[논문]국내 해성점토 지반에 대한 선행압밀압력 평가방법의 적용성

정상국

doi:10.12814/jkgss.2017.16.4.093

[국내논문] 국내 해성점토 지반에 대한 선행압밀압력 평가방법의 적용성
Applicability of Preconsolidation Pressure Interpretations of Korean Marine Clays 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.16 no.4, 2017년, pp.93 - 101

정상국 (Department of Civil Engineering, Songwon University)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 고소성 점토지반으로 구성된 광양지역의 준설매립층 및 원지반층에서 채취된 자연 시료를 이용하여 기존에 제안된 6가지 방법(Casagrande, Onitsuka, Silva, Becker, Janbu, Karlsrud)으로 선행압밀압력을 산정하는데 있어서 상대적인 용이성을 기준으로 5등급의 가중치 점수를 부여 하였다. 이 때, 높은 등급이 부여된다는 것이 곧바로 정확한 선행압밀압력의 산정을 의미하는 것은 아니므로, 불교란 시료에 의한 일축압축강도를 구한 후 압밀압력과의 상관관계를 나타내는 강도증가율을 평가하였다. 이를 토대로, 각각의 방법으로 평가된 선행압밀압력과 비배수전단강도의 비, 즉, 강도증가율이 국내 해성 점성토 지반의 일반적인 값의 범위인 0.25~0.35 사이의 분포 유무 및 표준편차(강도증가율의 변화폭)를 분석하여 적용성을 평가하였다. 그 결과, Becker 및 Onitsuka 방법의 평균 가중치가 다른 방법들(Casagrande, Janbu, Karlsrud)에 비해 낮고 강도증가율도 국내 해성점토 지반의 일반적인 값의 범위에 있으며, 표준편차도 낮게 평가되어 일관성 있는 평가가 가능한 것으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a subjective weighting factors were awarded based on some indication of the difficulty of assessing the preconsolidation stress using traditional methods (Casagrande, Onitsuka et al., Silva, Becker et al., Janbu and Karlsrud methods) such as those proposed by Casagrande and Janbu using undisturbed sample obtained from Gwangyang dredged clay with high plasticity located in the southern area of Korean peninsular. These numbers only assess the relative ease of finding preconsolidation stress and say nothing regarding the accuracy of the value. The data were compared with measurements of undrained shear strength using strength incremental ratio, checking where or not the values are in the range of 0.25 to 0.35 (typical values of Korean marine clay) and analyzing standard deviation(degree of variability). The measurements of undrained shear strength were obtained from unconfined compression tests (UCT). When determining preconsolidation stress of Korean marine clay, at first, the work method proposed by Becker et al. and the bilogarithmic method proposed by Onitsuka et al. should be used. In addition, preconsolidation pressure should be estimated using the traditional Casagrande method as a basic of comparison.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

