최근 집중강우로 인하여 전국적으로 산사태 및 사면붕괴 현상이 빈번히 발생하고 있다. 이러한 산지 및 비탈면에서 발생하는 자연재해에 대한 대책안 마련 및 설계 입력자료로서 지반의 강도정수(전단강도)를 도출해야만 한다. 그러나 현재 산지 및 비탈면에 접근하여 지반조사를 하기 위해서는 과다한 산림훼손과 많은 경제적인 비용 등이 요구되어진다. 따라서 본 연구에서는 현장에서 인력운반이 가능한 경량화된 소형동적콘관입시험기를 제작하여 다수의 지역에 대한 지반의 특성 및 강도정수를 산출하였다. 그리고 국내 및 외국의 소형동적콘관입시험 방법에 대해서 연구 분석하여 국내에 적합한 콘 재료와 시험방법을 제안하였으며, 대표적인 지역을 대상으로 현장에서 콘관입시험 Nc값과 표준관입시험 N값과 비교 분석하였다. 이와 더불어 직접전단시험 및 공내전단시험을 실시하여 토층심도별, 기반암별, 흙의 분류별 그리고 #200번체 통과량별로 Nc값과 전단강도와의 상관관계를 분석하였다. 특히 본 연구에서는 산지조건에서 가장 많이 분포하는 사질토를 대상으로 Nc값에 대응하는 전단강도(점착력 및 내부마찰각)와의 상관식을 제안하여 산지 토층에 대한 효율적인 지반강도정수를 산출하도록 하였다.
최근 집중강우로 인하여 전국적으로 산사태 및 사면붕괴 현상이 빈번히 발생하고 있다. 이러한 산지 및 비탈면에서 발생하는 자연재해에 대한 대책안 마련 및 설계 입력자료로서 지반의 강도정수(전단강도)를 도출해야만 한다. 그러나 현재 산지 및 비탈면에 접근하여 지반조사를 하기 위해서는 과다한 산림훼손과 많은 경제적인 비용 등이 요구되어진다. 따라서 본 연구에서는 현장에서 인력운반이 가능한 경량화된 소형동적콘관입시험기를 제작하여 다수의 지역에 대한 지반의 특성 및 강도정수를 산출하였다. 그리고 국내 및 외국의 소형동적콘관입시험 방법에 대해서 연구 분석하여 국내에 적합한 콘 재료와 시험방법을 제안하였으며, 대표적인 지역을 대상으로 현장에서 콘관입시험 Nc값과 표준관입시험 N값과 비교 분석하였다. 이와 더불어 직접전단시험 및 공내전단시험을 실시하여 토층심도별, 기반암별, 흙의 분류별 그리고 #200번체 통과량별로 Nc값과 전단강도와의 상관관계를 분석하였다. 특히 본 연구에서는 산지조건에서 가장 많이 분포하는 사질토를 대상으로 Nc값에 대응하는 전단강도(점착력 및 내부마찰각)와의 상관식을 제안하여 산지 토층에 대한 효율적인 지반강도정수를 산출하도록 하였다.
Because of Recent intensive rainfall, nationally landslides and slope failure phenomenon has been frequently occur. Providing proposed-measures to the natural disasters that occur in these localities and the slope, must be derived ground of strength parameters(shear strength) as a design input data....
Because of Recent intensive rainfall, nationally landslides and slope failure phenomenon has been frequently occur. Providing proposed-measures to the natural disasters that occur in these localities and the slope, must be derived ground of strength parameters(shear strength) as a design input data. However, it is such as extra deforestation and a lot of economic costs in order to make the access to the current area and the slopes ground survey is required. Thus, by small dynamic cone penetration test machine using the human to carry in the field, it is possible to easily measure the characteristics and strength constant of the ground of more than one region. In this study through researching analysis of the domestic and foreign small dynamic cone penetration test method, it has proposed a cone material and test methods suitable for the country. Cone penetration test Nc in the field has comparated with analysis of the value and the standard penetration test N value. And, in addition to this, direct shear test and borehole shear test were performed by depth, bedrock, and soil type and passing #200 and the correlation of the Nc value. In particular, in the present study, for the sandy soil that has distict distribute in mountain, it is proposed relation of shear strength corresponding to the Nc value (cohesion and internal friction angle) in order to calculate such effective ground shear strength.
