서해안의 인천 및 화성지역에 분포하는 모래 및 실트 함유량이 많은 저소성 지반에 대해 피에조콘관입시험(CPTU) 데이터 및 강제치환 공법을 이용하여 부분배수 특성을 분석하였다. Powell과 Quarterman(1988)에 의한 과압밀비$OCR={\kappa}(q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo})$ 경험식은 모래함유량이 많은 서해안 저소성 실트 지반에서는 상대적으로 투수성이 커서 표준관입속도(2cm/s)하에서 콘관입저항력($q_t$)이 크게 평가되어 과압밀비가 크게 산정되는 경향을 나타냈다. Schnaid et al. (2004)는 간극수압계수($B_q$)-강도증가율($s_u/{\sigma}^{\prime}_{vo}$)-정규화된 콘저항($Q_t=(q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo}$)을 함께 도시하여, 부분배수 유무를 판단하도록 제시하였는데, 인천 및 화성 지역의 CPTU 데이터의 50% 이상이 부분배수 상태를 나타내는 $B_q$ < 0.3에 분포하였다. 또한, 강제치환 시공과정 중 부분배수 현상으로 인해 원지반의 강도증가 현상이 발생되어 설계 예상 치환깊이보다 훨씬 작은 실측값이 얻어진다는 관점에서 실측 치환깊이와 동일한 값이 얻어지도록 원지반의 지지력에 대한 역해석을 수행하였다. 그 결과, 소성지수가 감소할수록 내부마찰각이 커지는 경향을 나타내며, 내부마찰각(${\varphi}^{\prime}$)이 $2{\sim}7^{\circ}$의 범위에서 분포하는 것으로 분석되었다.
서해안의 인천 및 화성지역에 분포하는 모래 및 실트 함유량이 많은 저소성 지반에 대해 피에조콘관입시험(CPTU) 데이터 및 강제치환 공법을 이용하여 부분배수 특성을 분석하였다. Powell과 Quarterman(1988)에 의한 과압밀비 $OCR={\kappa}(q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo})$ 경험식은 모래함유량이 많은 서해안 저소성 실트 지반에서는 상대적으로 투수성이 커서 표준관입속도(2cm/s)하에서 콘관입저항력($q_t$)이 크게 평가되어 과압밀비가 크게 산정되는 경향을 나타냈다. Schnaid et al. (2004)는 간극수압계수($B_q$)-강도증가율($s_u/{\sigma}^{\prime}_{vo}$)-정규화된 콘저항($Q_t=(q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo}$)을 함께 도시하여, 부분배수 유무를 판단하도록 제시하였는데, 인천 및 화성 지역의 CPTU 데이터의 50% 이상이 부분배수 상태를 나타내는 $B_q$ < 0.3에 분포하였다. 또한, 강제치환 시공과정 중 부분배수 현상으로 인해 원지반의 강도증가 현상이 발생되어 설계 예상 치환깊이보다 훨씬 작은 실측값이 얻어진다는 관점에서 실측 치환깊이와 동일한 값이 얻어지도록 원지반의 지지력에 대한 역해석을 수행하였다. 그 결과, 소성지수가 감소할수록 내부마찰각이 커지는 경향을 나타내며, 내부마찰각(${\varphi}^{\prime}$)이 $2{\sim}7^{\circ}$의 범위에서 분포하는 것으로 분석되었다.
Parial drainage characteristics of clayey silt with low plasticity from the west coast (Incheon and Hwaseong) was analyzed using CPTU based existing correlation equations and compulsory replacement method. Generally, the estimated $OCRs={\kappa}{\cdot}((q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo}...
Parial drainage characteristics of clayey silt with low plasticity from the west coast (Incheon and Hwaseong) was analyzed using CPTU based existing correlation equations and compulsory replacement method. Generally, the estimated $OCRs={\kappa}{\cdot}((q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo})$ using Powell and Quartman(1988) were higher than those obtained by the oeodometer tests. These trends were noticeable for the layers containing a lot of silty and sand soils. The assessment of partial drainage conditions was performed through Schnaid et al. (2004)'s equation; it is based on plotting the normalized cone resistance, $Q_t$ versus the pore pressure parameter, $B_q$ in combination with the strength incremental ratio, $s_u/{\sigma}^{\prime}_{vo}$ to the CPTU data. It is evident that more than half of the data fall in the range where $B_q$ < 0.3, corresponding to the domain in which the partial drainage prevails when testing normally consolidated soils at a standard rate of penetration (2 cm/s). To estimate the replacement depth of clayey silt with low plasticity, back analysis was carried out to evaluate the internal friction angle based on where the design depths are equal to the checked depths using bearing capacity equation. The internal friction angels obtained from the back analysis tended to increase as the plasticity index decreases, which is ranged approximately from ${\varphi}^{\prime}=2^{\circ}$ to ${\varphi}^{\prime}=7^{\circ}$.