(1995), Silva(1970), Becker et al.(1987), Janbu(1969), Karslurd(1991)방법)를 추가하여 총 6가지 방법으로 선행압밀압력을 결정하였다.
1이 얻어져 가장 쉬운 방법으로 분석되었다. 그러나, 선행압밀압력을 결정하는데 있어서 상대적인 용이함이 실제값에 가까운 결과를 도출한다는 의미는 아니므로 이에 대해 강도증가율과 연계해서 후술하도록 한다.
높은 등급이 부여된다는 것이 곧바로 정확한 선행압밀압력(p´ c )의 산정을 의미하는 것은 아니므로, 채취된 자연 시료를 이용하여 일축압축시험(UCT)을 수행하여 비배수전단강도(su)를 산정한 후 압밀압력과의 상관관계를 나타내는 강도증가율 (su/p´c)을 평가하였다.
따라서, 현장 원위치에서 채취된 불교란 자연 시료를 이용해서 비배수 전단강도를 평가한 후, 각각의 방법으로 결정한 선행압밀압력과의 상관관계, 즉, 강도 증가율(su/p´c) 의 국내 해성 점성토 지반의 일반적인 값인 0.25∼0.35 사이의 분포 유무 및 표준편차를 분석하여 간접적인 방법으로 적용성을 평가하였다.
준설매립 점토지반의 현장 원위치 응력상태를 합리적으로 분석하기 위하여 Casagrande(1936)방법 외에 추가적으로 5가지(Onitsuka(1995) 등, Silva(1970), Becker(1987) 등, Janbu(1969), Karslurd(1991))방법을 적용하여 선행압 밀압력을 평가하였다. 이 때, 선행압밀압력 결정에 있어서 평가자의 주관적인 판단에 의한 상대적인 용이성을 기준 으로 1부터 5까지의 등급 부여방식으로 적용성을 평가하였다. 그 결과, Becker 및 Onitsuka 방법의 평균 가중치가 다른 방법들(Casagrande, Janbu, Karlsrud)에 비해 낮고 강도증가율도 국내 해성점토 지반의 일반적인 값의 범위에 있으며, 표준편차도 낮게 평가되어 일관성 있는 평가가 가능한 것으로 분석되었다.
이때, Grozic(2003) 등의 연구와 유사하게 평가자의 주 관적인 관점에서 선행압밀압력 결정에 있어서 상대적인 용이성을 기준으로 각각의 평가방법에 대해 1부터 5까지의 등급 부여방식으로 적용성을 평가하였다. 높은 등급이 부여된다는 것이 곧바로 정확한 선행압밀압력(p´ c )의 산정을 의미하는 것은 아니므로, 채취된 자연 시료를 이용하여 일축압축시험(UCT)을 수행하여 비배수전단강도(s_u)를 산정한 후 압밀압력과의 상관관계를 나타내는 강도증가율 (s_u/p´_c)을 평가하였다.
이를 토대로, 각각의 방법으로 산정된 선행압밀압력(p´c)과 비배수전단강도(su)와의 비인 강도증가율이 국내 해성 점성토 지반의 일반적인 값의 범위인 0.25∼0.35 내에 분포하는지를 기준으로 적용성을 평가하였다.
재성형 시료를 이용하여 사전에 계획한 압밀압력까지 재하(loading)-unloading(제하)-재재하(reloading) 과정을 거쳐서 선행압밀압력을 사전에 파악한 상태에서 각각의 방법들로 구한 값과의 비교 분석을 통해서 적용성을 평가할 수 있게 된다. 그러나, 자연 시료에 대해서는 이러한 분석이 불가능하므로 비배수 전단강도와 선행압밀압력과의 관계로 표현되는 강도증가율(s_u/p´_c)을 이용해서 적용성을 분석할 수 있게 된다.
준설매립 점토 및 원지반 점토 지반에서 채취된 불교란 시료를 이용하여 수행된 일축압축강도(q_u/2)를 이용하여 각각의 방법으로 구한 선행압밀압력과의 관계, 즉, 강도증 가율을 평가하였다. Table 2에 나타낸 바와 같이, Karlsrud 및 Silva 방법에 의한 평균 강도증가율은 다른 방법들에 의한 값보다 상당히 크게 평가되어 적용성이 떨어지는 것을 알 수 있다.
35 사이의 분포 유무 및 표준편차를 분석하여 간접적인 방법으로 적용성을 평가하였다. 총 76회의 표준압밀시험결과 중준설매립 점토층 및 원지반층에 대한 전반적인 경향을 파악할 수 있는 시험결과를 이용하여 각각의 방법들에 대한 적용성 분석 내용을 기술하도록 한다(Kim, 2017a, b).

이론/모형

준설매립 점토지반의 현장 원위치 응력상태를 합리적으로 분석하기 위하여 Casagrande(1936)방법 외에 추가적으로 5가지(Onitsuka(1995) 등, Silva(1970), Becker(1987) 등, Janbu(1969), Karslurd(1991))방법을 적용하여 선행압 밀압력을 평가하였다. 이 때, 선행압밀압력 결정에 있어서 평가자의 주관적인 판단에 의한 상대적인 용이성을 기준 으로 1부터 5까지의 등급 부여방식으로 적용성을 평가하였다.