Because of Recent intensive rainfall, nationally landslides and slope failure phenomenon has been frequently occur. Providing proposed-measures to the natural disasters that occur in these localities and the slope, must be derived ground of strength parameters(shear strength) as a design input data. However, it is such as extra deforestation and a lot of economic costs in order to make the access to the current area and the slopes ground survey is required. Thus, by small dynamic cone penetration test machine using the human to carry in the field, it is possible to easily measure the characteristics and strength constant of the ground of more than one region. In this study through researching analysis of the domestic and foreign small dynamic cone penetration test method, it has proposed a cone material and test methods suitable for the country. Cone penetration test Nc in the field has comparated with analysis of the value and the standard penetration test N value. And, in addition to this, direct shear test and borehole shear test were performed by depth, bedrock, and soil type and passing #200 and the correlation of the Nc value. In particular, in the present study, for the sandy soil that has distict distribute in mountain, it is proposed relation of shear strength corresponding to the Nc value (cohesion and internal friction angle) in order to calculate such effective ground shear strength.
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문제 정의
본 연구에서는 상기 일반적인 조사 및 시험방법과 병행하여 지반의 특성을 정량적으로 평가할 수 있는 소형동적콘관입시험기를 제작하여 관련 시험을 실시하였다. 연구 대상지로는 도심지 인근에 위치한 서울 산지지역과, 균질한 사질토로 구성되어 있어 별도의 시추기 진입이 용이한 충청북도 음성지역을 대상으로 연구 시험을 실시하였다.
이에 반해 소형동적콘관입시험에서는 5~10 cm 단위로 Nc값을 파악할 수 있으므로 표준관입시험에 비해서 연속적 및 세밀한 지반정보를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 음성 지역에 시추장비 진입이 용이하고, 표준관입시험과 병행하여 소형동적콘관입시험을 실시할 수 있는 부지를 확보하였다. 그리고 자갈함유량이 적은 비교적 균질한 사질토(SM) 지반을 대상으로 Fig.
본 연구에서는 장비의 접근성, 경제성 등 산지조사의 한계를 고려하여 소형동적콘관입시험기를 제작하여 서울 산지 및 음성 지역을 대상으로 시험을 실시하였다. 그리고 소형동적콘관입시험과 병행하여 일련의 현장시험 및 실내시험을 실시하였다.
동적콘관입시험 방법의 분류는 국내외적으로 다소 차이가 있지만 크게 표준관입시험, 대형관입시험, 오토매틱 램사운드, 대형동적콘관입시험, 중형동적콘관입시험, 동적원추관입시험, 소형(경량) 동적콘관입시험 등으로 구분할 수가 있다. 본 연구에서는 현장조건과 합리적인 최적의 data를 구하기 위하여 여러 방식의 현장시험을 실시하였으며, 기존의 국내외 여러 방법을 검토한 결과 장비의 효율성이 좋은 본 연구안을 채택하였다.
소형동적콘관입 시험은 질량 5 kg 해머를 50 cm 높이에서 자유 낙하시키고 원위치 흙의 관입저항을 간이로 구하는 것을 목적으로 한다. 국내에서는 주로 도로 노반의 다짐상태를 확인하기 위한 목적으로 가끔 이용하고 있다.
제안 방법
#200번체 통과량을 기준으로 하여 30% 이하(조립성분이 많은 흙)의 흙과 #200번체 통과량 30% 이상(세립성분이 많은 흙)의 흙으로 각각 구분하여 콘관입시험 Nc값과 전단강도(수직응력 고려)의 상관성을 분석하였다. 그 결과는 Fig.
(1) 본 연구대상 지역은 서울지역과 음성 지역 2개 지역을 대상으로 소형동적콘관시험과, 공내전단시험, 직접전단시험, 다짐시험 및 기본토성시험 등을 실시하였으며, 자료의 정밀도와 신뢰성을 확보하기 위해서 총 91회의 시험자료를 적용하였다.
(3) 시추장비의 진입이 가능하며, 비교적 균질한 사질토로 구성되어 있는 음성지역을 대상으로 2m 간격으로 총 22회의 표준관입시험과 소형동적콘관입시험을 실시하였다. 각 시험결과를 토대로 N값과 Nc값과의 상관성을 분석하였으며, Nc값에 대비되는 N값을 유추할 수 있는 상관식을 도출하였다.
