[논문]제체 상태 평가를 위한 동적 콘 관입시험과 평판재하시험 결과의 상관관계 분석

정영훈; 김성민; 임정열

doi:10.14481/jkges.2018.19.4.33

초록
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제체 재료의 다짐 불량에 의한 내부 침식은 국내 제방의 주요 붕괴 원인으로, 제방의 안전진단에 있어서 제체의 다짐 상태 평가는 매우 중요한 점검 사항이다. 본 연구에서는 제체의 다짐상태 평가 시 동적 콘 관입시험의 현장 적용성을 검증하기 위해 대표적인 다짐평가 기법인 평판재하시험에 대해 상관관계를 분석하였다. 시험 부지의 지반 특성 및 토층 심도를 파악하기 위해 표준관입시험을 6회 수행하였다. 평판재하시험 15회, 동적 콘 관입시험 47회 수행 후 크리깅(Kriging) 기법으로 공간분포를 얻었다. 평판재하시험의 공간분포와 일정 관입깊이에서의 동적 콘 관입시험 공간분포 간의 피어슨 상관 계수를 계산하였다. 평판재하시험의 지지력과 관입 깊이 5cm, 10cm, 15cm에서의 동적 콘 관입시험의 타격횟수는 약한 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The internal erosion due to poor compaction of the material was the main cause of collapse of the embankment in Korea. The assessment of the compaction state of the dam body was a very important check in the safety diagnosis of the embankment. In this study, the correlation between dynamic cone pene...

The internal erosion due to poor compaction of the material was the main cause of collapse of the embankment in Korea. The assessment of the compaction state of the dam body was a very important check in the safety diagnosis of the embankment. In this study, the correlation between dynamic cone penetration test and plate loading test which is the most typical compaction evaluation technique was analyzed to verify the applicability of the dynamic cone penetration test in evaluating the compaction state of the dam body. The standard penetration tests were carried out six times to define soil properties and depth of the test site. The spatial distributions were obtained by the Kriging method after 15 times of plate loading tests and 47 times of dynamic cone penetration tests. The Pearson correlation coefficient between the spatial distribution of the plate loading test and the dynamic cone penetration test spatial distribution at the constant penetration depth was calculated. The load distribution in the plate loading test and the blow counts at penetration depths of 5 cm, 10 cm and 15 cm in the dynamic cone penetration test showed a weak positive correlation.

주제어

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문제 정의

, 2014). 따라서 본 연구에서는 개량식 동적 콘 관입시험기를 일본식 간이 동적 콘 관입시험기의 제원에 맞춰 조립한 후 시험을 수행하였다. 본 연구에서 사용된 개량식 동적 콘 관입시험기의 제원은 Fig.
본 논문에서는 댐의 제체 상태 평가를 위한 방법으로 동적 콘 관입시험을 적용하기 위해 다짐도 및 지지력의 평가를 위해 사용되는 평판재하시험 결과와의 상관관계를 분석 하였다. 이를 위해 평판재하시험은 총 15개소, 동적 콘 관입시험은 총 47개소에서 수행했다.
본 연구에서는 제체의 다짐상태 평가 시 동적 콘 관입시험의 현장 적용성을 검증하기 위해 대표적인 다짐평가 기법인 평판재하시험에 대해 상관관계를 분석하였다. 지반 특성 및 토층의 심도를 파악하기 위해 6회의 표준관입시험을 수행하였으며 심도 5m 이내 상부지반층의 N치가 10 이하인 매립지반으로 나타났다.

