본 연구에서는 피압의 작용에 따른 점토 지반의 용탈 특성을 조사하기 위해 두 종류의 원통형 일차원 대형 컬럼 장치(높이 : 1,100mm, 직경 250mm)를 제작하여 점토 지반의 압밀 거동 실험을 수행하였다. 피압의 크기는 5.5kPa로 하부지반에서부터 작용하도록 하였으며, 압밀 실험 종료 후 점토층의 깊이에 따른 염분의 농도와 비배수 전단강도를 측정하였다. 실험 결과 비배수 전단강도 및 염분 분포는 점토층 하부에서 뚜렷한 차이를 보였으며, 상부로 갈수록 유사한 경향을 보였다. 이는 피압이 작용할 경우 점토층 내에 용탈현상이 발생하여 지반이 구조적으로 취약해져 나타난 결과로 판단된다. 또한 전기전도도 측정을 통해 시간에 따른 간극비 변화를 살펴본 결과, 피압이 작용하는 지반에서 간극율 변화가 더 크게 나타났다.
본 연구에서는 피압의 작용에 따른 점토 지반의 용탈 특성을 조사하기 위해 두 종류의 원통형 일차원 대형 컬럼 장치(높이 : 1,100mm, 직경 250mm)를 제작하여 점토 지반의 압밀 거동 실험을 수행하였다. 피압의 크기는 5.5kPa로 하부지반에서부터 작용하도록 하였으며, 압밀 실험 종료 후 점토층의 깊이에 따른 염분의 농도와 비배수 전단강도를 측정하였다. 실험 결과 비배수 전단강도 및 염분 분포는 점토층 하부에서 뚜렷한 차이를 보였으며, 상부로 갈수록 유사한 경향을 보였다. 이는 피압이 작용할 경우 점토층 내에 용탈현상이 발생하여 지반이 구조적으로 취약해져 나타난 결과로 판단된다. 또한 전기전도도 측정을 통해 시간에 따른 간극비 변화를 살펴본 결과, 피압이 작용하는 지반에서 간극율 변화가 더 크게 나타났다.
This paper performed consolidation tests on soft ground with and without artesian pressure conditions to find out characteristics of leaching effects using two types of one-dimensional column equipment(height : 1,100mm, outer diameter : 250mm). Artesian pressure of 5.5kPa was applied to the bottom o...
This paper performed consolidation tests on soft ground with and without artesian pressure conditions to find out characteristics of leaching effects using two types of one-dimensional column equipment(height : 1,100mm, outer diameter : 250mm). Artesian pressure of 5.5kPa was applied to the bottom of soft ground inside column equipment. Distribution of salinity and shear strength with soil depth were measured after the consolidation test. From the results, it was found that distribution of undrained shear strength and salt concentrations were similar at the top of clay ground irrespective of artesian pressure condition. However, at the bottom of clay ground, the values of undrained shear strength and salt concentration under artesian pressure were lower than those without artesian pressure. This result indicates that structure of soft soil with artesian pressure was weakened by salt leaching. Electronic resistance results showed that void ratio under artesian pressure condition was more reduced than that without artesian pressure condition.
This paper performed consolidation tests on soft ground with and without artesian pressure conditions to find out characteristics of leaching effects using two types of one-dimensional column equipment(height : 1,100mm, outer diameter : 250mm). Artesian pressure of 5.5kPa was applied to the bottom of soft ground inside column equipment. Distribution of salinity and shear strength with soil depth were measured after the consolidation test. From the results, it was found that distribution of undrained shear strength and salt concentrations were similar at the top of clay ground irrespective of artesian pressure condition. However, at the bottom of clay ground, the values of undrained shear strength and salt concentration under artesian pressure were lower than those without artesian pressure. This result indicates that structure of soft soil with artesian pressure was weakened by salt leaching. Electronic resistance results showed that void ratio under artesian pressure condition was more reduced than that without artesian pressure condition.