(3) 시추장비의 진입이 가능하며, 비교적 균질한 사질토로 구성되어 있는 음성지역을 대상으로 2m 간격으로 총 22회의 표준관입시험과 소형동적콘관입시험을 실시하였다. 각 시험결과를 토대로 N값과 Nc값과의 상관성을 분석하였으며, Nc값에 대비되는 N값을 유추할 수 있는 상관식을 도출하였다.
ϕ)를 유추 및 제안할 수 있었다. 그리고 비교적 균질한 사질토 지반을 대상으로 시추장비에 의한 표준관입시험 N값과 소형동적콘관입시험 Nc값의 상호 비교를 통하여 비교적 얕은 심도의 지층을 파악하는데 유용하게 적용할 수 있는 상관식을 제시하였다.
본 연구에서는 장비의 접근성, 경제성 등 산지조사의 한계를 고려하여 소형동적콘관입시험기를 제작하여 서울 산지 및 음성 지역을 대상으로 시험을 실시하였다. 그리고 소형동적콘관입시험과 병행하여 일련의 현장시험 및 실내시험을 실시하였다. 이러한 각각의 현장 및 실내시험 결과와 동적콘관입시험과의 상호비교분석을 통하여 얕은 심도 토층의 전단강도(C.
산사태 및 토석류의 일반적인 특징은 심도 약 1~3 m 범위의 얕은 범위 내에서 발생하며, 본 연구에서는 인력작업의 한계로 인하여 비교적 상부토층에 해당되는 1 m 범위내의 자료들에 한하여 분석하였다. 그리고 앞 절에서 분석한 바와 같이 자갈 및 점토층에서는 자료의 분산도가 너무 커서 본 절 이후에서는 사질토층에 대해서만 분석하도록 하였다. Fig.
그리고 자갈함유량이 적은 비교적 균질한 사질토(SM) 지반을 대상으로 Fig. 12와 같이 12×14 m 지역에 대하여 CTC=2×2 m의 일정한 간격으로 측량 후 각 지점별로 시추기를 이용한 표준관입시험을 실시하였으며, 표준관입시험을 실시한 동일한 각각의 지점에서 소형동적콘관입시험을 동시에 실시하여 N값과 Nc을 구하여 상호간의 상관관계를 비교 연구하였다.
본 연구지역을 대상으로 소형동적콘관입시험에서 Nc값을, 시추기를 이용한 표준관입시험에서 N값을, 실내직접전단시험 및 공내전단시험에서 내부마찰각(ø)과 점착력(C)을 도출하였다. 그리고 채취한 토사 시료를 대상으로 기본물성시험(함수비, 체분석, 액소성한계, 비중 등)을 실시하였다. 이러한 시험을 토대로
하지만 사질토층에서는 Nc값이 증가할수록 전단강도가 비례적으로 증가하는 경향을 보였다. 따라서 사질토를 대상으로 심도별, 기반암의 특성별, #200번체 통과량별 Nc값과 전단강도와의 상관성을 분석하였다. 그 결과 Nc 값이 증가할수록 전단강도 또한 비례관계로 증가하는 경향을 보였다.
일본에서는 JGS1433-1995에서 간이동적콘관입시험에 대한 기준이 있으며, 독일(DIN 4094-1, 2002)은 노상지지력, 천부 토층의 성상 및 강도추정을 위한 표준화된 시험법이 있다. 또한 미국의 미네소타 도로국(office of Minesota Road Research)에서 휴대용콘관입시험에 대한 기준(USER GUIDE TO THE DYNAMIC CONEPENETROMETER)을 제시하였다. 동적콘시험기(DCPT)는 각 국가별 그리고 기준별 다소 차이가 있으며, 그 용도에 따라서도 다른 제원과 시험방법을 택하고 있다(Table 2).
1 lb) 해머를 575 mm 높이에서 낙하하여 DCP index(mm/blow)를 구하여 포장층의 CBR 값을 얻는 방법을 사용하고 있다. 본 연구에서는 국내 기준이 없는 관계로 일본(JGS 1433-1955) 및 미국(ASTM D6951/D6951M-09)의 기준 등을 참고로 하여 시험기를 제작하여 시험하였다. 적용한 시험방법은 최대직경 25 mm의 콘을 ϕ 16 mm 봉강 롯드로 5 cm 관입하는 타격횟수를 Nc값으로 정하였으며, 최대 저항값을 30~50회/5 cm까지 측정하였다.
