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- 또한 배압을 주어서 시료를 포화시킬 수 있는 일정변형률 압밀시험용 시험기를 개발하고 일정변형률 압밀이론을 적용하여 검증하였으며, 일정변형률 시험에서 주목할 사항은 흙에서 전이 상태가 발생하고 압밀시료가 정상상태가 되기 전에 간극수압이 소산된다는 것이다. 또한 압밀 시 압밀계수는 임의시간에서 임의 깊이에 대하여 일정하고, 미소변형으로 존재한다고 가정하였다.
제안 방법
- (1971)은 Janbu의 압밀이론을 이용하여 결과값을 유도하였다. 또한 배압을 주어서 시료를 포화시킬 수 있는 일정변형률 압밀시험용 시험기를 개발하고 일정변형률 압밀이론을 적용하여 검증하였으며, 일정변형률 시험에서 주목할 사항은 흙에서 전이 상태가 발생하고 압밀시료가 정상상태가 되기 전에 간극수압이 소산된다는 것이다. 또한 압밀 시 압밀계수는 임의시간에서 임의 깊이에 대하여 일정하고, 미소변형으로 존재한다고 가정하였다.
- 본 연구에서는 ASTM에서 제안한 액성한계에 따른 변형률 속도의 적용성에 대하여 시험을 수행하고 분석하였으며, 높은 액성한계에서 CRS 압밀시험을 수행 시 시험기간이 장기화되는 단점을 보완하기 위해 제안된 변형률 속도보다 빠른 변형률 속도의 적용 시 압밀정수에 대하여 비교･분석하였다. 압밀시료는 점성토 성분인 카올리나이트와 벤토나이트를 혼합하여 액성한계 77 %, 84 %, 88 %, 91 %에 대한 재성형점토를 이용하여 표준압밀시험을 수행하고 액성한계에 따른 ASTM 추천 변형률 속도인 0.
- 변형률 속도의 적용에 따라 산정되는 압밀정수의 값이 상이하기에 압밀시료의 특성에 적절한 변형률 속도를 적용해야 된다. 본 연구에서는 Table 2와 같이 액성한계의 결과값에 따른 ASTM, D4186-82에 의거하여 변형률 속도를 적용하였으며, 각각의 압밀시료에 대하여 표준압밀시험을 수행하고 일정변형률 압밀시험에서 변형률 속도를 0.001 %/min, 0.004 %/min, 0.01 %/min을 적용하여 압밀정수에 미치는 영향을 분석하였다.
- 12∼15는 동일한 예압밀압력에 대하여 일정변형률 압밀시험을 수행하여 압밀시료의 액성한계 77 %, 84 %, 88%, 91 %의 일정변형률 압밀시험의 과잉간극수압을 나타내고 있다. 압밀시료 하단부에서 발생하는 간극수압이 유효응력 증가에 따른 변형률 속도와 액성한계가 과잉간극수압에 미치는 영향을 분석하였다.
- 본 연구에서는 ASTM에서 제안한 액성한계에 따른 변형률 속도의 적용성에 대하여 시험을 수행하고 분석하였으며, 높은 액성한계에서 CRS 압밀시험을 수행 시 시험기간이 장기화되는 단점을 보완하기 위해 제안된 변형률 속도보다 빠른 변형률 속도의 적용 시 압밀정수에 대하여 비교･분석하였다. 압밀시료는 점성토 성분인 카올리나이트와 벤토나이트를 혼합하여 액성한계 77 %, 84 %, 88 %, 91 %에 대한 재성형점토를 이용하여 표준압밀시험을 수행하고 액성한계에 따른 ASTM 추천 변형률 속도인 0.001 %/min, 0.004 %/min, 0.01 %/min을 적용한 일정변형률 압밀시험(Constant Rate of Strain)을 수행하여 액성한계와 변형률 속도에 따른 선행압밀하중과 압밀특성을 비교･분석하였다.
- 본 연구에 사용된 압밀시료는 정제된 카올리나이트와 벤토나이트를 이용하였으며, 카올리나이트의 중량 대비 벤토나이트를 6 %, 9 %, 12 %, 15 %의 일정비율로 혼합한 점토시료의 액성한계 시험결과 77 %, 84 %, 88 %, 91 %로 나타났다. 압밀시료의 제작을 위해 액성한계 시를 기준으로 충분한 교반과 불순물 유입의 방지를 위해 2배가량 증류수를 첨가하여 슬러리 상태로 제작하였다. 충분히 교반된 압밀시료는 Fig.
