화성 지역의 저소성 실트 지반에 대한 비배수 전단강도를 평가하기 위해 일련의 실내 및 현장 원위치 시험을 수행하였다. 저소성 지반에 대한 비배수 전단강도 산정을 위한 시험의 적용성을 분석하기 위해서 일축압축시험 및 간이 CU 시험을 실시하였으며, 저소성 실트 지반의 경우, 원지반에서 불교란 시료 채취가 적절하게 이루어진다 할지라고 시료 내부의 잔류유효응력이 매우 감소하게 되어, 일축압축강도가 현저하게 과소평가되는 결과가 얻어졌다. 따라서, 해성 점토 지반과 동일한 조건이 갖추어지도록 원위치 유효상재압으로 재압밀시킨 후, 전단시험에서 얻어진 간이 CU 강도, $s_{u(scu)}$의 75%를 설계 비배수 전단강도로 적용한다면, 원위치 전단강도를 적절하게 평가할 수 있는 것으로 분석되었다.
화성 지역의 저소성 실트 지반에 대한 비배수 전단강도를 평가하기 위해 일련의 실내 및 현장 원위치 시험을 수행하였다. 저소성 지반에 대한 비배수 전단강도 산정을 위한 시험의 적용성을 분석하기 위해서 일축압축시험 및 간이 CU 시험을 실시하였으며, 저소성 실트 지반의 경우, 원지반에서 불교란 시료 채취가 적절하게 이루어진다 할지라고 시료 내부의 잔류유효응력이 매우 감소하게 되어, 일축압축강도가 현저하게 과소평가되는 결과가 얻어졌다. 따라서, 해성 점토 지반과 동일한 조건이 갖추어지도록 원위치 유효상재압으로 재압밀시킨 후, 전단시험에서 얻어진 간이 CU 강도, $s_{u(scu)}$의 75%를 설계 비배수 전단강도로 적용한다면, 원위치 전단강도를 적절하게 평가할 수 있는 것으로 분석되었다.
In order to analyze undrained shear strength for clayey silt with low plasticity from Hwaseong site, a series of laboratory and in-situ tests were performed. The Unconfined Compressive (UC) test and Simple Consolidated-Undrained Triaxial (SCU) test were examined in order to assess their applicabilit...
In order to analyze undrained shear strength for clayey silt with low plasticity from Hwaseong site, a series of laboratory and in-situ tests were performed. The Unconfined Compressive (UC) test and Simple Consolidated-Undrained Triaxial (SCU) test were examined in order to assess their applicability to the measurement of the undrained strength of this soil. In the case of clayey silt with low plasticity, although the samples were properly taken by undisturbed sampling method, the residual effective stress and the unconfined compressive strength were reduced considerably. Therefore, an effective confining pressure that corresponds to the typical marine clay should be applied to the soil specimen before shearing in order to compensate for the loss of residual effective stress. By evaluating the shear strengths of clayey silt with low plasticity as 75% of $s_{u(scu)}$, the in-situ shear strength of this kind of soil can be duplicated.
In order to analyze undrained shear strength for clayey silt with low plasticity from Hwaseong site, a series of laboratory and in-situ tests were performed. The Unconfined Compressive (UC) test and Simple Consolidated-Undrained Triaxial (SCU) test were examined in order to assess their applicability to the measurement of the undrained strength of this soil. In the case of clayey silt with low plasticity, although the samples were properly taken by undisturbed sampling method, the residual effective stress and the unconfined compressive strength were reduced considerably. Therefore, an effective confining pressure that corresponds to the typical marine clay should be applied to the soil specimen before shearing in order to compensate for the loss of residual effective stress. By evaluating the shear strengths of clayey silt with low plasticity as 75% of $s_{u(scu)}$, the in-situ shear strength of this kind of soil can be duplicated.
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문제 정의
본 논문에서는 서해안 화성지역에 분포하는 모래 및 실트 함유량이 많은 저소성 지반 특성으로 인해 일축압축강도가 저평가되는 원인과 이에 대한 대책으로 간이 CU 시험에 의해 원위치 전단강도를 모사할 수 있는 평가방법을 제시하였으며, 주된 내용은 다음과 같다.