본 연구에서는 서울 및 음성지역을 대상으로 소형동적콘관입시험 실시한 위치에 대해서 공내전단시험 및 실내직접전단시험을 실시하여 비교분석하였다. 특히 Nc5(5 cm 관입시 타격횟수)값과 전단강도와의 상관관계를 흙의 분류별, 토층 심도별, 기반암별, #200번체통과량별 등으로 세분화하여 그 상관성을 분석하였다.
본 연구지역을 대상으로 소형동적콘관입시험에서 Nc값을, 시추기를 이용한 표준관입시험에서 N값을, 실내직접전단시험 및 공내전단시험에서 내부마찰각(ø)과 점착력(C)을 도출하였다.
본 연구지역의 토사층을 사질토, 자갈 그리고 점성토로 크게 대분하여 콘관입시험 Nc값과 전단강도와의 상관성을 분석하였다. 그 결과 사질토의 경우 Nc값이 증가할수록 전단강도는 비교적 증가하는 추세를 보이고 있다(Fig.
산사태 및 토석류의 일반적인 특징은 심도 약 1~3 m 범위의 얕은 범위 내에서 발생하며, 본 연구에서는 인력작업의 한계로 인하여 비교적 상부토층에 해당되는 1 m 범위내의 자료들에 한하여 분석하였다. 그리고 앞 절에서 분석한 바와 같이 자갈 및 점토층에서는 자료의 분산도가 너무 커서 본 절 이후에서는 사질토층에 대해서만 분석하도록 하였다.
본 연구의 대상인 서울지역은 크게 화강암 지역과 편마암지역으로 대분되며, 음성지역은 화강암이 기반암으로 분포하고 있다. 이러한 원 기반암의 특성에 따라 소형동적콘관입시험 Nc값과 전단강도(수직응력 고려) 의 상관성을 비교 분석하였다. 본 절에서도 사질토층을 주대상으로 분석을 실시하였으며, 분석결과 Nc값이 증가할수록 완만한 추세로 전단강도가 증가하는 경향을 보이고 있다(Fig.
본 연구에서는 국내 기준이 없는 관계로 일본(JGS 1433-1955) 및 미국(ASTM D6951/D6951M-09)의 기준 등을 참고로 하여 시험기를 제작하여 시험하였다. 적용한 시험방법은 최대직경 25 mm의 콘을 ϕ 16 mm 봉강 롯드로 5 cm 관입하는 타격횟수를 Nc값으로 정하였으며, 최대 저항값을 30~50회/5 cm까지 측정하였다. 그리고 전석이나 자갈 등에 도달한 것으로 현장에서 판단될 경우에는 연구 조사 지점에서 약간 벗어나서 재시험하도록 하였다(Fig.
본 연구에서는 서울 및 음성지역을 대상으로 소형동적콘관입시험 실시한 위치에 대해서 공내전단시험 및 실내직접전단시험을 실시하여 비교분석하였다. 특히 Nc5(5 cm 관입시 타격횟수)값과 전단강도와의 상관관계를 흙의 분류별, 토층 심도별, 기반암별, #200번체통과량별 등으로 세분화하여 그 상관성을 분석하였다.
표준관입시험에 의한 N값에 대응하는 소형동적콘관입시험 Nc값을 5 cm 관입시 타격횟수와 10 cm관입시 타격횟수를 각각 비교분석하였다. (Fig.
대상 데이터
본 연구의 대상인 서울지역은 크게 화강암 지역과 편마암지역으로 대분되며, 음성지역은 화강암이 기반암으로 분포하고 있다. 이러한 원 기반암의 특성에 따라 소형동적콘관입시험 Nc값과 전단강도(수직응력 고려) 의 상관성을 비교 분석하였다.
음성지역의 주구성 암종은 중생대 쥬라기 화강암과 시대미상의 슬레이트, 편암류, 규암 등이 분포하고 있다. 본 연구지역은 특히 중립화강암이 분포하고 있다(Fig. 6).
서울 지역의 6개 산지(Table 1)를 대상으로 상부 토층구간에 분포하고 있는 흙(풍화잔류토)을 채취하여 실내토질 물성시험을 실시하였다. 실내시험 결과 연구지역 대부분이 산지지역으로서 사질토(SM, SC, SP-SM, SW-SM)가 전체 시험결과에서 약 84% 정도로 대부분을 차지하고 있으며, 자갈성분이 약 11%, 그리고 점성토 성분이 약 8% 정도 차지하고 있다(Fig.
