정진영
(Dept. of Civil and Environmental Engineering, Korea Maritime and Ocean University)
,
김태형
(Dept. of Civil Engineering, Korea Maritime and Ocean University)
,
임은상
(Infrastructure Research Center, K-water Institute)
,
황웅기
(Dept. of Civil Engineering, Korea Maritime and Ocean University)
,
김규종
(Sung-eun Geotech)
본 연구에서는 낙동강 하구 델타지역에 위치한 연구지역의 상부퇴적사질토층이 샌드매트와 같은 수평배수재로서의 통수능 기능을 수행할 수 있는지를 검토하였다. 상부퇴적사질토에 대한 입도분포분석 및 투수시험 결과 일부 기준을 만족시키지 못하는 것으로 나타나 수치해석연구가 추가로 수행되었다. 델타지역 연약지반위에 샌드매트 1m 포설할 때와 연약지반위에 퇴적사질토층이 1, 2, 3, 4m 두께로 형성된 경우에 대한 압밀해석을 실시하였다. 그 결과 두께가 2m 이상이 되면 델타지역 퇴적사질토층은 샌드매트처럼 수평배수층으로 기능을 수행할 수 있는 것으로 나타났다. PVD를 설치한 경우 퇴적사질토층의 수평배수층 역할이 더욱 증가되었다. 본 연구를 통해 낙동강 델타 지역의 상부퇴적사질토층의 수평배수재로서의 기능이 확인되었다.
본 연구에서는 낙동강 하구 델타지역에 위치한 연구지역의 상부퇴적사질토층이 샌드매트와 같은 수평배수재로서의 통수능 기능을 수행할 수 있는지를 검토하였다. 상부퇴적사질토에 대한 입도분포분석 및 투수시험 결과 일부 기준을 만족시키지 못하는 것으로 나타나 수치해석연구가 추가로 수행되었다. 델타지역 연약지반위에 샌드매트 1m 포설할 때와 연약지반위에 퇴적사질토층이 1, 2, 3, 4m 두께로 형성된 경우에 대한 압밀해석을 실시하였다. 그 결과 두께가 2m 이상이 되면 델타지역 퇴적사질토층은 샌드매트처럼 수평배수층으로 기능을 수행할 수 있는 것으로 나타났다. PVD를 설치한 경우 퇴적사질토층의 수평배수층 역할이 더욱 증가되었다. 본 연구를 통해 낙동강 델타 지역의 상부퇴적사질토층의 수평배수재로서의 기능이 확인되었다.
In this research, it was investigated that whether the upper sand deposited in Nakdong River Estuary Delta region has the role of horizontal drains like sand mat. The results from tests for particle size distribution and permeability of the upper sand deposit did not meet completely the criteria for...
In this research, it was investigated that whether the upper sand deposited in Nakdong River Estuary Delta region has the role of horizontal drains like sand mat. The results from tests for particle size distribution and permeability of the upper sand deposit did not meet completely the criteria for the horizontal drain material. Thus, numerical analysis has been conducted additionally. Numerical analyses of consolidation of soft soils with upper layer of sand deposit are conducted in both the sand mat with a thickness of 1m and the upper sand deposit with 1, 2, 3, and 4 m of thickness and their results are compared. As the results of numerical analysis, the upper sand deposit with a thickness of 2m or more may play the role of horizontal drains similar to a sand mat. If a PVD is installed, the ability of upper sand deposit as horizontal drains is increased. Form this study, it was concluded that the upper sand deposited in Nakdong River Estuary Delta has the role of horizontal drain.
In this research, it was investigated that whether the upper sand deposited in Nakdong River Estuary Delta region has the role of horizontal drains like sand mat. The results from tests for particle size distribution and permeability of the upper sand deposit did not meet completely the criteria for the horizontal drain material. Thus, numerical analysis has been conducted additionally. Numerical analyses of consolidation of soft soils with upper layer of sand deposit are conducted in both the sand mat with a thickness of 1m and the upper sand deposit with 1, 2, 3, and 4 m of thickness and their results are compared. As the results of numerical analysis, the upper sand deposit with a thickness of 2m or more may play the role of horizontal drains similar to a sand mat. If a PVD is installed, the ability of upper sand deposit as horizontal drains is increased. Form this study, it was concluded that the upper sand deposited in Nakdong River Estuary Delta has the role of horizontal drain.
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문제 정의
본 연구에서는 연약지반상의 상부 퇴적사질토층이 연약지반 공사 시 일반적으로 시공되는 샌드매트와 같은 수평배수재로서의 적용 가능성에 대해 연구하였다. 이를 위하여 퇴적사질토에 대한 실내시험을 수행하고 상부 퇴적사질토층이 존재하는 연약지반에 대한 시공단계별 압밀거동을 수치해석을 통하여 검토하였다.