Parial drainage characteristics of clayey silt with low plasticity from the west coast (Incheon and Hwaseong) was analyzed using CPTU based existing correlation equations and compulsory replacement method. Generally, the estimated $OCRs={\kappa}{\cdot}((q_t-{\sigma}_{vo})/{\sigma}^{\prime}_{vo})$ using Powell and Quartman(1988) were higher than those obtained by the oeodometer tests. These trends were noticeable for the layers containing a lot of silty and sand soils. The assessment of partial drainage conditions was performed through Schnaid et al. (2004)'s equation; it is based on plotting the normalized cone resistance, $Q_t$ versus the pore pressure parameter, $B_q$ in combination with the strength incremental ratio, $s_u/{\sigma}^{\prime}_{vo}$ to the CPTU data. It is evident that more than half of the data fall in the range where $B_q$ < 0.3, corresponding to the domain in which the partial drainage prevails when testing normally consolidated soils at a standard rate of penetration (2 cm/s). To estimate the replacement depth of clayey silt with low plasticity, back analysis was carried out to evaluate the internal friction angle based on where the design depths are equal to the checked depths using bearing capacity equation. The internal friction angels obtained from the back analysis tended to increase as the plasticity index decreases, which is ranged approximately from ${\varphi}^{\prime}=2^{\circ}$ to ${\varphi}^{\prime}=7^{\circ}$.
따라서, 본 논문에서는 서해안의 인천 및 화성 지역의 저소성 실트 지반에 대한 물리･역학적 특성 및 CPTU 데이터를 이용한 부분배수 유무 및 강제치환 실측깊이와 동일한 값이 얻어지도록 역해석을 실시하여 부분배수 조건하에서의 전단강도를 분석하였다.
제안 방법
본 연구는 서해안에 위치한 인천신항 인근지역 및 화성 송산지구의 지반조사 결과를 토대로 이루어졌다. 흙분류를 위해 실시하는 액성한계, 소성한계와 입도분석 시험은 각각 ASTM 4318(2000), ASTM D422(1990)과 ASTM D2487(2000)에 따라 수행하였으며, 액성한계 시험은 Casagrande 방법을 적용하여 수행하였다. 인천지역 지반조사 위치의 평균 수심은 약 6m이며, 연약층 두께는 약 20m 내외로 분포하고 있다.
대상 데이터
본 연구는 서해안에 위치한 인천신항 인근지역 및 화성 송산지구의 지반조사 결과를 토대로 이루어졌다. 흙분류를 위해 실시하는 액성한계, 소성한계와 입도분석 시험은 각각 ASTM 4318(2000), ASTM D422(1990)과 ASTM D2487(2000)에 따라 수행하였으며, 액성한계 시험은 Casagrande 방법을 적용하여 수행하였다.
데이터처리
본 논문에서는 서해안의 인천 및 화성지역에 분포하는 모래 및 실트 함유량이 많은 저소성 지반에 대해 피에조콘관입시험(CPTU) 데이터 및 강제치환공법을 이용하여 부분배수 특성을 분석하였으며, 주된 내용은 다음과 같다.
성능/효과
(1) CPTU 데이터를 이용한 Powell과 Quarterman(1988)에 의한 과압밀비 OCR=κ(qt-σva)/σ'va) 경험식은 평균 소성지수(PI) 40% 내외의 고소성 점토 지반인 부산 지역에서는 적용성이 상당히 높은 반면에 인천 및 화성 지역과 같이 모래함유량이 많은 서해안 저소성 실트 지반에서는 상대적으로 투수성이 커서 표준관입속도(2cm/s) 하에서 콘관입저항력(qt)이 크게 평가되어 과압밀비가 크게 산정되는 경향을 나타냈다.