본 연구에서는 상기 일반적인 조사 및 시험방법과 병행하여 지반의 특성을 정량적으로 평가할 수 있는 소형동적콘관입시험기를 제작하여 관련 시험을 실시하였다. 연구 대상지로는 도심지 인근에 위치한 서울 산지지역과, 균질한 사질토로 구성되어 있어 별도의 시추기 진입이 용이한 충청북도 음성지역을 대상으로 연구 시험을 실시하였다. 서울지역의 산지에서는 소형동적콘관입시험과 병행하여 시험굴조사, 핸드오거를 이용한 공내전단시험, 불교란시료에 의한 직접전단시험을 실시하였고, 음성지역에서는 시추기를 이용한 표준관입시험과 소형동적콘관입시험 및 직접전단시험을 실시하였다.
서울의 지질은 선캠브리아기의 호상편마암 내지 편암, 그리고 석회암 및 석회규산염암으로 이루어진 경기변성암복합체와 중생대 쥬라기의 대보화강암, 백악기에 구조운동과 관련하여 이들을 관입한 규장암 및 제 4기의 충적층으로 구성되어 있다. 연구지역의 지질은 편마암류와 화강암류로 2종의 암석으로 주구성되어 있다(Fig. 5).
음성 지역의 경우 시추기 장비 투입이 가능한 지역을 대상으로 총 22개소의 시료를 채취하여 실내토질시험을 실시하였다. 실내시험 결과 통일분류상 SM, SPSM, SW-SM으로 사질토 흙으로 분류되었다.
데이터처리
또한 대표적인 지점의 흙을 채취, 실내시험을 실시하여 Nc값과 상관 분석을 실시하였다. Table 3은 Nc값 10을 기준으로 하여 Nc=10 이상구간과 Nc=10 이하구간에 대한 Nc값의 평균과 점착력 및 내부마찰각의 평균적인 값을 보여주고 있다.
성능/효과
(2) 현장 및 실내시험결과 #200번체 통과량의 증가에 따라 함수비는 증가하는 경향을 보이며, 이에 반해 #200번체 통과량의 증가함에 따라 내부마찰각은 감소하는 경향을 보였다.
(4) 본 연구지역의 자료를 토대로 자갈, 점토, 사질토로 구분하여 Nc값과 전단강도와의 상관분석을 실시한 결과, 자갈 및 점토층에서는 분산도가 커서 상관성이 부족한 결과를 얻었다. 하지만 사질토층에서는 Nc값이 증가할수록 전단강도가 비례적으로 증가하는 경향을 보였다.
(5) 본 연구에서 제안한 상관식은 장비 이동이 용이하지 않고, 산림훼손이 불가피하며 광범위한 지반조사가 필요한 현장에서 소형동적콘관입시험을 이용하여 간편하고 편리하게 지반의 지반강도정수(C, ϕ) 및 지반의 특성 정보를 얻을 수 있는 자료로 평가되었다.
(5) 산지 및 비탈면 지역에 대한 토층의 대부분은 모래층(전체 시료 중 약 84%)이며, 특히 분석한 결과 실트질모래(SM)로 구성된 토층이 연구지역에서 60%이상 분포하고 있음을 알 수 있었다. 이러한 시험과 소형동적콘관입시험 Nc값을 분석한 결과, 실트질 모래(SM)에서는 Nc값이 증가할수록 비교적 일정한 비례 상관식을 얻을 수 있었다.
(Fig. 14와 Fig. 15) 그 결과 Nc5(타격횟수/5 cm)을 적용할 경우 N=0.7246×Nc5+3.1643(R2=0.6605)의 상관식이 도출되었으며,Nc10(타격회수/10 cm)을 적용할 경우 N=0.4359×Nc10+2.0633(R2=0.7336) 의 상관식이 도출되었다.
따라서 사질토를 대상으로 심도별, 기반암의 특성별, #200번체 통과량별 Nc값과 전단강도와의 상관성을 분석하였다. 그 결과 Nc 값이 증가할수록 전단강도 또한 비례관계로 증가하는 경향을 보였다.
본 연구지역의 토사층을 사질토, 자갈 그리고 점성토로 크게 대분하여 콘관입시험 Nc값과 전단강도와의 상관성을 분석하였다. 그 결과 사질토의 경우 Nc값이 증가할수록 전단강도는 비교적 증가하는 추세를 보이고 있다(Fig. 16). 그러나 자갈 및 점토로 분류되는 흙에서는 Nc값이 증가할수록 전단강도는 분산되어 일정한 비례관계를 보이고 있지 않다(Fig.