제안 방법

이를 위해 평판재하시험은 총 15개소, 동적 콘 관입시험은 총 47개소에서 수행했다. 두 종류의 실험으로 얻어진 자료를 동일한 영역 내에 공간분포를 각각 얻었고, 두 개의 서로 다른 공간분포 사이의 피어슨 상관계수를 분석하여 상관성을 조사하였다.
동적 콘 관입시험에서는 관입깊이 5 cm에 소요되는 타격횟수(Nd)를 기록하였다. 본 연구에서는 지표면에서 심도 2m까지 동적 콘 관입시험을 수행하였다. Fig.
5m 영역 내에 이루어졌으며 대상 영역에 대해 총 6회의 표준관입시험을 수행하여 지반특성 및 토층의 심도를 파악하였다. 시험 대상 영역을 0.5m의 일정한 간격으로 남북-동서 방향으로 측량한 후 각 지점을 Fig. 2와 같이 좌표화하여 시험위치를 표기하였다.
본 연구에서는 제체의 다짐상태 평가 시 동적 콘 관입시험의 현장 적용성을 검증하기 위해 대표적인 다짐평가 기법인 평판재하시험에 대해 상관관계를 분석하였다. 지반 특성 및 토층의 심도를 파악하기 위해 6회의 표준관입시험을 수행하였으며 심도 5m 이내 상부지반층의 N치가 10 이하인 매립지반으로 나타났다. 평판재하시험은 총 15회 수행한 후 크리깅하여 공간분포를 얻었으며, 시험부지의 북서쪽과 북동쪽 영역의 동일 침하량 대비 하중이 남서쪽 영역에 비해 현저히 크게 나타났다.
한국산업표준(KS F 2444)에 의거하여 단계적으로 연직하중을 가한 후 하중강도와 침하량을 측정하여 평판재하시험(Plate Load Test, PLT)을 실시하였다. Fig.
1은 현장시험 부지를 보여준다. 현장시험은 동서방향 약 9.5m, 남북방향 12.5m 영역 내에 이루어졌으며 대상 영역에 대해 총 6회의 표준관입시험을 수행하여 지반특성 및 토층의 심도를 파악하였다. 시험 대상 영역을 0.

대상 데이터

각 평판재하시험재하판(plate)은 직경 40cm와 두께 25mm의 강재 원판, 직경 70cm와 두께 25mm의 강재 원판, 150cm×150cm 면적과 두께 30mm의 강재 사각판 등 총 3종류를 준비하였고, 시험 조건에 따라 선택적으로 사용하였다.
본 연구의 대상 지반은 Fig. 3에 보이듯이 심도 5m 이내 상부층의 N값이 10 이하인 매립토로 이루어진 지반이다. 일본식 간이 동적 콘 관입시험기는 독일식 동적 콘 관입시험기에 비해 해머의 무게가 가벼워 연약지반 및 표층을 대상으로 보다 자세히 조사할 수 있다(Kim et al.
본 논문에서는 댐의 제체 상태 평가를 위한 방법으로 동적 콘 관입시험을 적용하기 위해 다짐도 및 지지력의 평가를 위해 사용되는 평판재하시험 결과와의 상관관계를 분석 하였다. 이를 위해 평판재하시험은 총 15개소, 동적 콘 관입시험은 총 47개소에서 수행했다. 두 종류의 실험으로 얻어진 자료를 동일한 영역 내에 공간분포를 각각 얻었고, 두 개의 서로 다른 공간분포 사이의 피어슨 상관계수를 분석하여 상관성을 조사하였다.
2.1 현장조건

현장시험은 경기도 용인시에 위치한 경희대학교 캠퍼스 내 유휴부지에서 수행되었다. Fig.

데이터처리

Fig. 11과 13에서 제시한 평판재하시험과 동적 콘 관입시험 결과의 공간분포 자료를 이용하여, 두 시험결과의 상관관계분석을 수행했다. 즉 동일 대상영역에서 평판재하시험로 얻은 침하량 12.
11과 13에서 제시한 평판재하시험과 동적 콘 관입시험 결과의 공간분포 자료를 이용하여, 두 시험결과의 상관관계분석을 수행했다. 즉 동일 대상영역에서 평판재하시험로 얻은 침하량 12.24mm에 해당하는 재하 하중값과 특정 심도에서 동적 콘 관입시험으로 얻은 N_d값 간의 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient)를 계산하였다. 피어슨상관계수는 다음의 Eq.

