본 연구에서는 부산 신항에서 지표면 근처의 상부 점토의 유사 과압밀 특성과 연계한 비배수전단강도를 평가하기 위하여 현장베인 및 피에조콘관입시험을 실시하였다. 일축압축 및 현장베인시험 결과를 이용하여 비배수전단강도($s_u$)와 유효상재압과의 상관관계식 $10+0.262{\sigma}^{\prime}v_0$(kPa)이 얻어졌다. 표준압밀시험결과로부터 7m 심도까지 과압밀비(OCR) 1.9 정도이며, 심도가 깊어질수록 정규압밀상태의 과압밀비(OCR) 1.0에 근접한 경향이 얻어졌다. Hanzawa(1983)에 따르면, 정규압밀된 자연퇴적 점토지반에서도 화학적 결합 작용 등에 의한 연대효과로 인해 지표면에 가까운 위치에서 과압밀 경향을 보이는 것으로 제시되었다. 이러한 개념 하에서, 부산점토 지반은 지표면에서부터 화학적 결합작용으로 인해 10kPa의 비배수전단강도가 유효상재압에 관계없이 발휘되며, 정규압밀상태의 강도증가율은 0.262로 추정할 수 있다. 이에 대해 퇴적 환경 변화로 인해 지표면에 가까운 위치에서 화학적 결합 작용에 의한 유사 과압밀 경향이 발생되었는지에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 부산 신항에서 지표면 근처의 상부 점토의 유사 과압밀 특성과 연계한 비배수전단강도를 평가하기 위하여 현장베인 및 피에조콘관입시험을 실시하였다. 일축압축 및 현장베인시험 결과를 이용하여 비배수전단강도($s_u$)와 유효상재압과의 상관관계식 $10+0.262{\sigma}^{\prime}v_0$(kPa)이 얻어졌다. 표준압밀시험결과로부터 7m 심도까지 과압밀비(OCR) 1.9 정도이며, 심도가 깊어질수록 정규압밀상태의 과압밀비(OCR) 1.0에 근접한 경향이 얻어졌다. Hanzawa(1983)에 따르면, 정규압밀된 자연퇴적 점토지반에서도 화학적 결합 작용 등에 의한 연대효과로 인해 지표면에 가까운 위치에서 과압밀 경향을 보이는 것으로 제시되었다. 이러한 개념 하에서, 부산점토 지반은 지표면에서부터 화학적 결합작용으로 인해 10kPa의 비배수전단강도가 유효상재압에 관계없이 발휘되며, 정규압밀상태의 강도증가율은 0.262로 추정할 수 있다. 이에 대해 퇴적 환경 변화로 인해 지표면에 가까운 위치에서 화학적 결합 작용에 의한 유사 과압밀 경향이 발생되었는지에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
In this study, a series of laboratory and in-situ tests such as FVTs and CPTUs were carried out to evaluate undrained shear strength related to quasi overconsolidated characteristics in the near-surface clay at Busan new port. Using unconfined compression and field vane test results, correlation bet...
In this study, a series of laboratory and in-situ tests such as FVTs and CPTUs were carried out to evaluate undrained shear strength related to quasi overconsolidated characteristics in the near-surface clay at Busan new port. Using unconfined compression and field vane test results, correlation between undrained shear strength and effective overburden pressure, that is, equation of $10+0.262{\sigma}^{\prime}v_0$ (kPa) was obtained. From oedometer tests, OCR is around 1.9 at depths lower than 7 m and OCR below this depth is very close to unit. As stated by Hanzawa et al. (1983), a natural clay deposit in the near-surface, even in normally consolidated state, is more and less apparently overconsolidated due to aging effects such as chemical bonding. Based on this concept, it can be inferred that intercept of equation is mobilized due to chemical bonding irrespective of effective overburden pressure and strength incremental ratio in normally consolidated state is 0.262. From CPTU results, same trend was confirmed. The further study should be necessary to judge whether upper clay is under overconsolidated state due to chemical bonding or not based on the depositional environment.
In this study, a series of laboratory and in-situ tests such as FVTs and CPTUs were carried out to evaluate undrained shear strength related to quasi overconsolidated characteristics in the near-surface clay at Busan new port. Using unconfined compression and field vane test results, correlation between undrained shear strength and effective overburden pressure, that is, equation of $10+0.262{\sigma}^{\prime}v_0$ (kPa) was obtained. From oedometer tests, OCR is around 1.9 at depths lower than 7 m and OCR below this depth is very close to unit. As stated by Hanzawa et al. (1983), a natural clay deposit in the near-surface, even in normally consolidated state, is more and less apparently overconsolidated due to aging effects such as chemical bonding. Based on this concept, it can be inferred that intercept of equation is mobilized due to chemical bonding irrespective of effective overburden pressure and strength incremental ratio in normally consolidated state is 0.262. From CPTU results, same trend was confirmed. The further study should be necessary to judge whether upper clay is under overconsolidated state due to chemical bonding or not based on the depositional environment.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 부산 신항의 CPTU, 현장베인시험(FVT) 및 실내시험결과를 이용하여 지반의 압밀상태와 연계한 강도특성을 분석하고자 한다. 이 때, 일축압축시험에 의한 비배수전단강도(qu/2) 및 현장베인강도(su(FVT))를이용하여 심도에 따른 비배수전단강도 증가비를 결정한후, CPTU 데이터인 qt-σv0 와의 상관관계인 콘계수(Nkt)가심도에 따라 일정한 경향성이 나타나는지를 분석하였다.