#200번체 통과량을 기준으로 하여 30% 이하(조립성분이 많은 흙)의 흙과 #200번체 통과량 30% 이상(세립성분이 많은 흙)의 흙으로 각각 구분하여 콘관입시험 Nc값과 전단강도(수직응력 고려)의 상관성을 분석하였다. 그 결과는 Fig. 22와 Fig. 23과 같으며, 분석 결과 Nc값이 증가할수록 전단강도가 증가하는 추세를 보이고 있다. 그리고 #200번체 통과분의 함유량에 따른 각각의 분산도 차이는 크지 않은 것으로 분석되었다.
Nc와 점착력과의 상관관계에서 기 연구 결과와 비교해 볼때, Nc값 10을 기준으로 이하일 경우 점착력이 비교적 낮은 값을, 그리고 이상일 경우 다소 높은 점착력을 보이고 있다. 그리고 Nc와 내부마찰각 상관관계에서는 본 연구의 결과 값이 기존 연구의 내부마찰각보다 다소 큰 값을 보이고 있으며, 기울기도 다소 큰 경향을 보이고 있다. 본 연구에서 Nc값이 증가할수록 점착력 및 내부마찰각이 기존의 연구자료 보다 비교적 큰 경향을 보이는 것은 본 연구에서 다룬 사질토 성분들에 의한 영향일 것으로 추정된다.
이러한 시험과 소형동적콘관입시험 Nc값을 분석한 결과, 실트질 모래(SM)에서는 Nc값이 증가할수록 비교적 일정한 비례 상관식을 얻을 수 있었다. 그리고 기존 연구자료와 비교할 경우 Nc값이 증가할수록 점착력(C)과 내부마찰각(ϕ)이 기존 발표된 상관식보다 뚜렷한 기울기로 증가하는 경향을 보였다.
앞에서 연구된 상관성 분석을 종합 검토한 결과 점성토 및 자갈층에 대한 Nc값과 전단강도와의 상관성은 다소 분산이 심한 것을 알 수가 있었다. 따라서 본 소형동적콘관입시험에 의한 Nc값과 가장 적합한 대응과 상관성을 보이는 사질토 중 통일분류상 SM(실트질모래)계통의 지반을 대상으로 Nc값과 내부마찰각, 점착력, 전단강도를 비교 분석하였으며, 분석결과 Nc값이 증가할수록 점착력(C)에서는 비교적 비례관계로 뚜렷하게 증가함을 알 수가 있었다(Fig. 24). Nc와 내부마찰각(Ø)과의 상관성 분석에서도 완만한 기울기로 증가하는 추세를 보이고 있다(Fig.
21). 또한 화강암 및 편마암을 기반암으로 하는 상부토층에서는 풍화작용 등으로 원기반암의 특성에 따른 차이는 크게 없는 것으로 분석되었다. 기반암별 전단강도와 Nc값과의 상관관계식은 Table 7에 정리하였다.
이러한 원 기반암의 특성에 따라 소형동적콘관입시험 Nc값과 전단강도(수직응력 고려) 의 상관성을 비교 분석하였다. 본 절에서도 사질토층을 주대상으로 분석을 실시하였으며, 분석결과 Nc값이 증가할수록 완만한 추세로 전단강도가 증가하는 경향을 보이고 있다(Fig. 20과 Fig. 21). 또한 화강암 및 편마암을 기반암으로 하는 상부토층에서는 풍화작용 등으로 원기반암의 특성에 따른 차이는 크게 없는 것으로 분석되었다.
서울 지역의 6개 산지(Table 1)를 대상으로 상부 토층구간에 분포하고 있는 흙(풍화잔류토)을 채취하여 실내토질 물성시험을 실시하였다. 실내시험 결과 연구지역 대부분이 산지지역으로서 사질토(SM, SC, SP-SM, SW-SM)가 전체 시험결과에서 약 84% 정도로 대부분을 차지하고 있으며, 자갈성분이 약 11%, 그리고 점성토 성분이 약 8% 정도 차지하고 있다(Fig. 7).