이론/모형

본 연구에서는 Kim et al.(2014) 등이 개발한 개량식 동적콘 관입시험기를 사용하여 동적 콘 관입시험(Dynamic Cone Penetration Test, DCPT)을 실시하였다. 이 시험기는 현장 조건 및 용도에 따라 독일식(ASTM D6951) 혹은 일본식 동적콘 관입시험기(JGS 1433)의 제원에 맞게 조립하여 시험을 수행할 수 있다.
각 시험 조건에서 얻은 하중-침하량 자료를 Morgan-MercerFlodin 성장 방정식(MMF growth equation)을 이용하여 추세곡선을 산정하였다. 최종침하량이 12.

성능/효과

평판재하시험은 총 15회 수행한 후 크리깅하여 공간분포를 얻었으며, 시험부지의 북서쪽과 북동쪽 영역의 동일 침하량 대비 하중이 남서쪽 영역에 비해 현저히 크게 나타났다. 동적 콘 관입시험은 총 47회 수행한 후 평판재하시험과 동일하게 크리깅하여 공간분포를 얻었으며, 시험부지의 북서쪽과 남서쪽 영역에서 상대적으로 큰 타격횟수가 나타났다. 평판재하시험의 공간분포와 일정 관입깊이에서의 동적 콘 관입시험 공간분포 사이에서 피어슨 상관 계수를 계산하였으며, 평판재하시험의 하중 분포와 동적 콘 관입시험의 관입 깊이 5cm, 10cm, 15cm에서의 타격 횟수 분포는 약한 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다,
14의 결과에서 알 수 있듯이 심도 5cm, 10cm, 15cm의 결과에서 양(positive)의 피어슨 상관계수를 가지며 이후의 심도에서는 모두 음의 값을 가진다. 물리적으로 판단할 때 음의 피어슨 상관계수는 상관관계가 없다고 보는 것이 타당하므로, 표층에서 15cm 심도까지의 영역에서 평판재하시험으로 얻은 지지력의 크기와 동적콘 관입시험으로 얻은 N_d가 유의미한 상관관계를 가진다. Fig.
11과 같이 얻었다. 시험부지의 북서쪽과 북동쪽영역의 하중이 남서쪽 영역에 비해 현저히 크게 나타났다.
10은 Table 1의 조건에서 실시한 평판재하시험의 하중-침하량 곡선을 보여준다. 전반적으로 재하판 하부에 다짐층이 없는 조건에 비해 다짐층이 있는 조건의 지지력이 높게 평가되었다. 하지만 재료의 균질성을 확보하기 어려운 매립지반의 특성상 결과의 편차가 상당하다.
지반 특성 및 토층의 심도를 파악하기 위해 6회의 표준관입시험을 수행하였으며 심도 5m 이내 상부지반층의 N치가 10 이하인 매립지반으로 나타났다. 평판재하시험은 총 15회 수행한 후 크리깅하여 공간분포를 얻었으며, 시험부지의 북서쪽과 북동쪽 영역의 동일 침하량 대비 하중이 남서쪽 영역에 비해 현저히 크게 나타났다. 동적 콘 관입시험은 총 47회 수행한 후 평판재하시험과 동일하게 크리깅하여 공간분포를 얻었으며, 시험부지의 북서쪽과 남서쪽 영역에서 상대적으로 큰 타격횟수가 나타났다.
동적 콘 관입시험은 총 47회 수행한 후 평판재하시험과 동일하게 크리깅하여 공간분포를 얻었으며, 시험부지의 북서쪽과 남서쪽 영역에서 상대적으로 큰 타격횟수가 나타났다. 평판재하시험의 공간분포와 일정 관입깊이에서의 동적 콘 관입시험 공간분포 사이에서 피어슨 상관 계수를 계산하였으며, 평판재하시험의 하중 분포와 동적 콘 관입시험의 관입 깊이 5cm, 10cm, 15cm에서의 타격 횟수 분포는 약한 양의 상관관계를 갖는 것으로 나타났다,