가설 설정
압밀해석에 적용되는 지반 물성치는 델타 지역에서의 현장계측 및 기본적인 역학시험으로부터 얻은 값과, 문헌조사를 통해 보편적으로 사용되는 값을 이용하였다(Table 3). 연구 대상 지역이 단지 개발 지역임을 고려하여 무한한 수평거리로 가정하여 2차원 평면 변형율 해석을 수행하였으며 지반은 4절점 4각형 등 매개요소를 이용하여 모델링하였다. 하중조건은 성토단계별로 성토하중에 해당하는 등분포 하중을 재하 함으로써 시공단계를 모사하였다.
제안 방법
kPa을 재하 하였다. 경계조건은 변형에 대해서는 좌우측 경계에서 수평변위를 고정으로 하고, 동시에 저면 경계에서는 연직 변위를 고정경계로 설정하였다. 지하수위는 지표면에 위치하고 있으며 지반내 간극수압 분포는 정수압분포를 나타낸다.
하중조건은 성토단계별로 성토하중에 해당하는 등분포 하중을 재하 함으로써 시공단계를 모사하였다. 경계조건은 변형에 대해서는 좌우측 경계에서 수평변위를 고정하고, 동시에 저면 경계에서는 연직 및 수평 변위를고정 경계로 설정하였다. 지하수위는 샌드매트 포설 지반에는 실제 설계와 유사하게 샌드매트 층 아래에 설정 하였고, 상부 퇴적사질토 지반에는 지하수위가 지표면과 일치하게 설정하였다.
7(tf/m3)로, 단계별 성토고는 1m, 성토 높이 6m, 성토단계는 등분포하중 재하로 모사하였다. 단계별 압밀해석 및 전체과정은 시공단계해석으로 해석을 진행하였다. 해석단면은 Fig.
0m로 변화시켰다. 또한 PVD미타설, 1.5m, 2.0m 간격으로 타설하였을 때를 모사하여 해석을 수행하였으며, 투수계수의 영향도 해석을 통해 검토하였다.
0m로 변화시켰다. 또한 PVD미타설, 1.5m, 2.0m 간격으로 타설하였을 때를 모사하여 해석을 수행하였으며, 투수계수의 영향도 해석을 통해 검토하였다.
상부 퇴적사질토층이 샌드매트 역할을 할 수 있는지를 조사하기 위하여 상부퇴적사질토층의 두께를 1.0∼4.0m로 변화시켰다.
샌드매트 포설 시와 상부 퇴적사질토층의 분포 두께에 따른 지반의 평균압밀도 변화를 이용하여 상부 퇴적사질토층이 샌드매트 역할을 할 수 있는지를 조사하기 위하여 상부퇴적사질토층의 두께를 1.0～4.0m로 변화시켰다. 또한 PVD 미타설, 1.
본 연구에서는 연약지반상의 상부 퇴적사질토층이 연약지반 공사 시 일반적으로 시공되는 샌드매트와 같은 수평배수재로서의 적용 가능성에 대해 연구하였다. 이를 위하여 퇴적사질토에 대한 실내시험을 수행하고 상부 퇴적사질토층이 존재하는 연약지반에 대한 시공단계별 압밀거동을 수치해석을 통하여 검토하였다. 그 결론은 아래와 같다.
투수계수가 상부퇴적사질토층의 통수능에 미치는 영향을 조사하기 위하여 k = 2.24 × 10-4cm/sec의 투수계수외 두 개의 투수계수(k × 2.46 x 10-5cm/sec와 k × 2.46 x 10-6cm/sec)에 대해 추가적으로 해석을 수행하였다.
수치해석에서는 상부퇴적사질토층의 분포 두께에 따른 지반의 평균압밀도 변화를 유한요소 프로그램인 Midas GTS NX를 사용되었다. 프로그램의 검증을 위하여 Biot(1941)정해와 GTS NX 수치해석 결과 값을 먼저 비교하였다. 상부 퇴적사질토층이 샌드매트 역할을 할 수 있는지를 조사하기 위하여 상부퇴적사질토층의 두께를 1.
연구 대상 지역이 단지 개발 지역임을 고려하여 무한한 수평거리로 가정하여 2차원 평면 변형율 해석을 수행하였으며 지반은 4절점 4각형 등 매개요소를 이용하여 모델링하였다. 하중조건은 성토단계별로 성토하중에 해당하는 등분포 하중을 재하 함으로써 시공단계를 모사하였다. 경계조건은 변형에 대해서는 좌우측 경계에서 수평변위를 고정하고, 동시에 저면 경계에서는 연직 및 수평 변위를고정 경계로 설정하였다.