- 예압밀시험장치는 대형 셀과 컨트롤 박스, 압축기로 구성되어 있으며, 대형 셀은 최대 1 m의 시료를 조성이 가능하도록 제작되었다. 예압밀 시 양면배수를 적용하였으며, 컨트롤 박스 전면에 표시된 압력계를 이용하였으며 압축기의 일정하게 공기를 공급하여 예압밀압력을 유지하였다. 압밀시료의 제작과 예압밀 수행과정은 Fig.
- 재성형점토를 이용하여 액성한계와 변형률 속도에 따른 압밀특성을 분석하기 위하여 표준압밀시험과 일정변형률 압밀시험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 재성형점토를 이용하여 표준압밀시험과 일정변형률 압밀시험을 수행하였으며, 압밀곡선에서 선행압밀하중, 압밀계수, 과잉간극수압을 산정하여 압밀특성을 비교･분석하였다.
- 압밀시료의 제작을 위해 액성한계 시를 기준으로 충분한 교반과 불순물 유입의 방지를 위해 2배가량 증류수를 첨가하여 슬러리 상태로 제작하였다. 충분히 교반된 압밀시료는 Fig. 1(b)와 같은 예압밀 시험 장치를 이용하여 압밀시료에 선행압밀하중의 변화 폭을 최소화할 수 있도록 약 7일간 0.2 MPa의 일정한 예압밀압력을 고르게 적용하였다.
- 본 연구에서는 표준압밀시험과 일정변형률 압밀시험의 수행에 사용된 점토시료는 카올리나이트와 벤토나이트이다. 카올리나이트와 벤토나이트에 대하여 비중시험, 입도분석시험, 액･소성한계 시험을 수행하여 물리적 특성을 분석하였다. 입도분석시험결과 #200체를 100 % 통과하여 비중계 분석에 의해 입도분석을 실시하였으며, 물리적 특성은 Table 1과 같다.
- 표준압밀시험에서 연직압밀계수를 구하기 위하여 #법을 사용하였으며, 일정변형률 압밀시험에서는 시료저면에서의 간극수압, 연직응력, 평균시료 높이, 시간 등을 고려하여 압밀계수를 산정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 표준압밀시험과 일정변형률 압밀시험의 수행에 사용된 점토시료는 카올리나이트와 벤토나이트이다. 카올리나이트와 벤토나이트에 대하여 비중시험, 입도분석시험, 액･소성한계 시험을 수행하여 물리적 특성을 분석하였다.
- 예압밀시험장치는 대형 셀과 컨트롤 박스, 압축기로 구성되어 있으며, 대형 셀은 최대 1 m의 시료를 조성이 가능하도록 제작되었다. 예압밀 시 양면배수를 적용하였으며, 컨트롤 박스 전면에 표시된 압력계를 이용하였으며 압축기의 일정하게 공기를 공급하여 예압밀압력을 유지하였다.
이론/모형
- 선행압밀하중은 압밀시험 결과로부터 e-log p 곡선에 근거한 casagrand의 방법으로 산정하였으며, 0.2 MPa의 동일한 예압밀압력이 적용된 압밀시료의 선행압밀하중을 분석하기 위해 표준압밀시험과 일정변형률 압밀시험을 수행한 결과 Table 4와 같이 분석되었다.
성능/효과
- (1) e-log p 곡선에서 산정된 선행압밀하중은 표준압밀시험에 비해 CRS 압밀시험에서 약 1.3∼1.8배가량 높게 산정되었으며, CRS 압밀시험 시 2차 압밀곡선은 완속재하속도 0.001 %/min과 4배의 속도인 0.004 %/min에서 유사한 경향이 나타났다.
- (2) 압밀계수는 완속의 변형률 속도 0.001 %/min과 4배의 변형률 속도인 0.004 %/min은 영향이 미미한 것으로 판단되며, 초기하중 구간을 제외한 정규압밀구간에 대하여 일정한 값을 수렴하는 것으로 판단된다.