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 제방의 주요 붕괴의 원인은 무엇인가?	제체 재료의 다짐 불량에 의한 내부 침식은 국내 제방의 주요 붕괴 원인으로, 제방의 안전진단에 있어서 제체의 다짐 상태 평가는 매우 중요한 점검 사항이다. 본 연구에서는 제체의 다짐상태 평가 시 동적 콘 관입시험의 현장 적용성을 검증하기 위해 대표적인 다짐평가 기법인 평판재하시험에 대해 상관관계를 분석하였다.
	댐의 붕괴에서 가장 주요한 원인이 되는 것은 무엇인가?	최근 국내의 많은 저수지 및 댐은 노후화와 이상기후로인한 붕괴 위험성이 있다고 보고되고 있으며, 여러 붕괴 원인들 가운데 내부 침식은 매우 주요한 댐의 붕괴 원인이다(Biswas & Chatterjee, 1971; Foster et al., 2000; Brown & Gosden, 2004; Kim et al.
	제체 상태 평가를 위한 방법으로 동적 콘 관입시험을 적용하는 이유는 무엇인가?	국내에서 다짐도 평가를 위해 가장 많이 사용되는 평가기법인 평판재하시험의 경우, 반력 확보를 위한 중차량의 반입이 필요하고 시험 절차가 번거로워 제체의 다짐 상태를 수시로 평가하기에 적합한 기법이 아니다. 반면 동적 콘 관입시험은 접근성이 우수하고 시험 방법이 간편하기 때문에 댐마루와 같이 상대적으로 협소한 공간에서 수행하기 용이한 시험 방법이다.

참고문헌 (12)

ASTM D6951 (2015), Standard test method for use of the dynamic cone penetrometer in shallow pavement applications, American Society for Testing and Materials.
Biswas, A. K. and Chatterjee, S. (1971), Dam disasters: An Assessment, Journal Engineering Institute of Canada, Vol. 54, No. 3, pp. 3-8.
Brown, A. J. and Gosden, J. D. (2004), Interim guide to quantitative risk assessment for UK reservoirs, Thomas Telford London.
Evans, J. D. (1996), Straightforward statistics for the behavioral sciences, Brooks-Cole Publishing, California.
Foster, M., Fell, R. and Spannagle, M. (2000), The statistics of embankment dam failures and accidents, Canadian Geotechnical Journal, Vol. 37, No. 5, pp. 1000-1024.

상세보기
JGS 1433 (2012), Method for portable dynamic cone penetration test, Japanese Geotechnical Society Standards.
Kim, U.-G., Li, Z. and Lee, K.-W. (2014), Development of advanced dynamic cone penetration test apparatus and its application performance evaluation, Journal of the Korean Geosynthetics Society, Vol. 13, No. 4, pp. 119-131 (in Korean).

원문보기 상세보기
Kim, W.-Y., Lim, J.-Y., Mok, Y.-J. and Jung, Y.-H. (2016), A Comparative study on geotechnical system response probabilities of fill Dams in Korea using internal erosion toolbox, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 36, No. 2, pp. 245-258 (in Korean).

원문보기 상세보기
Korea Institute of Construction Technology (2004), Development of advanced technologies for levees.
KS F 2444 (1990), Testing method for bearing capacity of soil for static load on spread footings, Korean Standards Association (in Korean).
Oh, H.-J., Lee, B.-J., Lee, J.-K. and Oh, S.-U. (2009), Relationship between the DCPT and the SPT, Korean Geo-Environmental Conference, pp. 132-135 (in Korean).
Okada, K., Noguchi, T., Sugiyama, T. and Muraishi, H. (1992) A Correlation of soil strength between different sounding tests of embankment surface, Soil and Foundation, Vol. 40, No. 411, pp. 11-16 (in Japanese).

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