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문제 정의
본 연구에서는 피압에 의해 점토지반에서 발생하는 용탈 현상이 지반에 미치는 영향을 알아보기 위해 상향침투 제어가 가능한 원통형 대형 압밀 장비를 제작하였다. 이를 이용하여 피압의 작용 유 · 무에 따른 점토층의 염분 변화, 비배수 전단강도의 변화 및 간극비 변화 등을 살펴보았으며, 그 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 피압의 작용 유·무에 따른 실험의 오차를 최소화 하고자 각 조건 별로 실험 장비를 제작하였다.
제안 방법
따라서 전극에서 측정된 전기저항 값을 전기비저항 값으로 변환하기 위한 교정을 실시하였다. NaCl (순도 : 99.9%)을 이용하여 증류수의 전기전도도를 3 S/m까지 증가시키며 LCR meter(Agilent 4236B)를 사용해 전기저항을 측정하고 동시에 conductivity meter(Accumet Excel XL50, Fisher Scientific)를 사용하여 각 시료의 전기전도도를 측정하였다. Fig.
64kPa이며 무게추를 이용하여 각각의 하중을 재하하였다. 각 하중 재하 기간은 1단계와 2단계에서는 8일, 3단계에서는 16일이며 총 32일 동안 압밀을 수행하였다. 또한 압밀 실험 완료시까지 수두가 일정하게 유지되도록 하여 지반 내에 피압이 소산되지 않고 지속적으로 작용할 수 있도록 하였다.
따라서 본 연구에서는 피압의 작용 유·무에 따른 점토 지반의 용탈 현상과 비배수 전단강도 특성 및 간극비 변화를 측정하였다.
전기저항은 시료의 측정에 사용되는 전극의 형상, 크기, 재질 등에 영향을 받을 뿐만 아니라 전극과 연결된 전선의 길이, 재질 등에 의해서도 영향을 받기 때문에 고유의 특성을 반영하기 어려운 문제가 있다. 따라서 전극에서 측정된 전기저항 값을 전기비저항 값으로 변환하기 위한 교정을 실시하였다. NaCl (순도 : 99.
각 하중 재하 기간은 1단계와 2단계에서는 8일, 3단계에서는 16일이며 총 32일 동안 압밀을 수행하였다. 또한 압밀 실험 완료시까지 수두가 일정하게 유지되도록 하여 지반 내에 피압이 소산되지 않고 지속적으로 작용할 수 있도록 하였다.
이를 통해 피압의 작용 유 · 무에 따른 압밀 실험을 수행하여 점토층의 깊이에 따른 염분의 용탈 현상을 측정하고 현장 베인 시험기를 이용하여 깊이에 따른 비배수 전단강도를 각각 측정하였다. 또한 점토층 지반의 상부에 전기전도도 측정 센서를 설치하여 압밀에 따른 간극비 변화를 측정하여, 피압의 작용이 점토층에 미치는 영향에 대해 비교 ․ 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 피압의 작용 유·무에 따른 실험의 오차를 최소화 하고자 각 조건 별로 실험 장비를 제작하였다. 먼저 피압이 작용하지 않는 지반의 경우 상부 수조(water tank)와 조성된 점토층의 높이가 같도록하여 상향침투가 발생하지 않도록 하였으며, 피압이 작용하는 지반의 경우 상부 수조의 높이를 조절하여 동수경사에 의한 상향침투가 발생하도록 하였다. 이때 모든 센서 및 계측은 동시에 진행하였다.
본 연구에서 수행한 점토층의 간극비는 흙의 전기전도도와 간극수의 전도도의 비인 formation factor와 컬럼 실험을 통해 계측한 시료의 전기저항(R) 및 전기비저항(Ω)과의 관계를 통해 산정하였으며, 이러한 관계를 통해 점토층의 시간에 따른 간극율 변화 곡선을 유도할 수 있다.
69로 나타났으며, 통일분류법(USCS)으로 분류한 결과 고소성 점토(CH)로 나타났다. 본 연구에서는 연약지반의 조성과 더불어 시료의 균질성을 가지도록10체(2.0mm)로 체가름을 하여 자갈, 조개 등의 불순물을 제거하였으며, 대형 수조에 담수를 이용하여 시료의 함수비를 80%로 재성형한 뒤 약 10일간 예압밀 후 실내 실험을 수행하였다.
