란효과를 보정한 값이다. Table 2를 보면 부산신항만과 양산지역에 대하여 액성한계를 이용한 압축지수 추정식의 ME는 각각 -0.036과 0.028, 함수비를 이용한 추정식의 ME는 -0.027과 0.022로 나타나 Fig. 7의 경험적 추정식이 부산신항만 지역의 압축지수를 약간 과소평가하며 양산지역의 압축지수는 약간 과대평가하는 것으로 나타났다. 두 지역 모두 함수비를 이용한 추정식의 MAE가 액성한계를 이용한 추정식의 MAE 보다 작아 함수비를 이용한 압축지수 추정식의 정확성이 높았다.
42와 거의 같아 제안 방법의 가정이 적합한 것으로 판단된다. 두 대상지역을 비교하면 부산신항만 지역의 ecross/e0 분산이 양산지역에 비해 컸으며, 이로 인해 제안방법으로 압축지수를 추정할 경우 부산신항만 지역의 추정 정확성이 양산지역에 비해 떨어졌다.
7의 경험적 추정식이 부산신항만 지역의 압축지수를 약간 과소평가하며 양산지역의 압축지수는 약간 과대평가하는 것으로 나타났다. 두 지역 모두 함수비를 이용한 추정식의 MAE가 액성한계를 이용한 추정식의 MAE 보다 작아 함수비를 이용한 압축지수 추정식의 정확성이 높았다.
반면 본 연구방법은 대상지반의 A와 B 그리고 대략적인 응력상태를 안다면 압축지수 추정식을 제안할 수 있다. 또한 본 연구방법은 자연점토의 퇴적상태를 고려하는 방법으로 추정식의 정확성이 경험적 방법에 비해 뛰어났다. 전술하였듯이 A와 B는 재성형점토에 대한 결과로, 구성 점토성분이 유사하다면 비슷한 값을 갖는 것으로 알려져 있다.
경험적 추정방법은 신뢰성 높은 추정식을 얻기 위해 동일지역의 많은 압밀시험 데이터가 필요하다. 반면에 제안방법은 재성형점토의 압축특성을 대표하는 계수 A와 B를 통해 압축지수 추정식을 제안할 수 있으며, 자연점토의 퇴적상태를 고려하므로 보다 정확하게 압축지수를 추정할 수 있었다.
2 사이에 분포하였다. 부산신항만 지역의 압축지수는 Fig. 2의 함수비 및 액성한계 분포와 유사하게 E-25m까지 증가하다 그 이하의 깊이에서는 감소하는 경향이 나타났다.
3은 대상 지반의 기본 물성치를 심도에 따라 나타낸 것으로, 평균값과 범위를 표시하였다. 부산신항만 지역의 함수비, 액성한계 및 소성한계는 각각 35%～ 75%, 40%～90%, 20%～35%로 나타났다. 양산지역의 함수비, 액성한계 및 소성한계는 각각 35%～60%, 40% ～75%, 20%～30%로 나타났다.
선행연구자들은 압밀시험에서 얻은 압축지수와 단일 또는 복수의 지반 물성치를 통계적으로 분석하는 경험적 방법으로 압축지수 추정식을 제안하였으나 본 연구에서는 자연 및 재성형점토의 압축특성을 이용하여 이론적으로 압축지수 추정식을 제안하였다. 부산지역 점토의 압밀시험 결과를 분석하여 제안된 추정방법을 검증하였으며, 경험적 추정방법과 비교하여 제안방법의 정확성을 확인하였다. 그리고 추정오차 분석을 통해 자연점토의 퇴적상태와 흙구조 붕괴특성(ecross/e0)이 제안방법의 압축지수 추정에 미치는 영향을 파악하였다.
전술하였듯이 A와 B는 재성형점토에 대한 결과로, 구성 점토성분이 유사하다면 비슷한 값을 갖는 것으로 알려져 있다. 실제 압축지수 추정결과 제안된 A와 B는 부산신항만과 양산지역에 적합한 것으로 판단된다.
