저소성 실트지반의 비배수 전단강도 특성을 고려한 CPTU 콘계수 평가 Evaluation of CPTU Cone Factor of Silty Soil with Low Plasticity Focusing on Undrained Shear Strength Characteristics원문보기
모래 및 실트 함유량이 우세한 서해안 저소성 지반(인천, 화성, 군산)에서 실시된 실내 및 현장시험으로부터 얻어진 비배수전단 강도를 이용하여 피에조콘계수(Nkt)를 분석한 후, 이에 대한 적용성을 평가하였다. 인천, 화성 및 군산지역에서 얻어진 일축압축 강도에 의한 콘계수(Nkt)는 19~23, 간이 CU 강도에 의한 값은 13~13.8, 현장베인강도에 의한 값은 11.6~13.1로 평가되었다. 이는 저소성 실트 지반조건에서 일축압축강도가 과소평가되는 원인에 의한 것으로 간이 CU 강도 적용조건과 비교했을 때 콘계수(Nkt)가 약 1.8배 전후로 커지며 분산되는 경향을 나타냈다. 저소성 실트 지반에서 수행된 CPTU 데이터를 이용하여 콘계수(Nkt)를 평가할 때에는 지반의 입도분포, 액소성한계 등의 물리적 특성, 지층 내의 sandseam 분포 등으로 인한 콘선단저항(qt) 및 주면마찰력(fs)의 불규칙한 분포, 간극수압계수(Bq)를 종합적으로 분석하여 수행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
모래 및 실트 함유량이 우세한 서해안 저소성 지반(인천, 화성, 군산)에서 실시된 실내 및 현장시험으로부터 얻어진 비배수전단 강도를 이용하여 피에조콘계수(Nkt)를 분석한 후, 이에 대한 적용성을 평가하였다. 인천, 화성 및 군산지역에서 얻어진 일축압축 강도에 의한 콘계수(Nkt)는 19~23, 간이 CU 강도에 의한 값은 13~13.8, 현장베인강도에 의한 값은 11.6~13.1로 평가되었다. 이는 저소성 실트 지반조건에서 일축압축강도가 과소평가되는 원인에 의한 것으로 간이 CU 강도 적용조건과 비교했을 때 콘계수(Nkt)가 약 1.8배 전후로 커지며 분산되는 경향을 나타냈다. 저소성 실트 지반에서 수행된 CPTU 데이터를 이용하여 콘계수(Nkt)를 평가할 때에는 지반의 입도분포, 액소성한계 등의 물리적 특성, 지층 내의 sandseam 분포 등으로 인한 콘선단저항(qt) 및 주면마찰력(fs)의 불규칙한 분포, 간극수압계수(Bq)를 종합적으로 분석하여 수행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
Laboratory and in-situ tests were conducted to evaluate the cone factors for the layers with low plasticity containing a lot of silty and sand soils from the west coast (Incheon, Hwaseong and Gunsan areas) and its applicability was evaluated based on these results. The cone factors were evaluated fr...
Laboratory and in-situ tests were conducted to evaluate the cone factors for the layers with low plasticity containing a lot of silty and sand soils from the west coast (Incheon, Hwaseong and Gunsan areas) and its applicability was evaluated based on these results. The cone factors were evaluated from 19 to 23 based on unconfined compression strengths (qu), from 13 to 13.8 based on simple CU strengths and from 11.6 to 13.1 based on field vane strengths, respectively. The unconfined compression strengths of undisturbed silty soil samples with low plasticity were considerably underestimated due to the change of in-situ residual effective stress during sampling. Half of unconfined compression strength (qu/2) based cone factors of silty soils with low plasticity fluctuated and were approximately 1.8 times higher than simple CU based values of these soils. When evaluating cone factors of these soils, it should be judged overall on the physical properties such as the grain size distribution and soil plasticity and on the fluctuation of the corrected cone resistance and the sleeve friction due to the distribution of sandseam in the ground including pore pressure parameter.
