중동지역의 Sabkha층 탄산질 모래는 낮은 전단강도를 나타내며, 입자파쇄시 내부공극의 외부노출로 인한 즉시침하와 파쇄입자의 재배열로 인한 시간 의존적 이차침하가 발생된다. 현장 대형기초에 의한 Sabkha층의 침하특성을 분석하기 위하여 Hydrotest를 수행하였고, 실내시험 결과와 비교하였다. 삼축압축시험 결과 일차입자파쇄의 정도에 따라 Sabkha층 GL-1.5 m에서 Strain-hardening, GL-7.0 m에서 Strain-perfect, GL-7.5 m에서 Strain-softening 형태의 응력-변형 거동이 나타났다. 일반적으로 전반전단파괴는 입자가 조밀하고 지반의 강도가 큰 경우 발생하나 Sabkha층 탄산질 모래에서는 Strain-softening 거동 발생시 Strain-hardening과 Strain-perfect 거동에 비하여 오히려 입자파쇄 강도가 작아지는 현상이 발생하였다. 이러한 응력-변형 특성은 상대밀도 증가시 전단강도가 증가하는 석영질 모래의 특성과는 상이한 것이다. 현장 Hydrotest시 입자파쇄의 영향으로 간극수압 소산 후에도 지속적인 이차압축침하가 발생되었으며, 입자파쇄응력이 상대적으로 작고 Strain-softening 거동, 혹은 Strain-perfect 거동을 나타낸 하부 Sabkha층의 입자파쇄가 기초침하에 지배적인 영향을 미친 것으로 판단된다.
중동지역의 Sabkha층 탄산질 모래는 낮은 전단강도를 나타내며, 입자파쇄시 내부공극의 외부노출로 인한 즉시침하와 파쇄입자의 재배열로 인한 시간 의존적 이차침하가 발생된다. 현장 대형기초에 의한 Sabkha층의 침하특성을 분석하기 위하여 Hydrotest를 수행하였고, 실내시험 결과와 비교하였다. 삼축압축시험 결과 일차입자파쇄의 정도에 따라 Sabkha층 GL-1.5 m에서 Strain-hardening, GL-7.0 m에서 Strain-perfect, GL-7.5 m에서 Strain-softening 형태의 응력-변형 거동이 나타났다. 일반적으로 전반전단파괴는 입자가 조밀하고 지반의 강도가 큰 경우 발생하나 Sabkha층 탄산질 모래에서는 Strain-softening 거동 발생시 Strain-hardening과 Strain-perfect 거동에 비하여 오히려 입자파쇄 강도가 작아지는 현상이 발생하였다. 이러한 응력-변형 특성은 상대밀도 증가시 전단강도가 증가하는 석영질 모래의 특성과는 상이한 것이다. 현장 Hydrotest시 입자파쇄의 영향으로 간극수압 소산 후에도 지속적인 이차압축침하가 발생되었으며, 입자파쇄응력이 상대적으로 작고 Strain-softening 거동, 혹은 Strain-perfect 거동을 나타낸 하부 Sabkha층의 입자파쇄가 기초침하에 지배적인 영향을 미친 것으로 판단된다.
The carbonate sands of the Sabkha layer in the Middle East have very low shear strength. Therefore, instant settlement and time-dependent secondary settlement occur when inner voids are exposed, as in the case of particle crushing. We analyzed settlement of the Sabkha layer under a large-scale found...
The carbonate sands of the Sabkha layer in the Middle East have very low shear strength. Therefore, instant settlement and time-dependent secondary settlement occur when inner voids are exposed, as in the case of particle crushing. We analyzed settlement of the Sabkha layer under a large-scale foundation by hydrotesting, and compared the field test results with the results of laboratory tests. With ongoing particle crushing, we observed the following stress-strain behaviors: strain-hardening (Sabkha GL-1.5 m), strain-perfect (Sabkha GL-7.0 m), and strain-softening (Sabkha GL-7.5 m). General shear failure occurred most frequently in dense sand and firm ground. Although the stress-strain behavior of Sabkha layer carbonate sand that of strain-softening, the particle crushing strength was low compared with the strain-hardening and strain-perfect behaviors. The stress-strain behaviors differ between carbonate sand and quartz sand. If the relative density of quartz sand is increased, the shear strength is also increased. Continuous secondary compression settlement occurred during the hydrotests, after the dissipation of porewater pressure. Particle crushing strength is relatively low in the Sabkha layer and its stress-strain behavior is strain-softening or strain-perfect. The particle crushing effect is dominant factor affecting foundation settlement in the Sabkha layer.
