[논문]Curve Fittig에 의한 Terzaghi의 압밀계수 산정방법 연구

김찬식; 임성훈

doi:10.5389/ksae.2014.56.1.101

Curve Fittig에 의한 Terzaghi의 압밀계수 산정방법 연구
The Study on Determination of the Coefficient of Terzaghi's Consolidation by Curve Fitting 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.56 no.1, 2014년, pp.101 - 107

김찬식 (공주대학교 산업과학대학원 농공학전공) , 임성훈 (공주대학교 산업과학대학 지역건설공학전공)

Abstract ▼ AI-Helper

It has been known that Terzaghi's consolidation theory is not well consistent with the consolidation phenomenon on the soft clay ground, but this theory has still been adopted normally in practice because there is no method for estimating the consolidation settlement and rate easier than Terzaghi's theory. It is impossible to map whole part of consolidation settlement vs time curve to the curve of Terzaghi'z average degree of consolidation. If the primary consolidation and the secondary compression are happened same time, it would be useless of trying to find the end of primary consolidation, but it is needed for using Terzaghi's theory that the end of consolidation is determined to the time of beginning consistency between the final settlement analyzed with curve fitting and the experimented consolidation settlement.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

종료시점을 구분하지 않으면 2차 압축구간이 1차압밀해석에 포함이 되므로 잘못된 결과를 얻는다. 그러나 구분되는 위치를 알지 못하므로 끝으로부터 자료를 하나씩 배제하면서 해석을 반복하여 1차압밀침하와 2차압축침하를 구분하고자 하였다.
이 연구에서는 Terzaghi의 압밀이론에 근거한 곡선정규법에 의한 압밀계수 산정방법의 문제점을 제시하고 표준압밀시험 결과를 역해석하여 1차 압밀 침하량과 2차 압축침하를 구분하는 보완된 압밀계수 산정방법을 제시하고자 한다.

제안 방법

이 소프트웨어는 압밀실험결과에서 시간에 따른 침하량 행렬과 식 (2)에서 압축지수 (C_c)를 제외한 나머지 값들을 입력받아서 역해석하고 압밀계수 (C_v), 압축지수 (C_c) 및 초기침하량 등과 시간에 따른 해석침하량 행렬을 출력한다. 본 연구에서는 표준압밀시험에 사용하는 시료를 두께 2 cm의 지반으로 간주하고 성토는 1단계만 재하되며 지중응력분포확산은 없는 것으로 간주하여 압밀시험결과를 해석할 수 있도록 소프트웨어를 확장하였다. 개선된 소프트웨어를 이용해서 압밀시험결과에 Terzaghi의 압밀이론을 직접 정밀하게 적용한 결과 실제의 압밀시험에서는 재하 직후의 즉시침하량이 상당량 발생한다는 것을 확인하였다.
앞에서 표준압밀시험의 압밀침하곡선을 해석하기 위해서는 재하직후에 발생하는 즉시침하량을 포함하는 것이 적합할 것으로 판단되어 해석소프트웨어에 이러한 기능을 추가하고 다시 해석하였다. Fig.
(1982)은 압밀계수를 상수로 취급하지 않고 관련된 각 인자들의 변화를 고려하여 압밀계수를 평가하고자 하였다. 이 압밀이론은 비선형미분방정식이 되므로 수치해석을 하였으며 압밀계수와 유효상재응력과의 일정한 관계를 제시하였다. Terzaghi의 압밀이론으로부터 시작하였지만 오히려 Biot나 Rendulic 계열의 이론과 유사한 비선형압밀이론이 되었고 계산의 어려움에 의해서 잘 사용되지 않고 있다.
이 연구에서는 1차압밀과 2차압축을 구분하는 방법을 한 가지 실험결과에만 적용하였다. 실제의 실험결과에서는 다양한 형태의 압밀침하곡선이 있으나 Terzaghi의 압밀이론을 적용하기 위해서는 이론에 가장 근접한 침하곡선을 선정해야 한다.
이 연구에서는 표준압밀시험결과들 중에서 Fig. 3에 나타낸 것과 같이 가장 전형적인 S자 형태의 압밀침하곡선이라고 판단된 157 kPa → 313.8 kPa로 재하 하였을 때의 침하곡선을 해석하였다.
이상의 압밀계수 산정방법들은 Terzaghi의 압밀이론에서 시간계수 (T_v)에 따른 평균압밀도 (U_avg)를 나타내는 곡선에서 전반부를 실제침하곡선과 일치시키거나 중간부분을 일치시키거나 종료점을 찾는 방법들이다. 반면에 Raju et al.