Laboratory and in-situ tests were conducted to evaluate the cone factors for the layers with low plasticity containing a lot of silty and sand soils from the west coast (Incheon, Hwaseong and Gunsan areas) and its applicability was evaluated based on these results. The cone factors were evaluated from 19 to 23 based on unconfined compression strengths (qu), from 13 to 13.8 based on simple CU strengths and from 11.6 to 13.1 based on field vane strengths, respectively. The unconfined compression strengths of undisturbed silty soil samples with low plasticity were considerably underestimated due to the change of in-situ residual effective stress during sampling. Half of unconfined compression strength (qu/2) based cone factors of silty soils with low plasticity fluctuated and were approximately 1.8 times higher than simple CU based values of these soils. When evaluating cone factors of these soils, it should be judged overall on the physical properties such as the grain size distribution and soil plasticity and on the fluctuation of the corrected cone resistance and the sleeve friction due to the distribution of sandseam in the ground including pore pressure parameter.
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문제 정의
본 연구에서는 모래 및 실트 함유량이 우세한 서해안 저소성 지반(인천, 화성, 군산)에서 실시된 실내 및 현장시험으로부터 얻어진 비배수전단강도를 이용하여 피에조콘계수(Nkt)를 분석한 후, 이에 대한 적용성을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 서해안 저소성 지반 특성을 대표할 수 있는 인천, 화성 및 군산 지역에서 수행된 피에조콘관입시험(CPTU) 결과를 이용하여 일축압축강도의 저평가 경향을 반영한 콘계수 결정 방법에 대해 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
제안 방법
CPTU 시험은 ASTM D 5778(2003) 규정에 따라 시험 결과에 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.
또한, 현장베인시험(FVT)은 로드와 지반과의 마찰이 거의 발생하지 않는 이중관식 베인(vane)으로 표준규격은 직경(D) 40mm, 높이 80mm, 두께 1mm 이며, ASTM D 2578(2003) 규정에 따라 약 0.1°/sec(6°/min)의 회전속도로 시험을 실시하였다.
대상 데이터
본 연구는 서해안 지역의 대표적인 토질특성을 나타낼 수 있는 인천, 화성 및 군산 지역에서 실시된 지반조사 결과를 이용하여 수행되었다. 흙의 물리적 특성 및 토질분류를 위해 실시된 액성한계, 소성한계와 입도분석시험은 각각 ASTM 4318(2000), ASTM D422(1990)과 ASTM D2487(2000)에 따라 수행하였으며, 액성한계 시험은 Casagrande 방법을 적용하여 수행하였다.
이론/모형
일축압축시험은 ASTM D2166(2003)에 따라 수행되었으며, 공시체의 높이와 직경은 각각 100mm, 50mm이며, 전단시험시 변형률 속도는 1%/min이 적용되었다. 또한, 현장베인시험(FVT)은 로드와 지반과의 마찰이 거의 발생하지 않는 이중관식 베인(vane)으로 표준규격은 직경(D) 40mm, 높이 80mm, 두께 1mm 이며, ASTM D 2578(2003) 규정에 따라 약 0.
본 연구는 서해안 지역의 대표적인 토질특성을 나타낼 수 있는 인천, 화성 및 군산 지역에서 실시된 지반조사 결과를 이용하여 수행되었다. 흙의 물리적 특성 및 토질분류를 위해 실시된 액성한계, 소성한계와 입도분석시험은 각각 ASTM 4318(2000), ASTM D422(1990)과 ASTM D2487(2000)에 따라 수행하였으며, 액성한계 시험은 Casagrande 방법을 적용하여 수행하였다.
성능/효과
(1) 인천, 화성 및 군산지역에서 얻어진 일축압축강도에 의한 콘계수(Nkt)는 19∼23, 간이 CU 강도에 의한 값은 13∼13.8, 현장베인강도에 의한 값은 11.6∼13.1로 평가되었다.