The carbonate sands of the Sabkha layer in the Middle East have very low shear strength. Therefore, instant settlement and time-dependent secondary settlement occur when inner voids are exposed, as in the case of particle crushing. We analyzed settlement of the Sabkha layer under a large-scale foundation by hydrotesting, and compared the field test results with the results of laboratory tests. With ongoing particle crushing, we observed the following stress-strain behaviors: strain-hardening (Sabkha GL-1.5 m), strain-perfect (Sabkha GL-7.0 m), and strain-softening (Sabkha GL-7.5 m). General shear failure occurred most frequently in dense sand and firm ground. Although the stress-strain behavior of Sabkha layer carbonate sand that of strain-softening, the particle crushing strength was low compared with the strain-hardening and strain-perfect behaviors. The stress-strain behaviors differ between carbonate sand and quartz sand. If the relative density of quartz sand is increased, the shear strength is also increased. Continuous secondary compression settlement occurred during the hydrotests, after the dissipation of porewater pressure. Particle crushing strength is relatively low in the Sabkha layer and its stress-strain behavior is strain-softening or strain-perfect. The particle crushing effect is dominant factor affecting foundation settlement in the Sabkha layer.
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문제 정의
특히, 연약지반의 경우 그 특성에 따라 지반보강과 기초의 형식이 결정된다. 본 연구에서는 중동지역의 대표적인 연약지반인 Sabkha층에 대한 연구를 수행하였고, 하중중가로 인한 입자파쇄와 그로 인한 침하 특성을 분석하였다. 흙 입자가 외부하중을 받으면 흙의 골격구조가 파괴되고 입자 자체가 파쇄되며 파쇄 후 흙의 물리적, 공학적 특성이 변한다.
Tank 30~31 위치의 Sabkha층 상부는 준설로 인하여 형성된 모래지반이 5 m 두께를 이루고 있고 패각류 (Shell Fragments)가 많이 포함되어 있으며 하부는 원지반 암반인 Cemented Sandstone이나 Siltstone이 물리·화학적 작용으로 생성된 조밀한 모래지층으로 구성되어 있다. 실제 Tank 구조물 사용으로 인해 하중이 증가할 경우, 과잉간극수압의 소산으로 인한 장기침하 발생시 Tank기초의 안정성을 확인하기 위하여 시험성토를 수행하였고 그 결과를 바탕으로 Tank 30~31에서 Hydrotest 를 수행하여 지반거동을 파악 하고자 하였다.
제안 방법
또한, 입자파쇄로 인한 침하와 관련하여 입자내부에 공극이 존재하는 탄산질 모래는 입자파쇄시 내부공극이 외부로 노출되어 입자파쇄 침하가 발생되고 동시에 파쇄된 입자의 재배열에 의한 침하가 발생된다. 이 연구는 아랍에미리트연합(UAE)의 Sabkha층 탄산질 모래의 입자파쇄특성과 입자파쇄로 인한 지반의 침하특성과 상부기초의 거동을 분석하기 위하여 SEM 촬영과 삼축압축시험을 수행하였으며 그 결과를 기존에 제시된 응력-변형 특성 및 현장 Hydrotest의 결과와 비교 분석하여 다공질 입자의 입자파쇄시 거동특성을 분석하였다.
Sabkha층 탄산질 모래 입자의 형상과 크기를 확인하고자 성토된 현장지반의 지표하 GL-1.5 m, GL-7.0 m, GL-7.5 m에서 채취한 3개 시료의 전자주사현미경 (Scanning Electron Microscope, SEM) 사진을 촬영하였고 그 결과를 주문진 표준사와 비교하였다(Fig. 5).
Sabkha층 탄산질 모래의 초기응력조건과 하중재하에 따른 흙의 특성을 확인하기 위하여 삼축압축시험(CU Test)을 수행하였고, 채취된 시료는 교란되어 교란시료로 삼축압축시험을 수행하였다. 각 시료의 초기 함수비는 GL-1.