본 연구는 연약층 심도 8∼14m 사이에서 분포하는 서해안 지역에 위치한 화성시 일대의 지반조사 결과를 토대로 이루어졌다. 흙 분류를 위해 실시하는 액성한계, 소성한계와 입도분석시험은 각각 ASTM 4318(2000), ASTM D422(1990)과 ASTM D2487(2000)에 따라 수행하였으며, 액성한계 시험은 Casagrande 방법을 적용하여 수행하였다.
이러한 원인으로 설계시에는 일시 재하되는 조건에 대해 치환깊이를 산정하지만, 현장에서는 사석재의 반입과정 및 시간에 따른 조위변화 등의 현장 여건에 따라 시간차를 두고 사석재의 투하 작업이 이루어지므로 원지반 강도의 틱소트로피 및 원지반의 압밀 효과에 의한 강도 증가 현상으로 인해 원위치 강도가 설계 조건보다 증가되어 실측된 치환깊이가 작게 평가될 수 있지만, 이러한 현상은 고소성 점토지반에서도 동일하게 발생될 수 있는 상황이다. 실제, 점성토 지반의 강제치환 깊이에 영향을 끼치는 가장 중요한 인자는 원지반의 비배수 전단강도이며, 이 값에 따라 원지반에서 발휘되는 지지력의 현저한 차이가 발생되므로, 모래 및 실트 함유량이 많은 지반조건에서의 일축압축강도가 원위치 전단강도를 적절하게 모사할 수 있는지에 대해 분석한 후 새로운 개념의 저소성 지반의 비배수 전단강도 평가 방법을 제시하고자 한다.
제안 방법
(2) 고소성 점토 지반에서의 시료 채취시의 교란에 의한 원위치 전단강도의 과소평가 요인과 응력이방성 및 변형률 속도효과에 의한 전단강도의 과대평가 요인의 균형효과로 인해 별도의 보정과정 없이도 일축압축시험에서 얻어진 값을 설계 비배수 전단강도로 그대로 적용해 왔지만, 모래 및 실트 함유량이 높은 저소성 지반조건에서도 동일한 개념이 적용될 수 있는지에 대해 분석하기 위해 일축압축시험과 원위치 유효상재압으로 재압밀시킨 후 전단강도를 평가하는 간이 CU 시험을 실시하였다. 그 결과, 간이 CU 강도의 75%를 설계 비배수 전단강도로 적용한 값이 일축압축강도(qu/2)에 비해 약 1.
CPTU 시험은 ASTM D 5778(2003) 규정에 따라 시험결과에 영향을 주는 관입속도, 콘의 모양 및 크기, 지반의 응력이력, 압축성, 입자크기 등의 요소를 최소화하기 위해 원추모양의 Cone Probe의 관입속도를 일정한 속도(2cm/s)로 유지하고, 선단각을 60°, 선단면적 10cm2,주면면적 150cm2의 ASTM에서 통용되고 있는 표준콘을 적용하였다. 이때, 간극수압 측정을 위한 필터는 콘선단부 바로 뒤쪽에 위치하였다.
1%/min의 전단속도로 비배수 조건에서 압축시험을 실시하여, 전단강도를 평가하는 방법을 제안하였으며, 본 시험을 간이 CU 시험으로 칭하며, 여기서 구한 최대 축차응력의 절반에 해당되는 비배수강도(su(SCU))를 간이 CU강도, su(SCU)로 표현하였다. 이러한 과정을 통해서 시료 채취시 발생된 유효구속압 감소에 대한 영향을 배제하게 되지만, 강도이방성 및 전단 변형률 속도에 대한 영향을 추가로 고려하기 위해 간이 CU강도, su(SCU)에 0.75를 곱한 값을 설계 비배수강도로 적용하도록 제안하였다.
일축압축시험은 ASTM D2166(2003)에 따라 수행되었으며, 공시체의 높이와 직경은 각각 100mm, 50mm이며, 전단시험시 변형률 속도는 1%/min이 적용되었다. 표준압밀시험은 직경 60mm, 높이 20mm의 압밀링을 적용하여 포화된 공시체의 상하부를 통해서 양방향 배수가 이루어지도록 porous stone을 설치한 후, 각각의 하중단계별로 24시간 동안 재하시킨 후 전단계의 2배 하중을 적용시켜 압밀시험을 진행하였으며, Casagrande 방법으로 압밀항복응력을 평가하였다.
