본 연구에서는 남극 장보고기지 부근에서 채취한 시료를 활용하여 동하중에 대한 액상화 저항특성을 파악하기 위하여 반복삼축시험을 실시하였다. 또한 기존문헌과의 비교를 통하여 남극에서 퇴적된 지반의 동적거동을 규명하였다. 시험결과 동일한 압밀응력비에 대한 반복회수와 축변형률 5%를 발생시키는데 필요한 반복응력비와의 관계는 모든 시료에서 초기액상화를 발생시킬 수 있는 반복응력비가 증가할수록 반복회수가 감소하였다. 세립분 함유량이 10%로 증가할수록 액상화 저항강도가 감소하다가 다시 증가하는 경향을 나타내었다. 점착력과 액상화 저항강도와의 관계는 세립분 함유량과 액상화 저항강도와의 관계와 같이 점착력이 증가할수록 액상화 저항강도도 감소하지만 어느 시점 이후에는 반복응력비가 증가하는 경향을 보였다. 또한, 마찰각과 평균입경이 증가할수록 반복응력비가 증가하는 경향을 나타내었다.
본 연구에서는 남극 장보고기지 부근에서 채취한 시료를 활용하여 동하중에 대한 액상화 저항특성을 파악하기 위하여 반복삼축시험을 실시하였다. 또한 기존문헌과의 비교를 통하여 남극에서 퇴적된 지반의 동적거동을 규명하였다. 시험결과 동일한 압밀응력비에 대한 반복회수와 축변형률 5%를 발생시키는데 필요한 반복응력비와의 관계는 모든 시료에서 초기액상화를 발생시킬 수 있는 반복응력비가 증가할수록 반복회수가 감소하였다. 세립분 함유량이 10%로 증가할수록 액상화 저항강도가 감소하다가 다시 증가하는 경향을 나타내었다. 점착력과 액상화 저항강도와의 관계는 세립분 함유량과 액상화 저항강도와의 관계와 같이 점착력이 증가할수록 액상화 저항강도도 감소하지만 어느 시점 이후에는 반복응력비가 증가하는 경향을 보였다. 또한, 마찰각과 평균입경이 증가할수록 반복응력비가 증가하는 경향을 나타내었다.
In this study, in order to take advantage of samples collected in the Jangbogo station, and to grasp the liquefaction resistance characteristics of the dynamic load was performed cyclic triaxial test. Also, through the comparison with the existing literature. The test results, for the relationship b...
In this study, in order to take advantage of samples collected in the Jangbogo station, and to grasp the liquefaction resistance characteristics of the dynamic load was performed cyclic triaxial test. Also, through the comparison with the existing literature. The test results, for the relationship between number of cycles for the same cyclic shear stress ratio and the cyclic shear stress ratio to produce an axial strain of 5%, in all samples, the cyclic shear stress ratio to liquefaction for the specimen, which has been liquefied, was increased, whereas number of cycles were reduced. The cyclic shear stress ratio of samples first decrease up to the fine content of about 10%. After this strength level, there is a little increase in cyclic shear stress ratio with increasing fine content. In addition, the cyclic shear stress ratio between cohesive strength, mean particle size, and friction angle decrease but some time later, there was a tendency that cyclic shear stress ratio is a little increased.
In this study, in order to take advantage of samples collected in the Jangbogo station, and to grasp the liquefaction resistance characteristics of the dynamic load was performed cyclic triaxial test. Also, through the comparison with the existing literature. The test results, for the relationship between number of cycles for the same cyclic shear stress ratio and the cyclic shear stress ratio to produce an axial strain of 5%, in all samples, the cyclic shear stress ratio to liquefaction for the specimen, which has been liquefied, was increased, whereas number of cycles were reduced. The cyclic shear stress ratio of samples first decrease up to the fine content of about 10%. After this strength level, there is a little increase in cyclic shear stress ratio with increasing fine content. In addition, the cyclic shear stress ratio between cohesive strength, mean particle size, and friction angle decrease but some time later, there was a tendency that cyclic shear stress ratio is a little increased.
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문제 정의
“남극 장보고기지”로 명명된 제2기지 건설은 국제 환경문제 대응 자연과학기초연구 시험장, 국가과학 활동영역과 극지과학기술의 확장, 그리고 국제적 지속가능한 친환경 기지 위상확립을 목적으로 한다.