아랍에미리트연합(UAE)의 Ruwais 지역에 석유화학단지 조성을 위하여 시험성토와 Hydrotest를 수행하였다. Table 4는 현장 Sabkha층의 공학적 특성을 나타낸 것이며 200번체 통과량이 60~80%이며 표준관입시험(SPT)의 N치가 10 이하로 나타나 지반 조건이 공학적으로 매우 불리한 것으로 확인되었다.
석유저장을 위한 2개(Tank 30~31)의 Steel Tank에 Hydrotest를 실시하고 발생된 침하량을 측정하여 Tank의 거동을 평가하였다. Tank 30과 31은 직경이 55 m, 높이가 20.
Fig. 11과 같이 Tank Shell의 주위에 동일간격(약 9.6 m)으로 18개의 측점을 설치하였고 Hydrotest 진행시 측점의 Elevation을 수준측량 하였다. Tank의 침하량은 18개의 측정값의 평균을 구하여 결정되었다.
Sabkha층 탄산질 모래는 입자내부에 공극이 존재하여 입자파쇄시 내부 공극이 노출되어 입자파쇄로 인한 즉시침하와 파쇄된 입자의 재배열로 인한 침하가 발생된다. 현장 Sabkha층 탄산질 모래의 입자파쇄 특성을 분석하기 위하여 실내시험과 현장 Hydrotest를 수행하여 입자파쇄에 따른 탄산질 모래의 거동 특성을 분석하였다. Sabkha층 탄산질 모래의 삼축압축시험을 통한 응력-변형율 특성을 분석한 결과, 입자파쇄 정도에 따라 응력-변형 거동이 상이하게 나타났다.
대상 데이터
본 연구에서 사용된 시료는 아랍에미리트연합(UAE) 의 Ruwais지역 Sabkha층에서 채취되었고 패각류(Shell fragments)가 많이 포함된 느슨한 사질지반의 탄산질 모래로 확인되었으며, 입자 내부에 공극이 존재하였다. Sabkha는 중동지역의 대표적인 연약지반으로 바람이나물에 운반되어 바닷가에 퇴적, 형성된 지층으로 염분함량이 높고 표준관입시험의 N값이 낮으며 지지력이 매우 작은 것으로 알려져 있으며 중동지역에 널리 분포할 뿐만 아니라 호주, 미국, 인도, 남아프리카 등에도 분포하고 있다.
시험성토(Trial Embankment)는 현장에서 지반조건이 가장 열악한 위치를 선정하였고 100kpa이 재하되는 6m로 성토하였다. Fig.
성능/효과
Sabkha는 중동지역의 대표적인 연약지반으로 바람이나물에 운반되어 바닷가에 퇴적, 형성된 지층으로 염분함량이 높고 표준관입시험의 N값이 낮으며 지지력이 매우 작은 것으로 알려져 있으며 중동지역에 널리 분포할 뿐만 아니라 호주, 미국, 인도, 남아프리카 등에도 분포하고 있다. 중동지역의 Sabkha는 Fig. 2와 같이 생성과정에 따라 해안에 인접하여 해성퇴적된 Coastal Sabkha(세립질 다수, 점성토와 사질토 혼재)와 내륙에 분포하여 건조한 환경에서 퇴적된 Inland Sabkha(사질토계열)로 분류되며 대상 현장의 Sabkha는 Inland Sabkha로 확인되었다. 지반조사시 Thin Wall Tube로 불교란 시료채취가 어려울 정도로 Sabkha층의 점착력이 거의 없었다.
상부 5m는 인근 바다속에 퇴적된 Sabkha를 5m 높이로 성토한 것이며 패각류가 다량 함유된 준설층 이며, 하부에 느슨한 실트질 모래의 Sabkha층과 풍화대가 존재한다. Hydrotest는 준설층 위에 실시되었으며, Sabkha층은 표준관입시험 결과 N치가 1~10의 작은 값을 나타내어 공학적으로 매우 불리한 조건을 나타내었다.
Sabkha층 탄산질 모래의 초기응력조건과 하중재하에 따른 흙의 특성을 확인하기 위하여 삼축압축시험(CU Test)을 수행하였고, 채취된 시료는 교란되어 교란시료로 삼축압축시험을 수행하였다. 각 시료의 초기 함수비는 GL-1.5 m에서 28.34%, GL-7.0 m에서 22.74%, GL-7.5 m에서 29.61%로 확인되었다. Fig.