현장베인시험(FVT)은 로드와 지반과의 마찰이 거의 발생하지 않는 이중관식 베인(vane)으로 표준규격은 직경 (D) 40mm, 높이 80mm, 두께 1mm이며, ASTM D 2578(2003) 규정에 따라 약 0.1°/sec(6°/min)의 회전속도로 시험을 실시하였다.
이론/모형
일축압축시험은 ASTM D2166(2003)에 따라 수행되었으며, 공시체의 높이와 직경은 각각 100mm, 50mm이며, 전단시험시 변형률 속도는 1%/min이 적용되었다. 표준압밀시험은 직경 60mm, 높이 20mm의 압밀링을 적용하여 포화된 공시체의 상하부를 통해서 양방향 배수가 이루어지도록 porous stone을 설치한 후, 각각의 하중단계별로 24시간 동안 재하시킨 후 전단계의 2배 하중을 적용시켜 압밀시험을 진행하였으며, Casagrande 방법으로 압밀항복응력을 평가하였다.
본 연구는 연약층 심도 8∼14m 사이에서 분포하는 서해안 지역에 위치한 화성시 일대의 지반조사 결과를 토대로 이루어졌다. 흙 분류를 위해 실시하는 액성한계, 소성한계와 입도분석시험은 각각 ASTM 4318(2000), ASTM D422(1990)과 ASTM D2487(2000)에 따라 수행하였으며, 액성한계 시험은 Casagrande 방법을 적용하여 수행하였다. Fig.
성능/효과
(3) 간이 CU 시험의 유효성에 대해 강도증가율(su/p′c)을 통해 분석한 결과, 일축압축강도에 의한 심도에 따른 평균 강도증가율은 국내 해성 점성토 지반의 일반적인 값의 범위인 0.25∼0.35에서 벗어난 상당히 작은 값을 나타낸 반면에, 간이 CU 강도, su(SCU)의 값은 0.296로 평가되어, 모래 및 실트 함유량이 높은 저소성 지반 조건에서 간이 CU 시험을 실시한다면, 설계 비배수 전단강도를 보다 합리적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다. 추후, 국내의 다양한 지반조건에 대한 충분한 데이터 축적 및 비교 분석으로 간이 CU 강도의 적용성에 대한 검증이 이루어져야 할 것이다.
)이 구속압(부의 간극수압)의 형태로 작용하게 되는데, 광양 및 부산 등의 고소성 점토지반에 비해, 모래 및 실트분 함유량이 많은 서해안 저소성 지반은 상대적으로 투수계수가 크므로 공시체 내에 부의 간극수압을 유지하기 어렵게 된다. 이러한 원인으로 인해 서해안 화성 지역에서 채취된 시료를 이용하여 일축압축시험을 실시한 결과, 전단강도가 현저하게 과소평가되는 경향을 나타내어 설계 비배수 전단강도로서의 적용성이 떨어지는 것으로 분석되었다.
모래함유량이 상대적으로 많은 층에서는 작은 함수비를 보이는 반면에 세립분 함유량이 많은 층에서는 보다 높은 함수비를 갖는 것을 알 수 있다. 입도에 따른 흙분류시 점토와 실트는 0.002mm 입경을 기준으로 구분하였으며, 일부 심도에서 30% 내외의 비교적 많은 모래함유량을 나타내는 층이 존재하지만, 전체적으로 심도에 따른 모래, 실트, 점토의 평균 함유율은 각각 14%, 69%, 17%로 실트질 성분이 우세한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
후속연구
7%로 보통 정도의 시료 품질 상태를 유지한 것으로 분석되었다. 그러나, 액성한계 70% 정도를 나타내는 부산 및 광양 점토 지반과 비교할 때 서해안 저소성 지반의 압축지수 및 초기간극비는 작은 값을 나타내므로, Anderson(1985) 방법을 그대로 적용한 시료 품질 평가방법이 적절하지 않을 수 있으므로 이에 대한 추가적인 검토가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
)의 측정은 이루어지지 못했지만, 시료 채취 과정에서의 흙 구조의 부분적인 파괴 및 잔류유효응력의 손실로 인해 일축압축강도가 저평가된 원인인 것으로 추정할 수 있었다. 따라서, 모래 및 실트 함유율이 높은 저소성 지반조건에서 불교란 시료를 채취하여 전단강도를 평가할 때에는 시료 채취 과정에서 발생되는 잔류유효응력의 손실 및 흙 구조 파괴 현상에 의한 교란효과를 배제하기 위해, 원위치의 유효상재압으로 재압밀시킨 후에 전단시험을 실시하는 간이 CU 시험방법을 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
296으로 평가되어, 원지반에서 채취된 시료에 대해 원위치 유효상재압으로 등방압밀시켜서 잔류유효응력의 감소현상을 상쇄시킨 후 전단강도를 평가하는 방법이 유효한 것으로 판단된다. 추후, 국내의 다양한 지반조건에 대한 충분한 데이터 축적 및 비교 분석으로 간이 CU 강도의 적용성에 대한 검증이 이루어져야 할 것이다.