(2) 저소성 실트 지반에서 수행된 CPTU 데이터를 이용하여 콘계수(Nkt)를 평가할 때에는 지반의 입도분포, 액소성한계 등의 물리적 특성, 지층 내의 sandseam 분포 등으로 인한 콘선단저항(qt) 및 주면마찰력(fs)의 불규칙한 분포, 간극수압계수(Bq)를 종합적으로 분석하여 수행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
18 전후로 평가되었다. 간이 CU 시험에 의한 값은 각각 2.8kPa/m, 2.9kPa/m 및 2.7kPa/m가 얻어져 qu/2 강도에 비해 간이 CU강도(su(scu))가 약 2.0배 전후로 큰 값이 얻어졌으며, 이에 대응되는 강도증가율도 0.31 전후로 평가되었다. 따라서, 일축압축시험에 비해 간이 CU 시험이 국내 해성 점성토의 전형적인 강도증가율 값의 범위인 0.
군산 지역의 연약층 두께는 10∼20m 사이에서 분포하며, Fig. 4에 나타낸 바와 같이, 함수비, 액성한계, 소성지수의 평균값은 각각 38%, 39%, 19%이며, 심도에 따른 모래, 실트, 점토의 평균 함유율은 각각 13%, 68%, 19%로 인천 및 화성지역과 유사하게 실트질 성분이 우세한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
13의 심도에 따른 간극수압계수(Bq) 분포에서 알 수 있는 바와 같이, CPTU 표준관입속도(2cm/s)하에서, 실트지반으로 분류될 수 있으며 완전비배수와 부분배수의 경계 또는 부분배수 상태에 놓인 것을 알 수 있다. 따라서, CPTU 데이터를 이용하여 콘계수(Nkt)를 평가할 때에는 지반의 입도분포, 액소성한계 등의 물리적 특성, 지층 내의 sandseam 분포 등으로 인한 콘선단저항(qt) 및 주면마찰력(fs)의 불규칙한 분포, 간극수압계수(Bq)를 종합적으로 분석하여 수행하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
따라서, 일축압축시험에 비해 간이 CU 시험이 국내 해성 점성토의 전형적인 강도증가율 값의 범위인 0.25∼0.35 사이에 분포되어, 일본 해성점토 지반조건과 동일한 조건하에서 간이 CU 시험을 적용하여 구한 값을 설계 비배수전단강도로 적용 가능한 것으로 판단된다.
또한, Fig. 6의 화성 CPTU 데이터에서는 5m, 7m 및 14m 심도 부근에서 모래함유량이 많은 층을 확인할 수 있는 반면에, Fig. 3의 물리적 시험결과에서는 5m, 7m 및 11m 전후의 심도에서 모래함유량이 많은 층이 분포하여 인천시험결과와 유사하게 CPTU 데이터가 채취된 시료의 시험결과와 정확히 일치하지 않는 경향을 나타냈다.
마지막으로, Fig. 7의 군산 CPTU 데이터에서는 지표면 상부층 1m 전후에서의 콘선단저항력(qt) 및 주면마찰력(fs)이 전체 심도의 데이터 중에서 가장 큰 값과 정수압(u0)이하의 과잉간극수압(ua)을 나타내어 지표면 상부에 모래층이 분포하는 것을 알 수 있으며, 3m, 5m, 12m 및 14m 심도 부근에서 콘선단저항(qt) 및 주면마찰력(fs)이 급변하며 과잉간극수압(ua)이 정수압(u0)이하로 낮아지거나 근접하는 경향을 나타내어 지층 내에 sandseam이 존재하는 것을 알 수 있다. 그러나, Fig.