성능/효과

Casagrande, Onitsuka, Silva 및 Becker 방법보다는 5∼15% 정도 작은 값을 나타내어 비교적 유사한 경향을 나타내었지만, 앞에서 언급한 방법 들에 비해 상관성(r2=0.57)은 낮은 것으로 분석되었다.
정규압밀 영역의 모든 데이터를 포함해서 후 항복선(post-yield)을표현할지에 따른 주관적인 판단이 개입되므로 가중치 3이부여되었다. Onitsuka(1995) 및 Silva(1970)방법과 동일하게 총 76개소의 표준압밀시험결과 중에서 약 15%의 데이터(11개소)가 가장 낮은 가중치 5가 부여되었고, 전체 평균 가중치 2.9가 얻어져 Onitsuka(1995)방법과 동일하게 금회 적용된 6가지 중에서 선행압밀압력 평가에 있어서 가장 쉬운 방법 중의 하나에 해당되는 것으로 분석되었다.
이로 인해, 처녀압밀곡선의 접선의 연장선과 초기간극비의 수평선과의 교점으로부터 내린 수직선이 압밀곡선과 만나지 않는 현상을 초래하였다. Onitsuka(1995)방법과 동일하게 총 76개소의 표준압밀시험결과 중에서 약 15%의데이터(11개소)가 가장 낮은 가중치 5가 부여되었고, 전체 평균 가중치 2.9가 얻어져 금회 적용된 6가지 중에서 선행 압밀압력 평가에 있어서 가장 쉬운 방법 중의 하나에 해당 되는 것으로 분석되었다. 그러나, 앞에서 언급한 원인으로 인해, 약 7%의 데이터(5개소)에서 선행압밀압력을 평가할수 없었으며, 가중치 4, 5의 시험결과에서는 다른 방법 (Casagrande, Onitsuka, Becker)으로 평가한 선행압밀압력보다 약 50% 작게 평가되었다.
이 때, 선행압밀압력 결정에 있어서 평가자의 주관적인 판단에 의한 상대적인 용이성을 기준 으로 1부터 5까지의 등급 부여방식으로 적용성을 평가하였다. 그 결과, Becker 및 Onitsuka 방법의 평균 가중치가 다른 방법들(Casagrande, Janbu, Karlsrud)에 비해 낮고 강도증가율도 국내 해성점토 지반의 일반적인 값의 범위에 있으며, 표준편차도 낮게 평가되어 일관성 있는 평가가 가능한 것으로 분석되었다. 따라서, 선행압밀압력을 평가할때, 우선적으로 Becker 및 Onitsuka 방법을 적용하고, 오랜 기간 동안 대표적인 방법으로 적용되어온 Casagrande 방법을 비교 분석의 보조적 수단으로 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
그 결과, Becker 및 Onitsuka 방법의 평균 가중치가 다른 방법들(Casagrande, Janbu, Karlsrud)에 비해 낮고 강도증가율도 국내 해성점토 지반의 일반적인 값의 범위에 있으며, 표준편차도 낮게 평가되어 일관성 있는 평가가 가능한 것으로 분석되었다. 따라서, 선행압밀압력을 평가할때, 우선적으로 Becker 및 Onitsuka 방법을 적용하고, 오랜 기간 동안 대표적인 방법으로 적용되어온 Casagrande 방법을 비교 분석의 보조적 수단으로 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
57)은 낮은 것으로 분석되었다. 또한, Janbu 방법보다는 35% 정도 작은 값을 나타내었고, 상관성(r²=0.67)도 낮은 것으로 분석되었다. Karlsrud 방법은 국내에서는 거의 소개되지 않은 방법이며, Janbu 방법의 단점인 최소구속탄성계수(M)의 위치를 결정하는데 있어서 주관적인 판단을 상당히 줄일 수 있다.
이러한 원인은 앞에서도 언급한 바와 같이, 금회 적용된 6가지의 선행압밀압력 평가 방법 중에서 두방법을 적용하였을 때 가장 낮은 값이 얻어졌기 때문이다. 또한, Janbu 방법으로 구한 평균 강도증가율은 국내 해성 점토 지반의 일반적인 값의 범위에 분포되는 결과가 얻어졌지만, Karlsrud, Silva 및 Janbu 방법에 의한 표준편차는 다른 3가지 방법(Casagrande, Onitsuka, Becker)에 비해 2배 이상 큰 값이 얻어져 일관성 있는 경향이 나타나지 않아 적용성이 떨어지는 것을 알 수 있다.
4는 동일 시료에 대해 각각의 방법들로 구한 선행 압밀압력의 상대적 크기를 종·횡축에 나타낸 결과를 비교한 것을 의미한다. 전체적으로 Casagrande, Onitsuka, Becker 방법으로 구한 선행압밀압력은 약 10% 범위의 편차 내에서 유사한 경향을 나타냈다. Silva 방법은 가중치 4, 5의데이터에서 선행압밀압력을 과소평가하는 경향으로 인해 Casagrande, Becker 방법 및 Onitsuka 방법보다 각각 15%, 7% 정도 선행압밀압력이 작게 평가되었다.
종합적으로 볼 때, Becker 및 Onitsuka 방법의 평균 가중치가 다른 방법들(Casagrande, Janbu, Karlsrud)에 비해 낮고 강도증가율도 국내 해성점토 지반의 일반적인 값의 범위에 있으며, 표준편차도 낮게 평가되어 일관성 있는 평가가 가능한 것으로 분석되었다. 다만, Janbu 방법과 함께평균 가중치가 5에 가까워 선행압밀압력 결정이 상대적으로 어려운 것으로 분석된 Casagrande 방법의 경우, 평균 강도증가율도 국내 해성점토 지반의 일반적인 값의 범위에 있으며, 표준편차도 Becker 및 Onitsuka 방법과 같이 가장 낮은 값을 나타냈다.
1(b)에 나타낸 바와 같이, 압밀곡선상에서 과압밀 및 정규압밀 영역의 직선부분 교점의 파악이 어려워서 가중치 4가 부여되었지만, Casagrande 방법보다는 적용성이 높은 것을 알 수 있다. 총 76개소의 표준압밀시험결과 중에서 약 15%의 데이터(11개소)가 가장 낮은 가중치 5가부여되었고, 전체 평균 가중치 3.2가 얻어져 Casagrande 방법보다 쉽게 선행압밀압력을 결정할 수 있는 것을 알 수있다.
9)과 거의 동일하게 선행 압밀압력을 구하기에 가장 어려운 방법 중의 하나로 분석 되었다. 총 76개소의 표준압밀시험결과 중에서 약 45%의 데이터(34 개소)가 가장 낮은 가중치 5가 부여되어 이러한 상황을 뒷받침하는 것으로 파악되었다. Fig.
따라서, 과압밀 및정규압밀 영역을 구분하기 어려워 선행압밀압력 결정에 있어서 설계자의 주관적인 판단이 반영될 수 밖에 없으며, 가중치 5가 부여되었다. 총 76개소의 표준압밀시험결과 중에서 약 50%의 데이터(34개소)가 가장 낮은 가중치 5가부여된 결과로 인해 전체 평균 가중치 3.9가 얻어져 선행 압밀압력을 결정하기 가장 어려운 것으로 분석되었다.