296으로 평가되어, 원지반에서 채취된 시료에 대해 원위치 유효상재압으로 등방압밀시켜서 잔류유효응력의 감소현상을 상쇄시킨 후 전단강도를 평가하는 방법이 유효한 것으로 판단된다. 추후, 국내의 다양한 지반조건에 대한 충분한 데이터 축적 및 비교 분석으로 간이 CU 강도의 적용성에 대한 검증이 이루어져야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화성 지역의 저소성 실트 지반에 대한 비배수 전단강도를 평가를 위한 시험에서 저소성 실트 지반의 경우 일축압축강도가 현저하게 과소 평가되는 결과를 얻게된 이유는?
화성 지역의 저소성 실트 지반에 대한 비배수 전단강도를 평가하기 위해 일련의 실내 및 현장 원위치 시험을 수행하였다. 저소성 지반에 대한 비배수 전단강도 산정을 위한 시험의 적용성을 분석하기 위해서 일축압축시험 및 간이 CU 시험을 실시하였으며, 저소성 실트 지반의 경우, 원지반에서 불교란 시료 채취가 적절하게 이루어진다 할지라고 시료 내부의 잔류유효응력이 매우 감소하게 되어, 일축압축강도가 현저하게 과소평가되는 결과가 얻어졌다. 따라서, 해성 점토 지반과 동일한 조건이 갖추어지도록 원위치 유효상재압으로 재압밀시킨 후, 전단시험에서 얻어진 간이 CU 강도, $s_{u(scu)}$의 75%를 설계 비배수 전단강도로 적용한다면, 원위치 전단강도를 적절하게 평가할 수 있는 것으로 분석되었다.
항만 컨테이너 부두는 대부분 어떤 지반 위에 조성되는가?
항만 컨테이너 부두는 비교적 고함수비 및 고압축성인 해성 점토지반 상에 조성되는 경우가 대부분이며, 안벽 케이슨 구조물 설치를 위한 하부기초 지반처리 및 컨테이너 야적장으로 이용되는 배후부지의 지반개량 과정에서 소요되는 비용이 전체 공사비를 좌우하는 가장 중요한 요소가 된다. 이때, 배후부지 지반개량을 위해 주로 적용되는 연직배수재 타설 및 선행재하공법 적용시 재하성토 규모 및 방치기간에 영향을 끼치는 주요 인자는 점토지반의 압축지수 및 압밀계수이며, 안정성이 확보되는 한계성토고 결정 및 단계성토시 적정 방치 기간을 파악하기 위해서는 원지반 점성토의 비배수전단강도 및 강도증가율의 합리적인 평가가 중요한 요소가 된다.
항만 컨테이너 부두 조성에서 전체 공사비를 좌우하는 가장 중요한 요소가 되는 비용은?
항만 컨테이너 부두는 비교적 고함수비 및 고압축성인 해성 점토지반 상에 조성되는 경우가 대부분이며, 안벽 케이슨 구조물 설치를 위한 하부기초 지반처리 및 컨테이너 야적장으로 이용되는 배후부지의 지반개량 과정에서 소요되는 비용이 전체 공사비를 좌우하는 가장 중요한 요소가 된다. 이때, 배후부지 지반개량을 위해 주로 적용되는 연직배수재 타설 및 선행재하공법 적용시 재하성토 규모 및 방치기간에 영향을 끼치는 주요 인자는 점토지반의 압축지수 및 압밀계수이며, 안정성이 확보되는 한계성토고 결정 및 단계성토시 적정 방치 기간을 파악하기 위해서는 원지반 점성토의 비배수전단강도 및 강도증가율의 합리적인 평가가 중요한 요소가 된다.
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