압밀 과정에서 유발되는 침하량은 LVDT를 이용하여 측정하였다. 전기전도도 센서 및 LVDT를 설치한 후 피압이 지반에 미치는 영향을 알아보기 위해 동수경사를 0.
염분의 측정은 각각 깊이별 샘플을 채취한 뒤 염분측정기(오차 범위 ±10%)를 이용하여 측정하였으며, 이때 측정시마다 염분측정기를 세척하여 오차를 저감하고자 하였다.
5는 압밀 실험이 끝난 점토층의 피압의 작용 유·무에 따른 염분 분포를 나타낸 것이다. 이때 각 조건에 따라 정확한 염분 값의 범위를 알기 위해 점토층 깊이별로 3회씩 측정하였다. 실험 전 측정한 점토층의 초기 염분 값은 약 4.
5kPa의 피압이 점토 하부에 작용하도록 하였다. 이때 동수경사는 시료가 조성된 컬럼의 상부에 높이 조절이 가능한 상부 수조(water tank)를 이용하여 컬럼의 바닥부분으로 상향침투가 작용하도록 하였다.
6(c)). 이러한 현상을 분석하기 위해 피압이 작용한 지반에 사용된 무게추(weight plate)의 표면 이물질 및 각 피압 조건에 따른 하부 점토층(dredged soil)의 일부를 채취하여 X-선 형광분석기(Xray flourescence spectrometry, XRF)를 통해 성분 분석을 수행하였다.
이를 이용하여 피압의 작용 유 · 무에 따른 점토층의 염분 변화, 비배수 전단강도의 변화 및 간극비 변화 등을 살펴보았으며, 그 결과는 다음과 같다.
이를 통해 피압의 작용 유 · 무에 따른 압밀 실험을 수행하여 점토층의 깊이에 따른 염분의 용탈 현상을 측정하고 현장 베인 시험기를 이용하여 깊이에 따른 비배수 전단강도를 각각 측정하였다.
압밀 과정에서 유발되는 침하량은 LVDT를 이용하여 측정하였다. 전기전도도 센서 및 LVDT를 설치한 후 피압이 지반에 미치는 영향을 알아보기 위해 동수경사를 0.5로 하여 5.5kPa의 피압이 점토 하부에 작용하도록 하였다. 이때 동수경사는 시료가 조성된 컬럼의 상부에 높이 조절이 가능한 상부 수조(water tank)를 이용하여 컬럼의 바닥부분으로 상향침투가 작용하도록 하였다.
지반은 하부 모래층(두께 : 200mm), 중간 점토층(두께 : 800mm), 상부 모래층(두께 : 100mm)으로 구성하여 실제 지층 구조와 유사하도록 지반을 조성하였다. 점토층 상부에서 약 300mm 아래에 전기전도도 센서(resistivity)를 설치하여 전기비저항을 통한 상부 점토층의 간극율 변화를 측정하였다.
이때 연직배수재의 타설 깊이는 점토층 전체 깊이의 3/4 지점까지 관입하였는데, 이는 연직배수재를 완전 관통할 경우 발생할 수 있는 피압의 초기 유출을 방지하고자 하기 위함이다. 지반에 작용하는 하중은 총 3단계로서 1단계 4.91kPa, 2단계 9.82kPa, 3단계 19.64kPa이며 무게추를 이용하여 각각의 하중을 재하하였다. 각 하중 재하 기간은 1단계와 2단계에서는 8일, 3단계에서는 16일이며 총 32일 동안 압밀을 수행하였다.
4). 지반은 하부 모래층(두께 : 200mm), 중간 점토층(두께 : 800mm), 상부 모래층(두께 : 100mm)으로 구성하여 실제 지층 구조와 유사하도록 지반을 조성하였다. 점토층 상부에서 약 300mm 아래에 전기전도도 센서(resistivity)를 설치하여 전기비저항을 통한 상부 점토층의 간극율 변화를 측정하였다.