제안 방법
CPTU시험은 ASTM D 5778(2003) 규정에 따라 시험결과에 영향을 주는 관입속도, 콘의 모양 및 크기, 지반의응력이력, 압축성, 입자크기 등의 요소를 최소화하기 위해원추모양의 Cone Probe의 관입속도를 일정한 속도(2cm/s)로 유지하고, 선단각을 60°, 선단면적 10cm2, 주면면적 150cm2의 ASTM에서 통용되고 있는 표준콘을 적용하였다.
0 이하로 평가되는 것으로 제시하였다. 그러나, CPTU 데이터로 구한 30m 이상 심도의 선행압밀압력은 다소 과압밀 또는 정규압밀상태로 분석되어 시료의 교란효과를 최소화하기 위해서는 시료채취 기술의 향상과더불어 피에조콘관입시험을 병행하도록 추천하였다.
본 연구에서는 부산 신항의 CPTU, 현장베인시험(FVT)및 실내시험결과를 이용하여 지반의 압밀상태와 연계한강도특성을 분석하였으며 주요 내용은 다음과 같다.
이 때, 일축압축시험에 의한 비배수전단강도(qu/2) 및 현장베인강도(su(FVT))를이용하여 심도에 따른 비배수전단강도 증가비를 결정한후, CPTU 데이터인 qt-σv0 와의 상관관계인 콘계수(Nkt)가심도에 따라 일정한 경향성이 나타나는지를 분석하였다.
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.
이론/모형
흙의 물리적 특성 및 토질분류를 위해 실시된 액성한계,소성한계와 입도분석시험은 각각 ASTM 4318(2000), ASTMD422(1990)과 ASTM D2487(2000)에 따라 수행하였으며,액성한계시험은 Casagrande 방법을 적용하여 수행하였다.
성능/효과
(1) 일축압축시험(UCT) 및 현장베인시험(FVT)에 의한비배수전단강도(su)와 유효상재압과의 상관관계식 10+0.262σ´v0(kPa)이 얻어졌다.
(2) 유효상재압이 거의 없는 지표면에서 유사 과압밀 현상과 연계한 비배수전단강도가 발휘되는 현상에 대해심도에 따른 연속적인 데이터를 얻을 수 있는 피에조콘관입시험을 통해서 보다 신뢰성 있게 확인할 수 있었다. 기존 연구에 따르면 낙동강 삼각주 일대에서 제4기 후기 해수면 변동에 따른 퇴적환경 변화가 발생된것으로 제시되었는데, 이러한 고대 환경 변화로 인해지표면에 가까운 위치에서 화학적 결합 작용에 의한유사 과압밀 경향이 발생되었는지에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
Fig. 8의 CPTU 결과에 나타낸 바와 같이, 심도에 따라콘 저항치(qt), 주면 마찰력(fs) 및 과잉간극수압(ua)이 대체로 일정한 기울기로 증가하는 경향을 나타냈으며, 점토층하부의 배수층이 확인되기 전의 대략 28m 심도에서 종료된 Busan-A의 결과를 제외하고는 30∼40m 전후의 심도에서 배수층을 확인한 후 피에조콘관입시험을 종료하였다.
이때, 상부 및 하부 점토층 내의 모래 함유량이 많은 층이 포함되어 이들 층에서 만족할만한 상관관계가 얻어지지 않는 것으로 분석하였다. 따라서, 전체 심도를 평균하여 적용한 시험결과를 적용하게 되면, 데이터의 분산도가 크므로, 퇴적층별로 구분된 경향성을 고려한 간접적인 상관관계를 적용할 것을 추천하였다.
심도가 깊어질수록 과압밀비(OCR)가 1.0 보다 작아지는 현상에 대해 하부층에서 발생되는 피압수로 인해 유효상재압이 감소되는 효과, 빙하기 이후 퇴적속도가 빠른 층이 형성되어 선행압밀압력이 작아지는 원인일 수 있지만,이것 보다는 심도가 깊어질수록 시료 채취 시 발생되는 교란 현상으로 인해 선행압밀압력이 작아지는 주요 원인으로 언급되었다.