따라서 본 연구에서는 남극 장보고기지 부근에서 채취한 시료를 활용하여 동하중에 대한 액상화 저항특성을 파악하기 위하여 반복삼축시험을 실시하였다. 또한 기존문헌과의 비교를 통하여 남극에서 퇴적된 지반의 동적거동을 규명하였다.
본 연구에서는 다양한 종류의 시료에 대하여 마찰각, 평균입경, 세립분함유율, 점착력이 액상화 강도에 미치는 영향과 특성을 파악하기 위해 5종류의 현장시료를 이용하여 반복삼축압축시험을 수행하였다. 본 연구에서 얻어진 주요결과는 다음과 같다.
가설 설정
1에 나타내었다. Fig. 1은 초기에 퇴적된 모래의 상태와 액상화 과정동안의 변화를 도시한 것이며 상자 안의 저울을 유효응력(effective stress), 상자 밖의 저울을 전응력(total stress)이라고 가정하였다.
제안 방법
공시체의 완전한 포화를 위하여 먼저 약 5kPa이하의 아주 낮은 압력으로 CO2가스를 약 3시간 30분 동안 순환 시킨 후에 탈기수(deaired water)를 공시체 하단부에 연결된 밸브를 통해서 공시체 상단부에 연결된 밸브로 순환시켜 공시체를 포화시켰다. 공시체를 포함한 삼축셀(Fig. 5)을 삼축기안에 안치한 후에 구속압(cell pressure)와 배압(back pressure)의 차이를 2kPa정도로 하고 약 60분에 걸쳐 100kPa의 배압을 서서히 가하였다. Skempton의 B계수가 0.
Hg(»17kPa)를 가하여 부(負)의 압력이 시료에 작용되게 하였다. 공시체의 완전한 포화를 위하여 먼저 약 5kPa이하의 아주 낮은 압력으로 CO2가스를 약 3시간 30분 동안 순환 시킨 후에 탈기수(deaired water)를 공시체 하단부에 연결된 밸브를 통해서 공시체 상단부에 연결된 밸브로 순환시켜 공시체를 포화시켰다. 공시체를 포함한 삼축셀(Fig.
멤브레인(membrane)을 저판(pedestal)에 고무링과 함께 거치 시킨 후에 멤브레인 겉에 몰드(split mould)를 고정시킨 다음 노 건조(oven-dry)시킨 시료를 입구의 직경이 12mm 되는 깔때기 모양의 용기에 담은 후 시료가 용기 입구 끝에서 낙하높이를 갖지 않도록 하면서 일정한 속도로 깔때기 모양의 용기를 위로 올려 공시체 성형몰드에 시료가 자연스럽게 퍼지도록 하였다. 그리고 시료가 균등하게 다져지도록 공시체 성형몰드의 주위를 상, 하, 좌, 우 대칭으로 두드리면서 원하는 밀도가 얻어지도록 공시체의 높이를 조정하였다.
등방압밀 조건에서 압밀이 완료되면, 비배수반복전단시험을 시행하였으며 제어방법은 응력제어재하방법을 사용하였다. Fig.
장보고기지가 완공된 이후에 주변 지반은 강재적인 다짐을 발생시켜 주변부 지반의 강성을 증대시켜 지반의 압축특성을 개선시키거나 투수성을 개선시킬 계획을 가지고 있다. 따라서 본연구에서 사용된 밀도는 다짐시험(KS F2312)을 이용한 최대 건조단위중량과 최적함수비를 사용하여 공시체를 제작하였다(Table 2). 그리고 몰드를 제거한 후에 공시체가 자립해있지 못할 것을 고려하여 공시체 하단부에 연결된 배수벨브로 진공압을 약 5 in.
따라서 본 연구에서는 남극 장보고기지 부근에서 채취한 시료를 활용하여 동하중에 대한 액상화 저항특성을 파악하기 위하여 반복삼축시험을 실시하였다. 또한 기존문헌과의 비교를 통하여 남극에서 퇴적된 지반의 동적거동을 규명하였다.