대형 압밀실험 장비의 제원은 내부 직경 230mm(외부 직경 250mm), 높이 1,500mm이며, 원통형 아크릴로 제작되었다. 컬럼 하부에 상부 수조(water tank)를 연결하여 동수경사에 의한 상향 흐름이 가능하도록 제작하였다(Fig. 4). 지반은 하부 모래층(두께 : 200mm), 중간 점토층(두께 : 800mm), 상부 모래층(두께 : 100mm)으로 구성하여 실제 지층 구조와 유사하도록 지반을 조성하였다.
피압의 작용 유·무에 따라 동일한 점토층 깊이에서 각각 총 6회씩 수행하였으며, 압밀침하 깊이를 고려하여 약 200mm 이하에서 비배수 전단강도를 측정하였다.
피압의 작용에 따른 점토지반의 용탈 특성을 알아보기 위해 대형 압밀 실험 장비를 제작하여 실험을 수행하였다. 대형 압밀실험 장비의 제원은 내부 직경 230mm(외부 직경 250mm), 높이 1,500mm이며, 원통형 아크릴로 제작되었다.
대상 데이터
피압의 작용에 따른 점토지반의 용탈 특성을 알아보기 위해 대형 압밀 실험 장비를 제작하여 실험을 수행하였다. 대형 압밀실험 장비의 제원은 내부 직경 230mm(외부 직경 250mm), 높이 1,500mm이며, 원통형 아크릴로 제작되었다. 컬럼 하부에 상부 수조(water tank)를 연결하여 동수경사에 의한 상향 흐름이 가능하도록 제작하였다(Fig.
따라서 본 연구에서는 피압의 작용 유·무에 따른 점토 지반의 용탈 현상과 비배수 전단강도 특성 및 간극비 변화를 측정하였다. 실내실험은 수두차를 이용하여 상향 흐름을 제어할 수 있는 높이 1,500mm, 내부 직경 230mm(외부 직경 250mm)의 원통형 대형 압밀 장비를 제작하여 수행하였다. 이를 통해 피압의 작용 유 · 무에 따른 압밀 실험을 수행하여 점토층의 깊이에 따른 염분의 용탈 현상을 측정하고 현장 베인 시험기를 이용하여 깊이에 따른 비배수 전단강도를 각각 측정하였다.
압밀을 촉진하기 위해 점토층에 연직배수재(prefabricated vertical drain, PVD)를 설치하였다. 이때 연직배수재의 타설 깊이는 점토층 전체 깊이의 3/4 지점까지 관입하였는데, 이는 연직배수재를 완전 관통할 경우 발생할 수 있는 피압의 초기 유출을 방지하고자 하기 위함이다.
연구대상 지역은 낙동강 하구에 위치한 ○○현장의 일원으로서 현장 지반조사를 통해 구한 지층 구조와 함수비 분포는 Fig. 3과 같다. 현장 지층 분포는 하부에 자갈 및 모래층과 중간에 대심도의 점토층이 깊게 분포하고 있으며, 상부에 퇴적 모래층이 존재하고 있다.
7은 현장 베인 시험기(field vane tester)를 이용하여 측정한 점토층의 깊이별 비배수 전단강도 분포도를 나타낸다. 컬럼 실험 장치 및 압밀에 의한 연직배수재의 굴곡 등을 고려하여 직경 25.4mm, 높이 50.8mm의 베인(vane)을 사용하였다. 피압의 작용 유·무에 따라 동일한 점토층 깊이에서 각각 총 6회씩 수행하였으며, 압밀침하 깊이를 고려하여 약 200mm 이하에서 비배수 전단강도를 측정하였다.
성능/효과
(1) 점토층의 깊이에 따른 염분 분포를 측정한 결과 피압의 작용 유·무에 따라 그 값이뚜렷한 차이를 나타내었다.
(2) 피압의 작용 유 · 무에 따른 비배수 전단강도를 각각 측정한 결과 상부에서부터 심도가 깊어짐에 따라 비배수 전단강도 값의 차이가 점차 증가하는 경향을 보였다.
(3) 간극비는 하중 단계 및 시간에 따라 점차 감소하는 거동을 보였으며, 피압이 작용한 지반에서 더 큰 간극비 변화량을 보였다.