대상 데이터
(2016a) 연구의 연장으로 기존 실험자료의 분석과 수치해석을 통하여 낙동강 델타 연약지반 상부 퇴적사질토층의 수평배수층으로서의 기능을 규명하였다. 기존 실험자료는 KCS 11 30 15 : 2016 수평배수공 기준을 활용하여 분석하였다. 상부 퇴적사질토층에 대한 투수시험 결과와 입도분포에 대해 KCS 기준에서 모래에 제시된 기준은 투수계수가 1×10-3cm/sec 이상, D15:0.
0m 간격으로 타설하였을 때를모 사하여 해석을 수행하였으며, 투수계수의 영향도 해석을 통해 검토하였다. 성토기간은 6개월 6단계 성토, 방치기간은 8개월을 적용하였다. 성토재 단위중량은 1.
압밀해석에 적용되는 지반 물성치는 델타 지역에서의 현장계측 및 기본적인 역학시험으로부터 얻은 값과, 문헌조사를 통해 보편적으로 사용되는 값을 이용하였다(Table 3). 연구 대상 지역이 단지 개발 지역임을 고려하여 무한한 수평거리로 가정하여 2차원 평면 변형율 해석을 수행하였으며 지반은 4절점 4각형 등 매개요소를 이용하여 모델링하였다.
데이터처리
본 연구에 사용된 수치해석 프로그램은 범용 지반해석 유한요소 프로그램인 Midas GTS NX 이며 시공단계 압밀해석을 수행하였다. 연구의 신뢰성을 얻기 위해 해석에 사용된 Midas GTS NX 프로그램을 Biot(1941)이 제시한 압밀이론 정해 결과와 비교하였다.
본 연구에 사용된 수치해석 프로그램은 범용 지반해석 유한요소 프로그램인 Midas GTS NX 이며 시공단계 압밀해석을 수행하였다. 연구의 신뢰성을 얻기 위해 해석에 사용된 Midas GTS NX 프로그램을 Biot(1941)이 제시한 압밀이론 정해 결과와 비교하였다.
이론/모형
08mm 통과량 :15% 이하의 재료를 추천하고 있다. 수치해석에서는 상부퇴적사질토층의 분포 두께에 따른 지반의 평균압밀도 변화를 유한요소 프로그램인 Midas GTS NX를 사용되었다. 프로그램의 검증을 위하여 Biot(1941)정해와 GTS NX 수치해석 결과 값을 먼저 비교하였다.
지하수위는 샌드매트 포설 지반에는 실제 설계와 유사하게 샌드매트 층 아래에 설정 하였고, 상부 퇴적사질토 지반에는 지하수위가 지표면과 일치하게 설정하였다. 지반구성모델은 점성토 지반은 수정 Cam-Clay 모델(Nam, 1995)을, 샌드매트와 사질토층에 대하여서는 Mohr-Coulomb 모델을 적용하였다.
성능/효과
(1) 상부 퇴적사질토의 입도분포곡선은 세립토로 인하여 수평배수재로서의 기준에 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
(2) 투수시험결과 수평배수재로서의 투수계수 기준인 1 × 10-3cm/sec 이상을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.
(3) 상부퇴적사질토의 두께가 2m 이상이 되면 샌드매트포설 경우보다 더 빠른 시간 내에 압밀이 완료되는 것으로 나타나 델타지역 상부퇴적사질토층은 수평배수재로서의 기능을 수행할 수 있다고 판단된다.
(4) PVD를 시공했을 때 전체적인 압밀 완료 시점이 PVD를 시공하지 않은 경우보다 빨라지는 것으로 나타났으며, PVD가 설치된 경우 샌드매트의 유무 및 퇴적사질토층의 두께에 상관없이 압밀완료 시점은 유사한 것으로 나타났다. 즉 상부퇴적사질토층이 존재하는 지역에 PVD를 설치하면 샌드매트를 포설한 경우와 같이 압밀 효과가 크게 개선된다고 볼 수 있다.
그림에서 보이는바와 같이 수치해석 결과와 Biot(1941) 정해 계산값이 정확하게 일치한다. 따라서 본 연구의 GTS NX를 이용한 수치해석 결과는 신뢰성을 가지고 있음을 알 수 있다.
10은 투수계수에 따른 두께별 평균압밀도가 90%도달하는 시간을 서로 비교한 그래프이다. 퇴적사질토층의 두께가 두꺼워 질수록 90%압밀에 도달하는 시간이 감소하고, 투수계수의 영향이 상부퇴적사질토 두께가 클수록 더 크게 나타나는 것을 알 수 있다.