일축압축시험에 의한 심도에 따른 비배수전단강도 증가비는 1.5kPa/m 이며, 일축압축시험 중 시료 파괴시 평균변형률도 5% 미만이 얻어져, 국내 해성 점성토 지반에서불교란 시료 채취가 적절하게 이루어졌을 때 발생되는 파괴변형률인 4∼5%에 해당되는 것으로 분석되었다(Fig.5~6 참조).
지표면에서 발휘되는 10kPa의절편을 유지하면서, 유효상재압이 증가할수록 비배수전단강도(su)가 0.26σ´v0 만큼 증가하는 것으로 분석되었다.
표준압밀시험결과에 의해 얻어진 과압밀비(OCR)는 약7m 심도까지 1.9 정도를 나타내다가 심도가 깊어질수록정규압밀상태인 1.0에 근접한 경향을 나타냈으며, 기존 연구자들에 의해 제시된 심도가 깊어질수록 과압밀비가 1.0이하로 나타나는 현상은 발생되지 않았다. 또한, 압축지수(Cc)의 평균은 0.
함수비, 액성한계, 소성지수의 평균값은 각각 63%, 68%, 41%이며, 점토의 평균 함유율은 35%로 통일분류법상 CL 내지는 CH로 분류되었다(Fig. 4 참조).
후속연구
한편, Ryu et al.(2011)에 따르면, 낙동강 삼각주 일대에서 제4기 후기 해수면 변동에 따른 퇴적환경 변화가 발생된 것으로 제시되었는데, 이러한 고대 환경 변화로 인해지표면에 가까운 위치에서 화학적 결합 작용에 의한 유사과압밀 경향이 발생되었는지에 대해서는 추가적인 연구가필요할 것으로 판단된다.
(2) 유효상재압이 거의 없는 지표면에서 유사 과압밀 현상과 연계한 비배수전단강도가 발휘되는 현상에 대해심도에 따른 연속적인 데이터를 얻을 수 있는 피에조콘관입시험을 통해서 보다 신뢰성 있게 확인할 수 있었다. 기존 연구에 따르면 낙동강 삼각주 일대에서 제4기 후기 해수면 변동에 따른 퇴적환경 변화가 발생된것으로 제시되었는데, 이러한 고대 환경 변화로 인해지표면에 가까운 위치에서 화학적 결합 작용에 의한유사 과압밀 경향이 발생되었는지에 대해서는 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
부산점토는 어떻게 분포하는가?
연약지반개량을 위해 필요한 설계정수는 흙의 변형과 관련된 압밀정수와 성토로 인한 안정성 확보 유무를 판단하는데 이용되는 강도정수로 구분될 수 있다. 부산점토는 낙동강 하구에 퇴적된 점토로 최대 70m 이상의 두께로 분포하는 곳도 있으므로 연약층 두께가 대략 20m 미만으로 분포하는 서해안 지역에 비해 대심도 지반으로 분류된다. 따라서, 심도가 깊어질수록 튜브 샘플러로 채취된 시료를 이용한 압밀 및 강도정수는 시료 교란 현상으로 인해 과소평가되는 것으로 알려져 있으며, 이러한 문제를 개선하기위한 시료 채취 방법도 제안되었다(Tanaka et al.
부산점토의 공학적 특성은 어떤 특징을 가지는가?
(2010, 2012)은 부산점토 지반에서 실내시험을 포함한 피에조 콘관입시험(CPTU) 및 현장베인 시험(FVT)결과를 이용하여 콘계수 및 베인강도를 유효상 재압으로 규준화 시킨 강도증가율(su/σ´v)을 분석한 결과, 부산점토의 공학적 특성은 퇴적환경 및 지형학적 특성에 따라 달라지는 것으로 제시하였다. 이때, 상부 및 하부 점토층 내의 모래 함유량이 많은 층이 포함되어 이들 층에서 만족할만한 상관관계가 얻어지지 않는 것으로 분석하였다. 따라서, 전체 심도를 평균하여 적용한 시험결과를 적용하게 되면, 데이터의 분산도가 크므로, 퇴적층별로 구분된 경향성을 고려한 간접적인 상관관계를 적용할 것을 추천하였다.
연약지반개량을 위해 필요한 설계정수는 무엇으로 판단하는가?
연약지반개량을 위해 필요한 설계정수는 흙의 변형과 관련된 압밀정수와 성토로 인한 안정성 확보 유무를 판단하는데 이용되는 강도정수로 구분될 수 있다. 부산점토는 낙동강 하구에 퇴적된 점토로 최대 70m 이상의 두께로 분포하는 곳도 있으므로 연약층 두께가 대략 20m 미만으로 분포하는 서해안 지역에 비해 대심도 지반으로 분류된다.
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