3에 나타낸 바와 같이, 함수비, 액성한계, 소성지수의 평균값은 각각 35%, 37%, 15%이며, 심도에 따라 모래 및 실트함유량이 매우 크게 변하는 서해안 지역의 전형적인 지층 특성을 나타내고 있다. 전체적으로 심도에 따른 모래, 실트, 점토의 평균 함유율은 각각 14%, 69%, 17%로 인천지역과 유사하게 실트질 성분이 우세한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
002mm 입경을 기준으로 구분하였으며, 일부 심도에서 50% 내외의 비교적 많은 모래 함유량을 나타내는 층이 확인되는데, 지층변화가 심하게 나타나는 특성은 CPTU 데이터를 통해서 좀 더 상세하게 파악할 수 있다. 전체적으로 심도에 따른 모래, 실트, 점토의 평균 함유율은 각각 23%, 60%, 17%로 실트질 성분이 우세한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
후속연구
4에 나타낸 바와 같이, 함수비, 액성한계, 소성지수의 평균값은 각각 38%, 39%, 19%이며, 심도에 따른 모래, 실트, 점토의 평균 함유율은 각각 13%, 68%, 19%로 인천 및 화성지역과 유사하게 실트질 성분이 우세한 특성을 보이는 것을 알 수 있다. 따라서, 남해안의 부산 및 광양 지역의 고소성 점토 지반과 다르게 서해안 지역의 토질은 실트 성분이 우세한 저소성 지반 특성을 나타내므로, 소성지수(Ip) 약 30% 이상의 전형적인 점토 지반과 동일한 관점에서 비배수전단강도의 평가가 가능할지에 대해 분석이 요구된다.
또한, sandseam 분포가 예상되는 심도에서 현장베인강도(su(FVT))가 간이 CU 강도에 비해 큰 값이 얻어진 것을 제외하고는 전반적으로는 유사한 경향을 나타내어 두 시험법 모두 응력 해방에 의한 영향이 배제된 상태의 전단강도라는 관점에서 볼 때 이를 통해서도 간이 CU 강도의 유효성을 간접적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
실내 토질시험과 비교할 때 피에조콘관입시험의 장점은?
한편, 원위치시험으로서 피에조콘관입시험(CPTU)은, UCT 및 FVT와 같이 토질에 따라 측정치가 좌우되는 상황이 적고, 유용한 지반정보가 단시간에 얻어질 수 있으며, 시험방법도 단순한 이점을 지니고 있다. 불교란 시료채취가 반드시 필요한 실내토질시험과 비교할 때, CPTU는 심도방향의 원위치 지반정보를 연속적으로 신속하게 얻을 수 있는 장점을 지니고 있다.
연약지반 상에 구조물을 건설할 때, 지반조사 방법은 어떻게 구분할 수 있는가?
연약지반 상에 구조물을 건설할 때, 공학적 문제를 검토하기 위해 수행되는 지반조사는 시추과정에서 채취된 불교란 시료로 각종 실내시험을 실시해서 필요한 지반특성을 얻는 방법과 원위치에서 직접적으로 변형 및 응력을 가해서 지반특성을 파악하는 원위치 시험으로 구분할 수 있다.
유럽, 미국, 일본에서 주로 수행된 점성토 지반조사법은?
현재까지 점성토 지반조사법으로 유럽과 미국 등에서는 현장베인시험(FVT)이, 국내 및 일본에서는 불교란시료를 이용한 일축압축시험(UCT)이 주로 수행되어 왔으며, 국내에서는 현장 원위치에서 수행되는 피에조콘관입시험(CPTU) 및 현장베인시험(FVT) 등은 보조적 수단으로 적용되어왔다. 그러나, Euro Code(2007)에 따르면, 일축압축시험(UCT)은 보조적 수단으로 적용되는 index test로 규정되어 있는데, 예를 들어, Bothkennar 지역에서 수행된 지반조사 보고서에는 어떠한 일축압축시험(UCT) 결과도 포함되어 있지 않은 것을 통해서도 이러한 경향을 확인할 수 있다(Hight et al.
참고문헌 (22)
Aas, G., Lacasse, S., Lunne, T. and Hoeg, K. (1986), "Use of in-situ tests for foundation design on clay", Proc. ASCE specialty conference in-situ 86, Use of in-situ tests in geotechnical engineering, Blacksburg, VA, USA, pp.1-30.
ASTM D422 (1990), "Standard test method for particle-size analysis of soils", ASTM International, West Conshohocken, PA.