대상 데이터

32이고 통일분류법에 의해서 CL로 분류되는 매우 느슨한 연약점토이다. 시료를 채취한 지역에서 시험시공을 한 결과 압밀침하량이 매우 컸기 때문에 표준압밀시험결과를 이용해서 압밀이론을 연구하기에 적합한 것으로 판단하고 분석대상 자료로 선정하였다. 한국토지공사에서는 이 현장에 대해서 지반의 압밀 및 물리 화학적 특성 등에 관한 다양한 선행연구들을 수행하였다 (Korea land corporation, 1999).
이 연구에서 사용한 시료는 경남 양산 택지개발지구에서 채취한 시료이며 초기공극비는 1.32이고 통일분류법에 의해서 CL로 분류되는 매우 느슨한 연약점토이다. 시료를 채취한 지역에서 시험시공을 한 결과 압밀침하량이 매우 컸기 때문에 표준압밀시험결과를 이용해서 압밀이론을 연구하기에 적합한 것으로 판단하고 분석대상 자료로 선정하였다.

이론/모형

(1981, 1985, 1987)은 Terzaghi의 압밀이론이 쌍곡선함수로 근사화될 수 있다고 전제하고 압밀계수를 산출하는 방법을 제시하였다. 또한 시간계수를 압밀도로 나누어 가로축에 표시하고 압밀도를 세로축에 표시하면 직선구간의 기울기를 1.33배 완화시켜서 압밀도 90 %에 도달하는 점을 찾을 수 있는 Taylor의 # 방법과 비슷한 방법을 제시하였다 (Sridharan and Prakash, 1993). Robinson and Allam (1996)은 Casagrande의 log t 방법에서 최대기울기를 갖는 두 번째 직선구간을 위쪽으로 연장하여 압밀계수를 산정하는 방법을 제시하였다.

성능/효과

본 연구에서는 표준압밀시험에 사용하는 시료를 두께 2 cm의 지반으로 간주하고 성토는 1단계만 재하되며 지중응력분포확산은 없는 것으로 간주하여 압밀시험결과를 해석할 수 있도록 소프트웨어를 확장하였다. 개선된 소프트웨어를 이용해서 압밀시험결과에 Terzaghi의 압밀이론을 직접 정밀하게 적용한 결과 실제의 압밀시험에서는 재하 직후의 즉시침하량이 상당량 발생한다는 것을 확인하였다. 기존의 압밀계수 산정방법들도 초기의 편차는 흙의 탄성과 재하 충격 등 시험장비의 특성에 의해서 즉시 침하가 발생하기 때문에 압밀이론과 시험결과는 시작점부터 상당한 차이를 나타낸다고 생각하여 시험결과에서 즉시침하량을 제외시키는 과정들을 제시하고 있다.

후속연구

1차압밀과 2차압축이 함께 진행되는 현상이라면 압밀종료시점을 탐색하는 방법은 적절하지 않은 것으로 생각할 수도 있다. 그러나 현재 실무에서 적용하고 있는 Terzaghi 의 압밀이론을 직접 사용하기 위해서는 이 연구에서 개발된 해석된 최종침하량과 실제침하곡선이 일치하기 시작하는 위치를 압밀종료시점으로 결정하는 방법이 적합할 것으로 판단된다. 압축지수, 압밀계수, 즉시침하량과 더불어 입력자료의 시간범위를 변경하면서 해석된 최종침하량을 입력된 침하량과 비교 분석하는 과정은 많은 계산부하가 발생하지만 전산소프트웨어를 개발하여 적절하게 활용하고 약간의 인내심을 갖는다면 충분히 활용 가능한 방법이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	압밀이론 적용을 위한 두가지 정수는?	Terzaghi의 압밀이론을 적용하기 위해서 필요한 두 가지 정수는 압축지수 (Cc)와 압밀계수 (Cv)이다. 압축지수는 포화된 점토에 재하응력을 증가시키면서 공극비의 변화를 측정하는 단순하고 명확한 방법에 의해서 산정하므로 큰 논란이 되지 않는다.
	압밀침하곡선에 압밀이론 적용을 위해 임의성이 요구되는 이유는?	그러나 압밀계수를 구하는 방법은 많은 연구자들에 의해서 연구되어 왔다. 포화된 점토에 재하 하였을 때 발생하는 침하량에는 압 밀에 의한 침하량과 함께 즉시침하라고 알려져 있는 탄성 등에 의한 침하 및 압밀이론으로 해석되지 않는 creep 거동에 의한 2차 압축침하가 포함된다. 따라서 실제 압밀침하곡선에 Terzaghi 의 압밀이론을 적용하기 위해서는 불가피하게 임의성이 요구된다.
	압밀계수 산정의 원리는?	압밀계수를 산정하는 다양한 방법들의 원리는 압밀이론의 압밀도-시간계수의 관계곡선과 실제 흙의 압밀침하량-시간의 관계 곡선에서 의미상으로 일치하는 부분을 찾는 것이다. 곡선의 특징 들을 명확하게 드러내기 위해서 그래프 축의 축척을 log 혹은 제곱근으로 나타내는 방법들이 많이 개발되었다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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