42보다 작으면 압축지수를 과대평가한다. 실제 추정오차를 분석한 결과 추정오차율과 ecross/e0는 명확한 반비례 관계가 나타났다. 부산점토의 경우 평균 ecross/e0가 0.
부산신항만 지역의 함수비, 액성한계 및 소성한계는 각각 35%～ 75%, 40%～90%, 20%～35%로 나타났다. 양산지역의 함수비, 액성한계 및 소성한계는 각각 35%～60%, 40% ～75%, 20%～30%로 나타났다. 심도에 따른 함수비와 액성한계의 변화를 보면, 부산신항만 지역은 EL-25m까지의 증가하다 이후에 감소하였으며 양산지역은 명확한 경향이 나타나지 않았다.
43에서 오차율 0%를 보인다. 이상을 종합하면 제안방법의 오차는 흙구조 붕괴특성인 ecross/e0에 의해 발생하며, 경향을 벗어나는 오차는 불규칙한 오차에 의해 발생하는 것으로 판단된다. 부산신항만과 양산점토의 평균 ecross/e0는 각각 0.
080으로 나타나 신항만지역에 비해 양산지역의 추정 정확성이 높았다. 제 안방법은 Fig. 7의 경험적 추정식들에 비해 추정 정확성이 높았으며, 특히 양산지역의 경우 제안방법의 추정 정확성이 경험적 방법에 비해 월등히 뛰어났다. 경험적 방법은 통계분석을 통해 추정식을 제안하므로 신뢰성 있는 추정식을 제안하기 위해서는 다수의 동일지역 압밀시험 결과가 필요하다.
제안방법(식 5)의 경우 부산신항만과 양산지역의 ME는 -0.028과 0.004, MAE는 0.117과 0.080으로 나타나 신항만지역에 비해 양산지역의 추정 정확성이 높았다. 제 안방법은 Fig.
제안방법은 자연점토의 퇴적상태를 고려하여 압축지수를 추정하는 방법임에도 불구하고, Fig. 9에서 퇴적상태를 나타내는 Δer/eL과 오차율이 낮은 상관성이지만 비례관계로 나타났다.
(1) 본 연구에서는 재성형점토의 압축특성과 Schmertmann (1955)의 제안을 바탕으로 자연점토의 압축지수 추정방법을 제안하였다. 제안방법을 보면 자연점토의 압축지수는 다양한 물성치에 복합적으로 영향을 받으며, 특히 응력조건에도 영향을 받는 것으로 나타났다. 이는 제안방법이 자연점토의 퇴적상태를 고려하는 압축지수 추정방법이기 때문이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
압축지수이란 무엇인가?
압축지수는 점토의 압축특성을 나타내는 대표적인 물성치로 압밀시험으로 직접 결정하거나, 점토의 기본 물성으로부터 경험적 방법으로 추정한다. 그러나 자연점토의 압축지수는 지반 물성치뿐 아니라 퇴적상태에 영향을 받으므로 경험적 추정방법은 지역적 한계를 지닌다.
지반의 침하는 무엇에 큰 영향을 미치는가?
지반의 침하는 구조물의 안정과 서비스 성능에 큰 영향을 미치므로 지반 구조물 설계 및 시공시 지반의 압축특성을 파악하는 일은 매우 중요하다. 압축지수(Cc)는 점성토의 압축특성을 나타내는 대표적인 물성치로 압밀 침하량 산정에 사용된다.
자연점토의 압축지수 추정방법의 특징은 무엇인가?
(1) 본 연구에서는 재성형점토의 압축특성과 Schmertmann (1955)의 제안을 바탕으로 자연점토의 압축지수 추정방법을 제안하였다. 제안방법을 보면 자연점토의 압축지수는 다양한 물성치에 복합적으로 영향을 받 으며, 특히 응력조건에도 영향을 받는 것으로 나타 났다. 이는 제안방법이 자연점토의 퇴적상태를 고려하는 압축지수 추정방법이기 때문이다.
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