ASTM D2487 (2000), "Standard practice for classification of soils for engineering purposes (Unified Soil Classification System)", ASTM International, West Conshohocken, PA.
ASTM D4318 (2000), "Standard test methods for liquid limit, plastic limit and plasticity index of soils", ASTM International, West Conshohocken, PA.
ASTM D2166 (2003), "Standard test method for unconfined compressive strength of cohesive soil", ASTM International, West Conshohocken, PA.
ASTM D2578 (2003), "Standard test method for field vane shear test in cohesive soil", ASTM International, West Conshohocken, PA.
ASTM D5778 (2003), "Standard test method for electronic friction cone piezocone penetration testing of soils", ASTM International, West Conshohocken, PA.
Eurocode 7.2 (2007), Geotechnical design-ground investigation and testing, BS EN 1997-2, European Committe for standardization.
Hight, D. W., Boese, R., Butcher, A. P., Clayton, C. R. I. and Smith, P. R. (1992), "Disturbance of the Bothkennar clay prior to laboratory testing", Geotehnique, Vol.42, No.2, pp. 199-217.
Jang, I. S., Lee, S. J., Chung, C. K. and Kim, M. M. (2001), "Piezocone factors of Korean clayey soils", 17(6), pp. 15-24.
Kim, S. J., Lee, S. D. and Kim, J. H. (2016), "Evaluation of undrained shear strength for clayey silt with low plasticity from the West coast", Journal of Korean Geotechnical Society, Vol.32, No.8, pp.15-25.
Kim, S. J., Lee, S. D. and Kim, J. H. (2016), "Partial drainage characteristics of clayey silt with low plasticity from the West coast", Journal of Korean Geotechnical Society, Vol.32, No. 9, pp.17-27.
La Rochelle, P., Zebdi, M., Leroueil, S., Tavenas, F. and Virely, D. (1988), "Piezocone tests in sensitive clays of Eastern Canada", Proc. first international symposium on penetration testing, Vol.2, pp.831-841.
Lunne, T., Christoffersen, H. P. and Tjelta, T. I. (1985), "Engineering use of piezocone data in North Sea Clays", Proc. of 11th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Sanfrancisco, Vol.2, pp.907-912.
Matsuo, M. (1984), "Geotechnical engineering, theory and practice of reliability-based design", Gihodo Syuppan, pp. 28-31.
Park, Y. W., Gu, N. S. and Lee, S. I. (2003), "Estimation of undrained shear strength using piezocone test", Journal of Korean Geotechnical Society, Vol.19, No.6, pp. 169-179.
Park, Y. H., Kim, M. K., Kim, C. D. and Lee, J. H. (2007), "Analysis and Evaluation of CPT cone factor for undrained shear strength estimation of Pusan clay", Journal of Korean Geotechnical Society, Vol.23, No.8, pp.77-85.
Schnaid, F., Lehane, B. M. and Fahey, M. (2004). "Characterisation of unusual geomaterials", Proc. ISC-2 Geotech. Geophys. Site. Charact, Porto, Portugal, pp.49-73.
Tanaka, H., Sakakibara, M., Goto, K., Suzuki, K. and Fukazawa, T. (1992), "Properties of Japan normally Consolidated marine clays obtained from static piezocone penetration test", Report of the port and harbour research institute, Vol.31, No.4, pp. 61-92.
Tanaka, H. and Tanaka, M. (1996), "A site investigation method using cone penetration and dilatometer tests", Technical note of the port and harbour research institute ministry of transport, Japan, No.837, pp.4-52.
Tanaka, H., Tanaka, M. and Shiwakoti, D. R. (2001), "Characteristics of soils with low plasticity: intermediate soil from Ishinomaki, Japan and lean clay from Drammen, Norway", Soils and Foundations, Vol.41, No.1, pp.83-96.
Tsuchida, T. and Mizukami, J. (1991), "Advanced method for determining strength of clay", Proc. Int. Conf. Geotech. Eng., Coastal Dev. Yokohama, Japan, Vol.1, pp.105-110.
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