5 m는 지층의 상부에 위치하여 입자파쇄가 발생하지 않은 상태이다. 또한, GL-7.5 m는 GL-7.0 m 보다 더 작은 축차응력이 나타났으며 이는 일차입자파쇄의 정도가 클수록 더 작은 축차응력에서 입자파쇄가 발생될 수 있음을 나타낸 것이다(Fig. 6(b), (c)).
입경이 작은 입자들이 보다 조밀하게 나타난 상황에 하중이 가해지면 입자의 항복응력은 뚜렷이 나타나지만 항복이후 급격히 응력이 감소하게 된다. 즉, Sabkha층 탄산질 모래의 입자파쇄로 인한 응력-변형 관계는 초기에는 Strainhardening 형태가 나타나며, 중기에는 Strain-perfect 형태가, 최종적으로 Strain-softening 형태가 나타남을 확인하였다.
층별 침하계의 데이터 분석결과 시험성토 지반의 침하는 시험성토 완료 후 약 2일 만에 모두 발생하였고 침하판의 위치에 따라 38~45 mm의 전체침하가 발생되었다. 이러한 결과로 볼 때 Sabkha층의 침하는 성토중에 모두 발생되는 탄성침하로 판단되며 압밀침하 거동은 발생하지 않는 것으로 판단되었다.
층별 침하계의 데이터 분석결과 시험성토 지반의 침하는 시험성토 완료 후 약 2일 만에 모두 발생하였고 침하판의 위치에 따라 38~45 mm의 전체침하가 발생되었다. 이러한 결과로 볼 때 Sabkha층의 침하는 성토중에 모두 발생되는 탄성침하로 판단되며 압밀침하 거동은 발생하지 않는 것으로 판단되었다. 시험성토 결과 100 kPa의 성토하중에서는 전단파괴나 국부적인 과도한 변형이 발생하지 않았다.
이러한 결과로 볼 때 Sabkha층의 침하는 성토중에 모두 발생되는 탄성침하로 판단되며 압밀침하 거동은 발생하지 않는 것으로 판단되었다. 시험성토 결과 100 kPa의 성토하중에서는 전단파괴나 국부적인 과도한 변형이 발생하지 않았다.
한편 충수 후 12일에 인근 Sheet Pile 작업현장의 Vibrator의 진동으로 인한 3 mm 의 추가 침하가 발생 하였다. 반면 지반진동 없이 Hydrotest가 수행된 Tank 31은 충수완료시 57.2 mm, 30일후에는 73.1 mm로 침하가 수렴되었다. 총침하는 Tank 30이 Tank 31보다 15.
2) 삼축압축시험 결과 Sabkha층 탄산질 모래에서 다양한 응력-변형 거동이 나타났다. 일차입자파쇄 유무와 정도에 따라 초기에는 Strain-hardening 형태(GL-1.
4) 현장재하시험 결과 입자파쇄하중보다 낮은 하중으로 재하한 시험성토에서는 이차압축침하가 발생되지 않았으며, 입자파쇄하중보다 큰 Hydrotest시 간극수압이 제거된 후에도 지속적인 이차압축침하가 발생되었다.
5) Hydrotest의 침하거동은 탄산질 모래의 파쇄로 인한 일차압축침하가 발생한 후, 파쇄입자의 내부공극 노출 및 재배열로 인한 이차압축침하가 시간의존적 거동을 나타내었음을 알 수 있다.
6) 현장 Tank의 이차압축침하는 Strain-softening 거동, 혹은 Strain-perfect 거동을 나타낸 하부 Sabkha층의 입자파쇄가 지배적인 영향을 미친것임을 알 수 있다.
5 m는 입자파쇄가 발생되지 않았다. 입자파쇄가 발생되지 않은 상부 탄산질 모래 (GL-1.5 m)는 기공이 거의 나타나지 않은 반면, 일차입자파쇄가 발생된 하부 모래(GL-7.0 m, GL-7.5 m)의 경우 상부 흙의 자중으로 인한 일차입자파쇄가 발생되어 조립의 탄산질 모래가 입자파쇄시 세립으로 변화되었고 입자표면이 올록볼록한 만곡현상(彎曲現狀)을 이루고 있으며, 수많은 기공이 형성되어 낮은 하중에서도 입자파쇄가 잘 일어날 수 있는 구조로 확인되었다. 반면 주문진 표준사에서는 탄산질 모래에서 확인된 기공이 나타나지 않아 석영질 모래의 거동과 탄산질 모래의 거동은 서로 상이한 형태로 나타날 것으로 판단된다.