- (3) 과잉간극수압은 압밀 초기하중에 대하여 압밀시료 성형과 압밀장치와의 불완전한 접촉 등으로 과잉간극수압의 발생은 미미하며, 유효응력의 증가에 따라 선행압밀하중 구간 근처에서 급변하는 것을 알 수 있다. 이는 압밀시료에 작용하는 하중이 선행압밀하중을 초과하면서 흙의 입자 구조의 변형에 인한 것으로 판단된다.
- 8∼11은 동일한 예압밀압력에 따라 압밀시료의 액성 한계 77 %, 84 %, 88 %, 91 %의 표준압밀시험과 일정변형률 압밀시험의 압밀계수를 나타내고 있다. 그림에 나타나듯이 액성한계와 관계없이 유효응력이 증가할수록 압밀계수는 일정하게 감소하는 경향이 나타났다.
- 그림에서 나타나듯이 CRS 압밀시험은 표준압밀시험보다 변형률이 작게 나타나 결과적으로 선행압밀하중이 크게 산정되는 것으로 나타났다. 또한 각 액성한계에 따른 재성형 점토 시료를 이용하여 변형률 속도를 달리한 CRS 압밀시험 결과 변형률 속도가 증가할수록 선행압밀하중이 조금씩 증가하는 경향을 보이지만 증가범위가 크지 않아 변형률 속도에 대한 영향은 미미한 것으로 판단된다.
- 그림에서 나타나듯이 CRS 압밀시험은 표준압밀시험보다 변형률이 작게 나타나 결과적으로 선행압밀하중이 크게 산정되는 것으로 나타났다. 또한 각 액성한계에 따른 재성형 점토 시료를 이용하여 변형률 속도를 달리한 CRS 압밀시험 결과 변형률 속도가 증가할수록 선행압밀하중이 조금씩 증가하는 경향을 보이지만 증가범위가 크지 않아 변형률 속도에 대한 영향은 미미한 것으로 판단된다.
- 본 연구에 사용된 압밀시료는 정제된 카올리나이트와 벤토나이트를 이용하였으며, 카올리나이트의 중량 대비 벤토나이트를 6 %, 9 %, 12 %, 15 %의 일정비율로 혼합한 점토시료의 액성한계 시험결과 77 %, 84 %, 88 %, 91 %로 나타났다. 압밀시료의 제작을 위해 액성한계 시를 기준으로 충분한 교반과 불순물 유입의 방지를 위해 2배가량 증류수를 첨가하여 슬러리 상태로 제작하였다.
- 압밀계수를 분석한 결과 모든 점토시료에서 CRS 압밀시험 시 초기 하중에 대하여 변형률 속도에 관계없이 높게 측정되었다. 이는 초기 하중재하 구간에서 소산되는 경향은 시료 성형 시 시료의 교란, 시료의 불 균질성, 재하장치와 시료의 불완전한 접촉, 압밀기계의 오차, 미소변위 발생 등이 원인인 것으로 판단된다.
- 위와 같은 결과로부터 액성한계 77 %와 84 %에서 변형률 속도 0.01 %/min을 적용하였을 경우 0.2 MPa의 예압밀압력과 유사한 결과가 나타났으며, 88 %와 91 %의 액성한계에서는 낮은 변형률 속도인 0.004 %/min에서 유사한 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.
- 위의 분석결과를 토대로 CRS 압밀시험에서의 압밀계수에 대한 평가는 대부분의 압밀계수에 대하여 완속 변형률 속도인 0.001 %/min과 4배의 변형률 속도인 0.004 %/min에서 초기하중 구간을 제외한 정규압밀구간에 대하여 일정한 값을 수렴하여, 완속의 변형률 속도와 중속의 변형률 속도는 압밀계수에 대한 영향은 크지 않은 것으로 판단된다.
- 일정변형률 압밀시험을 수행한 압밀계수는 표준압밀시험보다 상대적으로 크게 산정되었으며, 변형률 속도가 증가할수록 압밀계수가 증가하는 것을 알 수 있다. 이는 하중증가에 따라 과잉간극수압이 급격하게 발생하게 되어 과잉간극수압의 소산이 빠르게 이루어져 압밀속도가 증가하는 것으로 판단된다.
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