멤브레인(membrane)을 저판(pedestal)에 고무링과 함께 거치 시킨 후에 멤브레인 겉에 몰드(split mould)를 고정시킨 다음 노 건조(oven-dry)시킨 시료를 입구의 직경이 12mm 되는 깔때기 모양의 용기에 담은 후 시료가 용기 입구 끝에서 낙하높이를 갖지 않도록 하면서 일정한 속도로 깔때기 모양의 용기를 위로 올려 공시체 성형몰드에 시료가 자연스럽게 퍼지도록 하였다.
반복삼축시험을 수행할 때 진동주기(frequency)는 ASTM(D5311) 규정에서 0.1Hz에서 2.0Hz 사이의 값으로 하도록 되어 있으며 1.0Hz를 표준으로 권장하고 있으나 본시험에서는 0.1Hz로 시험을 하였으며, 반복비배수시험에서는 응력제어재하방법을 사용하였다.
포화된 공시체에 미리 정해진 응력경로를 따라서 압밀응력을 서서히 단계적으로 증가시키면서 100kPa까지 등방압밀을 실시하였다. 단계재하시 일차압밀의 완료시기는 과잉간극수압의 발생여부를 확인 함으로서 알 수 있으며 그 방법은 배수밸브를 잠근 후 시그널 컨디셔너(signal conditioner)의 유효응력 전압의 변화량으로부터 판단할 수 있다.
3과 같다. 현장의 표층은 혹독한 남극 기후에 의해 상당히 기계적 풍화로 인해 생성된 암편과 사질토 및 실트성분이 관찰되며 암회색의 흙이 지표에 널리 분포하고 있었으며 건설부지의 지반의 물성과 동결특성을 분석하기 위하여 시추공 No. 1, No. 2, No. 3, No. 4, No. 5에 대하여 각각 50kg씩 총 300kg 흙 시료를 채취하였고 사용된 시료의 입도분포곡선과 물리적 성질은 Fig. 4 및 Table 1과 같다.
대상 데이터
5km 거리에 이 위치하고 있다. 상설기지인 미국 맥머도 기지(Macmurdo Station)는 북서쪽으로 직선거리 370km 거리에 위치하고 있다. 시료는 건설부지의 계획구조물에 따라 총 5개소에서 실시한 시추로부터 획득하였다.
상설기지인 미국 맥머도 기지(Macmurdo Station)는 북서쪽으로 직선거리 370km 거리에 위치하고 있다. 시료는 건설부지의 계획구조물에 따라 총 5개소에서 실시한 시추로부터 획득하였다. 시료 채취 지점에 대한 개략도는 Fig.
이론/모형
본 연구에서 사용한 공시체의 크기는 직경이 50mm, 높이가 100mm 이며 공시체의 제작방법은 건조퇴적방법(dry deposition method)을 사용하였다. 멤브레인(membrane)을 저판(pedestal)에 고무링과 함께 거치 시킨 후에 멤브레인 겉에 몰드(split mould)를 고정시킨 다음 노 건조(oven-dry)시킨 시료를 입구의 직경이 12mm 되는 깔때기 모양의 용기에 담은 후 시료가 용기 입구 끝에서 낙하높이를 갖지 않도록 하면서 일정한 속도로 깔때기 모양의 용기를 위로 올려 공시체 성형몰드에 시료가 자연스럽게 퍼지도록 하였다.
성능/효과
(1) 동일한 압밀응력비에 대한 반복회수와 축변형률 5%를 발생시키는데 필요한 반복응력비와의 관계는 모든 시료에서 초기액상화를 발생시킬 수 있는 반복응력비가 증가할수록 반복회수는 감소하였으나, 감소하는 기울기는 시료에 따라 다르게 측정되었다.
(2) 세립분함유량이 10%로 증가할수록 액상화 저항강도가 감소하다가 세립분함유량이 큰 No. 1의 경우에는 다시 증가하는 경향을 나타내고 있다. 이는 세립분을 소량 함유할 경우에는 세립분 함유량이 증가할수록 흙의 투수성이 낮아져서 과잉간극수압이 빨리 증가하기 때문인 것으로 판단된다.