6(a))와 비교한 결과 피압이 작용하지 않은 지반(without AP)에 사용된 무게추의 경우 표면이 매끈한 반면(Fig. 6(b)), 피압이 작용한 지반(with AP)에 사용된 무게추의 경우 무게추의 표면에 백색의 이물질이 부착되어 있는 것이 육안으로 확인되었다(Fig. 6(c)).
9는 전기비저항 실험을 통해 구한 점토층의 시간-간극비 관계 곡선을 나타낸다. 각 조건에 따른 간극비 변화량을 살펴보면 각각 피압이 작용하지 않는 지반의 경우 약 0.52, 피압이 작용하는 지반의 경우 약 0.64로 피압이 작용하는 지반에서 더 큰 간극비의 변화량을 보였다. 이와 같은 연구 결과는 염분 용탈이 발생한 지반에서 침하나 압축성이 커진다는 기존 연구결과와 일치한다.
25‰의 차이를 나타내었다. 또한 XRF 분석을 통해 하부 점토층 및 무게추의 성분을 분석한 결과 피압이 작용한 지반의 염분이 피압이 작용하지 않은 지반에 비해 상대적으로 낮은 값을 나타내는 경향을 보였으며, 하중 재하를 위해 사용된 무게추에서 다량의 염소(Cl)가 검출되었다. 이러한 결과를 통해 점토층에 피압이 작용할 경우 담수의 상향침투로 인해 점토층의 용탈 현상이 발생하는 것을 알 수 있다.
592로 나타났으며, 상기 나열된 다른 성분에 비해 비교적 큰 차이를 나타내었다. 또한 피압이 작용하는 지반에서 사용된 무게추의 분석 결과를 살펴보면 염소(Cl)의 함유량이 약 9.65%로서 많은 양의 염소가 무게추 표면에 부착되어 있는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해 피압수의 상향 침투로 하부지반에 용탈현상이 발생한 것을 알 수 있다.
먼저 피압이 작용하지 않는 점토층(soil without artesian pressure)에서 염분을 측정한 결과, 연직배수재가 설치된 상부표면에 가까울수록 염분이 점차 감소하는 경향을 보였다. 또한 배수재가 관입되지 않은 하부 점토층의 경우 약 4.
이는 점토층 상부에 포설된 모래층 및 점토 지반에 관입된 연직배수재를 통해 점토층에서 배수가 원활하게 이루어져 피압에 관계없이 비배수 전단강도 값이 유사하게 증가된 것으로 판단된다. 반면 점토층 하부로 갈수록 피압이 작용하는 지반의 비배수 전단강도가 상대적으로 더 작게 증가하는 경향을 보였다. 특히 연직배수재가 미관통된 하부 점토층의 경우 그 값의 차이가 크게 나타나는 경향을 보였다.
14‰로 초기 염분 값과 큰 차이를 보이지 않았다. 반면 피압이 작용하는 점토층의 경우(soil with artesian pressure) 염분 값이 피압이 작용하지 않는 지반에 비해 상대적으로 크게 감소하는 경향을 보였으며, 점토층 깊이가 깊어짐에 따라 염분이 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 피압에 의한 담수의 상향 침투로 인해 하부점토층에서 용탈 현상이 발생하여 염분이 크게 감소한 것으로 판단된다.
현장 지층 분포는 하부에 자갈 및 모래층과 중간에 대심도의 점토층이 깊게 분포하고 있으며, 상부에 퇴적 모래층이 존재하고 있다. 본 연구에서는 시추공을 이용하여 현장 점토를 채취하였으며, 함수비 분포를 측정한 결과 약 30~65% 내외로 나타났다. 실내실험을 통해 구한 점토층의 기본 물성치는 Table 1과 같다.
실내실험을 통해 구한 점토층의 기본 물성치는 Table 1과 같다. 비중은 약 2.69로 나타났으며, 통일분류법(USCS)으로 분류한 결과 고소성 점토(CH)로 나타났다. 본 연구에서는 연약지반의 조성과 더불어 시료의 균질성을 가지도록10체(2.