후속연구
Table 1은 투수시험 결과를 정리한 것으로 수평배수재 투수기준(1×10-3cm/sec 이상)에 미달하는 것을 알 수 있다. 낙동강 델타 지역에서 상부퇴적사질토의 수평배수층 역할은 그 분포 두께를 보면 충분히 가능하다고 판단되나 입도분석과 투수시험 결과 만족하지 못하는 부분이 있어 이를 검증하기 위해서는 추가적인 연구가 요구되는 것을 알 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
낙동강 하구 델타지역의 특성은?
낙동강 하구 델타지역은 국내에서 퇴적층의 심도가 가장 깊은 연약지반(최대 70m)으로 알려져 있다. 상부에는 실트질 충적토 또는 사질토층이 분포하며 아래로 연약한 실트질 점토층, 모래층 및 자갈층 순이다.
수평배수재로서의 역할은 무엇을 이용해서 판단해볼 수 있나?
수평배수재로서의 역할은 입도분포를 이용해서 판단해볼 수 있다. 일본의 규정은 Skempton이 제안한 입도분포로서, k ＞1.
전형적인 연약지반 개량공법이 일반적으로 적용에 검토 필요성이 있는분야는?
또한 장비의 주행성 확보 및 원활한 배수를 위해 토목섬유와 모래(또는 사석)를 수평배수층으로 포설하는 보편적 방법을 적용하고 있다. 하지만 낙동강 하구 델타지역은 지표면에 연약지반이 바로 노출된 상태가 아닌 퇴적사질토 하부에 분포하고 있으며, 에코델타 시티가 예정된 지역의 경우 상부에 약 4∼10m의 깊이로 퇴적사질토층이 형성되어있어(K-water, 2014), 서해안과 동일하게 토목섬유와 수평 배수층 포설이 필요한 지에 대한 연구가 필요한 실정이다(Kim et al., 2015; 2016a).
Bak. K. J. (1998), Effect of Depositional Environments on Engineering Characteristics of Marine Deposits in the Nakdong River Mouth and its Neighboring Coast, Ph.D Thesis, Dongguk University.
Biot, M. A. (1941), "General Theory of Three-dimensional Consolidation", Journal of Applied Physics, Vol.12, No.2, pp.155-164.
Chung, S. G. Lee, N. K. Lee, J. M. Min, S. C., and Hong, Y. P. (2010). "Hydraulic Characteristics of Busan Clay in the Floodplain of the Nakdong River Delta", Journal of Korean Geotechnical Society, Vol.26, No.2, pp.47-61.
Kang, C. G. (2011). Unsaturated permeability Characteristics of silty sand on the Nakdong River, Master Thesis, Kyungpook National University.
Kim, B. J., Kim, J. H., Jung, J. Y., Kwon, J. K., and Kim, T. H. (2016a), "Characteristics of Sedimented Sandy in Nakdong River Delta", Journal of the Korean Geosynthetics Society, Vol.15, No.2, pp.25-33.
Kim, J. H. Kim, T. H. Kwon, J. K. Kim, B. J. Jeong, and J. Y. (2015), "Study on the Physical and Mechanical Properties of Sandy Soil in the Nakdong River Delta Area", Proc. of KSCE 2015 CONVENTION 2015 CIVIL EXPO & CONFERENCE, Gunsan, pp.1-2.
Kim, J. H., Kwon, J. K., Jung, J. Y., Hwang, W. K., and Kim, T. H. (2016b), "An Experimental Study on the Applicability of Upper Sand Deposit in the Nakdong River Delta as Horizontal Drains", Proc. of the Fall Conference of Korean Geosynthetics Society, Gyeonggi pp.89-90.
Kim, S. W., Lee, S. W., Lee, J. W., Jo, K. Y., Kim, Y. T., and Kim, J. S. (2006), "Depositional Environments and Sequence Stratigraphy of estuary of the Nakdong River", Proc. of the Spring Conference of Korean Geotechnical Society, pp.882-887.
Kim, Y. K. (2008), Estimation of Sandmat Thickness Considering Settlement of Soft Ground, Master Thesis, Chonju University, pp.57.
Korea Water Resource Corporation (K-water) (2014). Soil Investigation Report of Busan Eco-Delta City Section 3. pp.38.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2016), Korean Construction Specification - KCS 11 30 15 : 2016, Ministry of Land, Infrastructure and Transport.
Nam, K. H. (1995), Behavior Analysis of the Foundation Improved with Pack drain using Modified Cam-Clay Model, Master Thesis, Chonnam National University, pp.91.
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