후속연구
1) 석영질 모래의 경우 파쇄된 입자의 비표면적과 간극비 감소로 인한 상대밀도가 입자파쇄의 주요 지표로 제시 될 수 있으나, 내부 공극을 함유한 다공성 탄산질 모래의 경우 내부공극 노출로 인한 부피감소와 파쇄 입자의 재배열이 입자파쇄의 주요한 지표로 제시될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
표준관입시험결과 Sabkha층 상부에 구조물을 설치하려면 어떤 조치가 필요한가?
Table 4는 현장 Sabkha층의 공학적 특성을 나타낸 것이며 200번체 통과량이 60~80%이며 표준관입시험(SPT)의 N치가 10 이하로 나타나 지반 조건이 공학적으로 매우 불리한 것으로 확인되었다. 일반적으로 이러한 성질의 Sabkha층 상부에 구조물을 설치할 경우 지지력 부족과 과도한 침하 발생의 이유로 지반개량 또는 깊은 기초가 적용되었다.
탄산질 모래의 침하는 어떻게 일어나는가?
그러나, 다공질의 탄산질 모래는 낮은 압력에서도 입자파쇄가 나타나며 내부공극 노출로 인한 거동특성이 나타나 석영질 모래의 상대밀도 변화에 대한 접근과는 다른 입자파쇄 분석이 필요하다. 또한, 입자파쇄로 인한 침하와 관련하여 입자내부에 공극이 존재하는 탄산질 모래는 입자파쇄시 내부공극이 외부로 노출되어 입자파쇄 침하가 발생되고 동시에 파쇄된 입자의 재배열에 의한 침하가 발생된다. 이 연구는 아랍에미리트연합(UAE)의 Sabkha층 탄산질 모래의 입자파쇄특성과 입자파쇄로 인한 지반의 침하특성과 상부기초의 거동을 분석하기 위하여 SEM 촬영과 삼축압축시험을 수행하였으며 그 결과를 기존에 제시된 응력-변형 특성 및 현장 Hydrotest의 결과와 비교 분석하여 다공질 입자의 입자파쇄시 거동특성을 분석하였다.
다공질의 탄산질 모래는 어떤 특성이 있는가?
기존 제시된 입자파쇄 지표는 입자파쇄 전후의 입도분포곡선의 변화를 이용하여 접근하였다. 그러나, 다공질의 탄산질 모래는 낮은 압력에서도 입자파쇄가 나타나며 내부공극 노출로 인한 거동특성이 나타나 석영질 모래의 상대밀도 변화에 대한 접근과는 다른 입자파쇄 분석이 필요하다. 또한, 입자파쇄로 인한 침하와 관련하여 입자내부에 공극이 존재하는 탄산질 모래는 입자파쇄시 내부공극이 외부로 노출되어 입자파쇄 침하가 발생되고 동시에 파쇄된 입자의 재배열에 의한 침하가 발생된다.
참고문헌 (7)
API650, 2007, Welded Tanks for Oil Storage, Eleventh Edition, American Petroleum Institute, Washington, U.S.A., 7-7.
Coop, M. R, 1990, The mechanics of uncemented carbonate sands, Geotechnique, 40(4), 607-626.
Golightly, C. R. and Hyde, A. F. L., 1988, Some fundamental properties of carbonate sands, International Conference on Calcareous Cediments, perth, Australia, 1, 69-78.
Kwag, J. M., Ochiai, H., and Yasufuku, N., 1999, Yielding stress characteristics of carbonate sand in relation to individual particle fragmentation strength, Engineering for Calcareous Sediments, Balkema, Rotterdam, 79-86.
Lee, K. L. and Seed, H. B., 1967, Cyclic stress conditions causing liquefaction of sand, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, 92, 47-70.
Miura, N. and O-hara, S. N., 1979, Particle crushing of a decomposed granite soil under shear stresses, Soils and Foundations, JGS, 19(3), 1-14.
Terzaghi, K., Peck, R. B. and Mesri, G., 1996, Soil mechanics in engineering practice 3rd edition, John Wiley and Sons, New York, 161-208.
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