음성 지역의 경우 시추기 장비 투입이 가능한 지역을 대상으로 총 22개소의 시료를 채취하여 실내토질시험을 실시하였다. 실내시험 결과 통일분류상 SM, SPSM, SW-SM으로 사질토 흙으로 분류되었다. 본 연구지역도 서울지역과 유사한 경향을 보이고 있으며, #200번체 통과량이 많을수록 함수비는 완만하게 증가하는 추세를 보이고 있다(Fig.
앞에서 연구된 상관성 분석을 종합 검토한 결과 점성토 및 자갈층에 대한 Nc값과 전단강도와의 상관성은 다소 분산이 심한 것을 알 수가 있었다. 따라서 본 소형동적콘관입시험에 의한 Nc값과 가장 적합한 대응과 상관성을 보이는 사질토 중 통일분류상 SM(실트질모래)계통의 지반을 대상으로 Nc값과 내부마찰각, 점착력, 전단강도를 비교 분석하였으며, 분석결과 Nc값이 증가할수록 점착력(C)에서는 비교적 비례관계로 뚜렷하게 증가함을 알 수가 있었다(Fig.
그리고 소형동적콘관입시험과 병행하여 일련의 현장시험 및 실내시험을 실시하였다. 이러한 각각의 현장 및 실내시험 결과와 동적콘관입시험과의 상호비교분석을 통하여 얕은 심도 토층의 전단강도(C. ϕ)를 유추 및 제안할 수 있었다. 그리고 비교적 균질한 사질토 지반을 대상으로 시추장비에 의한 표준관입시험 N값과 소형동적콘관입시험 Nc값의 상호 비교를 통하여 비교적 얕은 심도의 지층을 파악하는데 유용하게 적용할 수 있는 상관식을 제시하였다.
(5) 산지 및 비탈면 지역에 대한 토층의 대부분은 모래층(전체 시료 중 약 84%)이며, 특히 분석한 결과 실트질모래(SM)로 구성된 토층이 연구지역에서 60%이상 분포하고 있음을 알 수 있었다. 이러한 시험과 소형동적콘관입시험 Nc값을 분석한 결과, 실트질 모래(SM)에서는 Nc값이 증가할수록 비교적 일정한 비례 상관식을 얻을 수 있었다. 그리고 기존 연구자료와 비교할 경우 Nc값이 증가할수록 점착력(C)과 내부마찰각(ϕ)이 기존 발표된 상관식보다 뚜렷한 기울기로 증가하는 경향을 보였다.
후속연구
그러나 광범위한 산림지역을 대상으로 산사태를 대비한 조사 및 연구과정에서 각 지역의 지반특성 및 토층의 심도와 강도특성을 조사하기 위한 방법의 하나로서 시추 조사시 병행하는 표준관입시험(Standard Penetration Test, SPT)이 있다. 그러나 산림지역에서 시추장비의 이동 및 설치를 위해 과도한 산림훼손과 많은 예산이 필요한 실정이며, 또한 조사 지점에 대한 한정된 결과와 표준관입시험의 특성상 1 m 단위 구간에 대한 조사 자료만이 획득되므로 좀 더 상세하고 정밀한 자료를 얻을 수 없는 한계가 발생한다. 그리고 또 다른 방법은 인력으로 이동하여 현장밀도시험 및 불교란 시료를 채취하여 직접전단시험을 할 수 있는 시험굴조사(Test pit)와 핸드오거에 의한 방법들이 있다.
이러한 경제성, 한계성, 대표성을 극복할 수 있는 소형콘관입시험방법을 적용할 경우, 산지 및 비탈면 분야에서 비교적 적은 비용으로 신뢰성 있는 지반자료 및 정보를 획득할 수 있을 것으로 평가된다. 그리고 소형동적콘관입시험에 의한 지속적인 연구를 통해 여러 지역별 및 흙의 특성별로 다양한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
현재 국내에서는 중대형 Dynamic Cone관입시험에 의한 연구 및 시험은 다수 수행되었지만 경량화된 소형콘관입시험에 대한 연구자료는 일부 소수 연구자에 의해 수행되었다. 상기의 연구 및 사례들은 그 비교적 한정된 시험횟수와 화강풍화토 사면에 국한되어 적용한 것으로서 좀 더 다양하고 많은 시험자료를 획득하여 소형동적콘관입시험의 적합한 연구와 토층별 Nc값과 전단강도와의 상관분석으로 합리적인 경험식이 요구되어진다. 국내외 및 ASTM에서는 도로 노상토의 다짐도 측정을 위하여 소형동적콘관입시험을 주로 사용하고 있으며, 소형콘관입시험 Nc값과 CBR값과의 상호적용 기준과 관련 논문 및 연구자료는 다수 발표되었다.