(2) Schnaid et al.(2004)는 간극수압계수(Bq)-강도증가율(su/σ'va)-정규화된 콘저항(Qt=(qt-σva)/σ'va)을 함께 도시하여, 부분배수 유무를 판단하도록 제시하였는데, 인천 및 화성 지역의 CPTU 데이터의 50% 이상이 부분배수 상태를 나타내는 Bq < 0.3에 분포하였고, 강도증가율도 국내 해성점성토의 일반적인 값(su/σ'va=0/25~0.35)과 비교할 때 매우 큰 값을 나타내며, 상당히 분산되는 경향을 보이는 것을 알 수 있다. 이러한 원인은 표준관입속도(2cm/s)하에서 CPTU 수행시 부분배수 현상이 탁월하게 발생되어 콘관입저항력(qt)이 완전비배수 상태와 비교할 때 크게 평가되었기 때문인 것으로 판단된다.
후속연구
그러나, 현재까지 부분배수 조건하에서의 전단강도 평가방법에 대한 연구는 미미한 수준인데, 이는 각각의 배수정도(압밀도)에 따라 달라지는 원지반의 유효응력 및 이에 대응되는 내부마찰각을 실내 및 현장시험을 통해서 구현하기 어려운 측면이 있기 때문이라고 판단된다. 금회 실측치환 깊이를 기준으로 역해석을 통해서 제시된 내부마찰각은 원지반의 배수 정도, 즉, 과잉간극수압의 소산정도에 대한 분석을 통해서 제시된 값이 아니므로 추후 현장 원위치 시험 및 해석적 방법에 의한 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지반을 사질토 지반과 점성토 지반으로 구분하여 고려하는 이유는?
모래함유율이 50% 미만의 흙은 점성토 지반으로서 주로 일축압축시험(UC)을 통해 설계 비배수 전단강도(su(mob))를 구하게 된다. 지반을 사질토 지반과 점성토 지반으로 구분하여 고려하는 배경에는, 상시조건에서 사질토 지반은 지반 내에 과잉간극수압이 거의 발생되지 않는 배수조건에서 강도가 발현되는 반면에, 점성토 지반은 투수계수가 작은 원인으로 인해 시공 중의 배수 현상을 거의 기대하기 어려운 비배수 상태에 놓이기 때문이다. 한편, 사질토 지반과 점성토 지반으로 명확하기 구분되기 어려운 중간적 성질을 갖는 지반에 대해 모래함유율이 50∼80%의 범위에서 분포할 경우에 중간토로 분류한 후, 투수계수(k)가 10-4 cm/s 이상의 지반조건에 대해서는 사질토 지반에 해당되는 설계방법을 따르며, 투수계수(k)가 10-4 cm/s 보다 작을 때에는 점성토 지반으로 고려하여 설계를 수행 하도록 하고 있다.
해상에서 사석경사제와 같은 호안구조물 축조시 강제치환 공법을 적용한 이유는?
일반적으로 해상에서 사석경사제와 같은 호안구조물 축조시, 별도의 기초처리 없이 원지반 점성토의 지지력이 확보되는 깊이까지 성토재로 치환시키는 강제치환 공법이 폭넓게 적용되어 왔는데, 이러한 이유는 모래다 짐말뚝, 심층혼합처리공법 등에 비해 비교적 시공속도가 빠르며 경제적인 시공을 도모할 수 있기 때문이다 (Fig. 1).
저소성 지반에 대해 피에조콘관입시험을 한 결과 과압밀비가 크게 산정되는 경향을 나타낸 이유는?
(1) CPTU 데이터를 이용한 Powell과 Quarterman(1988)에 의한 과압밀비 OCR=κ(qt-σva)/σ'va) 경험식은 평균 소성지수(PI) 40% 내외의 고소성 점토 지반인 부산 지역에서는 적용성이 상당히 높은 반면에 인천 및 화성 지역과 같이 모래함유량이 많은 서해안 저소성 실트 지반에서는 상대적으로 투수성이 커서 표준관입속도(2cm/s) 하에서 콘관입저항력(qt)이 크게 평가되어 과압밀비가 크게 산정되는 경향을 나타냈다.
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