(3) 점착력과 액상화 저항강도와의 관계는 세립분 함유량과 액상화 저항강도와의 관계와 같이 점착력이 증가할수록 액상화 저항강도도 감소하지만, 어느 시점 이후에는 반복응력비가 증가하는 경향을 나타내었다.
(4) 마찰각과 평균입경이 증가할수록 액상화 저항강도가 증가하는 경향을 나타내었으나 마찰각은 선형증가 평균입경은 비선형 증가 형태를 나타내었다.
초기압밀응력이 100kPa에서 과잉간극수압의 증가로 인한 유효응력이 감소하여 유효응력이 ‘0’으로 이동하고 있는 것이 확연히 나타났다. 또한 Fig. 9와 같은 응력-변형률곡선에서는 초기에는 축변형률이 거의 발생하지 않아 응력-변형률 곡선의 내부 면적인 소성에너지가 발생하지 않았지만 반복회수가 증가함에 따라 소성에너지가 증가함을 알 수 있었다.
후속연구
따라서 남극 시료의 현장 지반 액상화 평가는 세립분, 소성지수, 입도, 마찰각 등을 고려하여 더 많은 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
남극 장보고기지의 설립 목적은?
그러나 최근 남극 연구의 활성화를 위해 정부에서는 쇄빙연구선 아라온 건조와 더불어 제2기지 건설 사업을 건설 중에 있다. “남극 장보고기지”로 명명된 제2기지 건설은 국제 환경문제 대응 자연과학기초연구 시험장, 국가과학 활동영역과 극지과학기술의 확장, 그리고 국제적 지속가능한 친환경 기지 위상확립을 목적으로 한다. 남극 장보고기지는 국가 미래 비전으로 전지구환경변화 연구와 관련 기술 개발, 미래 극지자원 확보를 위한 기반으로 그 역할이 매우 중요하며, 향후 남극대륙에 건설 될 내륙기지 진출을 위한 교두보로써의 활용도가 기대 되는 국가적으로 매우 중요한 시설물이 될 것이다(Korea Institute of Construction Technology, 2012).
액상화는 무엇인가?
액상화란 반복하중 또는 지진 등의 급속하중에 의해 포화사질토가 전단 저항력을 상실하고 마치 유체와 같이 거동하는 현상을 의미한다. 액상화현상을 재료의 역학적 거동특성에 기초하여 설명하면 다음과 같다.
액상화현상을 재료의 역학적 거동특성에 기초하여 설명한 것은?
액상화현상을 재료의 역학적 거동특성에 기초하여 설명하면 다음과 같다. 느슨한 사질토가 과잉간극수압이 소산되는 시간보다 빠른 재하속도를 갖는 동하중을 받게 되면 토체는 비배수상태하에 있게 된다. 비배수 상태에 있는 사질토는 일정한 체적을 유지하려는 상태에서 변형을 겪게 된다. 즉, 반복하중하에서 토립자는 변형 및 재배열을 하지만 포화 토체의 일정체적 유지성 때문에 토립자의 변형률 및 재배열량 만큼 과잉간극수압이 발생하게 된다. 이처럼 발생한 간극수압이 토체내의 유효 응력과 같은 수준에 도달하게 되면, 토체내의 전단저항력은 완전히 상실하게 되어 포화 사질토는 액상화에 이른다(Seed and Lee, 1966; Lee and Seed, 1967).
참고문헌 (12)
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Ishihara, K. (1993), "Liquefaction and flow failure during earthquake", Geotechnique, Vol.3, No.3, pp.351-415.
Korea Institute of Construction Technology (2012), Development of site investigation and monitoring system for extreme cold region (in Korean).
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Law, K. T. and Ling Y. H. (1992), "Liquefaction of granular soils with non-cohesive and cohesive fines", Earthquake Engineering, Tenth World Conference, Balkema, Rotterdam, pp.1491-1496.
Lee, K. L. and Seed, H. B. (1967), "Dynamic strength of anisotropically consolidated sand", Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol.93, No.SM5, pp.169-190.
Seed, H. B. and Lee, K. L. (1966), "Liquefaction of saturated sands during cyclic loading", Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, Vol.92, No.SM6, pp.105-134.
Singh, S. (1996), "Liquefaction characteristics of silts", Journal of the Geotechnical and Geological Engineering, 14, pp.1-19.
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