기존의 산지조사에서는 일반적으로 산림훼손, 급경사, 민원, 과다한 비용발생 그리고 국한된 조사정보 등의 한계성을 포함하고 있다. 이러한 경제성, 한계성, 대표성을 극복할 수 있는 소형콘관입시험방법을 적용할 경우, 산지 및 비탈면 분야에서 비교적 적은 비용으로 신뢰성 있는 지반자료 및 정보를 획득할 수 있을 것으로 평가된다. 그리고 소형동적콘관입시험에 의한 지속적인 연구를 통해 여러 지역별 및 흙의 특성별로 다양한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
평지와는 달리 산지를 대상으로 지반의 특성 및 전단강도 특성을 산출하기 위해서는 대체로 많은 비용과 여러 한계에 도달하게 된다. 이러한 산지조사의 어려움에 대해서 국내외 여러 연구자들에 의해서 경제적, 합리적인 조사 및 시험방법 등이 연구되어 왔으나 아직도 자료 및 상관성 분석 등이 다소 부족한 현실이며, 좀 더 많은 산지 조사 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국토교통부 및 한국도로공사 등 정부의 산사태 조사 현황은?
최근 서울시 우면산 등 산지 지층 경사가 가파르고, 토층이 비교적 두꺼운 지역에서 집중강우에 따른 토층 연약화(강우로 인한 지반의 전단강도 약화)로 인하여 산사태가 다수 발생하고 있으며, 이러한 산사태의 대부분은 물과 토사의 혼합물인 토석류(Debris flow) 형태로 주로 발생하게 되며, 발생범위도 상부 지표하 1~3 m 범위의 연약한 토층에서 주로 발생하는 양상을 보이고 있다. 국토교통부 및 한국도로공사 그리고 각 지방 자치단체별로 산사태에 대비한 연구 및 과제가지속적으로 진행되고 있으며, 신설 도로개설시 설계단계에서 산사태에 대한 사전조사 및 해석을 수행하고 있다. 그러나 광범위한 산림지역을 대상으로 산사태를 대비한 조사 및 연구과정에서 각 지역의 지반특성 및 토층의 심도와 강도특성을 조사하기 위한 방법의 하나로서 시추 조사시 병행하는 표준관입시험(Standard Penetration Test, SPT)이 있다.
최근 산사태의 특징은?
최근 서울시 우면산 등 산지 지층 경사가 가파르고, 토층이 비교적 두꺼운 지역에서 집중강우에 따른 토층 연약화(강우로 인한 지반의 전단강도 약화)로 인하여 산사태가 다수 발생하고 있으며, 이러한 산사태의 대부분은 물과 토사의 혼합물인 토석류(Debris flow) 형태로 주로 발생하게 되며, 발생범위도 상부 지표하 1~3 m 범위의 연약한 토층에서 주로 발생하는 양상을 보이고 있다. 국토교통부 및 한국도로공사 그리고 각 지방 자치단체별로 산사태에 대비한 연구 및 과제가지속적으로 진행되고 있으며, 신설 도로개설시 설계단계에서 산사태에 대한 사전조사 및 해석을 수행하고 있다.
산사태를 대비한 조사 및 연구과정 방법인 SPT의 문제점은?
그러나 광범위한 산림지역을 대상으로 산사태를 대비한 조사 및 연구과정에서 각 지역의 지반특성 및 토층의 심도와 강도특성을 조사하기 위한 방법의 하나로서 시추 조사시 병행하는 표준관입시험(Standard Penetration Test, SPT)이 있다. 그러나 산림지역에서 시추장비의 이동 및 설치를 위해 과도한 산림훼손과 많은 예산이 필요한 실정이며, 또한 조사 지점에 대한 한정된 결과와 표준관입시험의 특성상 1 m 단위 구간에 대한 조사 자료만이 획득되므로 좀 더 상세하고 정밀한 자료를 얻을 수 없는 한계가 발생한다. 그리고 또 다른 방법은 인력으로 이동하여 현장밀도시험 및 불교란 시료를 채취하여 직접전단시험을 할 수 있는시험굴조사(Test pit)와 핸드오거에 의한 방법들이 있다.
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