측정된 전기저항은 전기비저항과 선형의 관계를 보이며, 전기저항과 전기비저항과의 교정계수(α)는 피압이 작용하지 않는 지반에서 0.02501m, 피압이 작용하는 지반에서 0.02252m의 값을 보였다.
후속연구
전기비저항의 경우 간극수의 농도에 영향을 많이 받게 되며 본 연구에서는 피압을 지속적으로 가해 지반내의 염분이 일정하게 유지되지 않으므로 결과 값의 정확한 검증을 위해 추후 더 많은 실험 및 분석이 필요하다. 또한 실내실험 특성상 피압의 크기가 지반 조건에 비해 상당히 크므로 본 연구의 결과로 일반화하기에는 한계가 있다. 추후 피압의 크기를 다양화하여 이에 따른 지반 거동 및 영향에 대한 추가적인 실험 및 분석을 진행할 필요가 있다.
시간-간극비 관계 곡선에서 하중이 재하되는 순간에 간극비 변화량이 소폭 증가하는 경향을 보였는데 이는 흙과 간극수의 전기비저항을 통해 간극비를 측정하는 실험 특성 상 하중이 재하됨에 따라 발생하는 실험적 오차로 판단된다. 전기비저항의 경우 간극수의 농도에 영향을 많이 받게 되며 본 연구에서는 피압을 지속적으로 가해 지반내의 염분이 일정하게 유지되지 않으므로 결과 값의 정확한 검증을 위해 추후 더 많은 실험 및 분석이 필요하다. 또한 실내실험 특성상 피압의 크기가 지반 조건에 비해 상당히 크므로 본 연구의 결과로 일반화하기에는 한계가 있다.
또한 실내실험 특성상 피압의 크기가 지반 조건에 비해 상당히 크므로 본 연구의 결과로 일반화하기에는 한계가 있다. 추후 피압의 크기를 다양화하여 이에 따른 지반 거동 및 영향에 대한 추가적인 실험 및 분석을 진행할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
용탈 현상이란?
, 2006), 이로 인해 하부 점토 지반 내에 용탈(leaching) 현상이 발생하여 다양한 지반공학적 문제가 유발될 수 있다. 용탈 현상이란 강우나 지하수 및 외부에서 유입되는 담수 등으로 인해 지반 내의 염분이 빠져나가는 현상으로, 용탈 현상이 발생할 경우 양이온 방출로 인해 점토 입자간의 화학적 구조가 취약해져 비배수전단강도, 압밀 침하, 투수계수, 민감도 등에 영향을 미치는 요인이 된다(Bjerrum, 1967; Torrance, 1974; Woo et al., 1977; Ohtsubo et al.
비배수 전단강도 및 염분 분포가 점토층 하부에서 뚜렷한 차이를 보여준다는 것은 무엇의 결과인가?
실험 결과 비배수 전단강도 및 염분 분포는 점토층 하부에서 뚜렷한 차이를 보였으며, 상부로 갈수록 유사한 경향을 보였다. 이는 피압이 작용할 경우 점토층 내에 용탈현상이 발생하여 지반이 구조적으로 취약해져 나타난 결과로 판단된다. 또한 전기전도도 측정을 통해 시간에 따른 간극비 변화를 살펴본 결과, 피압이 작용하는 지반에서 간극율 변화가 더 크게 나타났다.
부산점토의 특징은?
대한민국 남동단에 위치한 부산은 우리나라 제2의 도시이자, 제1의 무역항으로 급격한 경제 성장과 더불어 산업용지 및 주거용지의 수요가 증가됨에 따라 부지의 확보를 위해 매립 또는 연약 지반의 개량이 요구되고 있다. 특히 부산 낙동강 하구 일원에 분포하고 있는 부산점토는 대심도 점토층으로 이루어진 우리나라의 대표적인 연약지반이다. 기존 연구자들이 수행한 지반 조사결과에 따르면 부산 낙동강 하구 대심도 점토층 하부에 피압대수층이 존재하는 것으로 확인되었으며(Baek, 2002; Heo, 2003; Kim et al.
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