후속연구

또한, 최근까지도 많은 연구자 들에 의해 가장 많은 비판을 받아오면서도 가장 오랜 기간 동안 대표적인 선행압밀압력 평가방법으로 Casagrande 방법이 적용되어 왔다. 따라서, 국내 지반 조건에 대해 선행압밀압력을 평가할 때, 우선적으로 Becker 및 Onitsuka 방법을 적용한 후, 이에 대한 비교 분석의 수단으로 Casagrande 방법을 적용하는 것이 바람직할 것으로 판단 된다.
Karlsrud 방법은 국내에서는 거의 소개되지 않은 방법이며, Janbu 방법의 단점인 최소구속탄성계수(M)의 위치를 결정하는데 있어서 주관적인 판단을 상당히 줄일 수 있다. 또한, 앞에서 언급한 바와 같이, Janbu 방법에 비해 가중치 5가 부여된 데이터를 약 50% 이하로 줄일 수 있었던 부분을 통해서도 저소성 지반 조건을 포함한 국내 점성토 지반에 대한 추가 적인 분석을 통해 적용성이 기대되는 방법이라고 판단된다.
본 연구는 현장 원위치에서 채취된 자연 시료를 이용해서 수행되었으므로, 재성형 시료를 이용한 재하(loading)-제하(unloading)-재재하(reloading)표준압밀시험으로 선행 압밀압력을 이미 알고 있는 상태에서, 각각의 방법에 대한 직접적인 비교 분석방법을 적용할 수 없었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선행압 밀압력을 평가한 이유는 무엇인가?	준설매립 점토지반의 현장 원위치 응력상태를 합리적으로 분석하기 위하여 Casagrande(1936)방법 외에 추가적으로 5가지(Onitsuka(1995) 등, Silva(1970), Becker(1987) 등, Janbu(1969), Karslurd(1991))방법을 적용하여 선행압 밀압력을 평가하였다. 이 때, 선행압밀압력 결정에 있어서 평가자의 주관적인 판단에 의한 상대적인 용이성을 기준 으로 1부터 5까지의 등급 부여방식으로 적용성을 평가하였다.
	선행압밀압력과 비배수전단강도의 비는 어떠한가?	35 사이의 분포 유무 및 표준편차(강도증가율의 변화폭)를 분석하여 적용성을 평가하였다. 그 결과, Becker 및 Onitsuka 방법의 평균 가중치가 다른 방법들(Casagrande, Janbu, Karlsrud)에 비해 낮고 강도증가율도 국내 해성점토 지반의 일반적인 값의 범위에 있으며, 표준편차도 낮게 평가되어 일관성 있는 평가가 가능한 것으로 분석되었다.
	준설매립층 및 원지반층에서 채취된 자연 시료를 이용한 제안된 기존의 6가지 방법은 무엇인가?	본 연구에서는 고소성 점토지반으로 구성된 광양지역의 준설매립층 및 원지반층에서 채취된 자연 시료를 이용하여 기존에 제안된 6가지 방법(Casagrande, Onitsuka, Silva, Becker, Janbu, Karlsrud)으로 선행압밀압력을 산정하는데 있어서 상대적인 용이성을 기준으로 5등급의 가중치 점수를 부여 하였다. 이 때, 높은 등급이 부여된다는 것이 곧바로 정확한 선행압밀압력의 산정을 의미하는 것은 아니므로, 불교란 시료에 의한 일축압축강도를 구한 후 압밀압력과의 상관관계를 나타내는 강도증가율을 평가하였다.

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Kim, J. H. (2017b), "Evaluation of strength incremental ratio of Korean marine clayey soil", Journal of Korean Geosynthetics Society, Vol.16, No.3, pp.31-39.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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