김숙자
(Department of Civil Engineering, College of Engineering, Chungnam National University)
,
정관수
(Department of Civil Engineering, College of Engineering, Chungnam National University)
최근 지반사고 발생통계에 따르면 도심지를 중심으로 지반함몰 및 침하발생 빈도수가 매년 증가하고 있어 사회적으로 문제가 되고 있다. 이 연구는 지반공동현상 실내모형실험을 통해 지하수위 변동과 지반함몰과의 연관성을 규명하고자 하였다. 화강풍화토와 표준사를 1:1로 혼합한 후 상대다짐도 30%, 50%, 80%로 사질지반을 조성하고, 지하수위 변화에 따른 토사유출량의 변화를 비교분석하였다. 사용재료의 물리적 특성은 입도분포가 양호한 모래질로서 최대건조단위중량 $1.94kg/cm^3$, 내부마찰각$37^{\circ}$로 조성하였다. 하단으로부터 10cm, 20cm, 30cm 높이에 지하수위를 조성한 후 유출량을 분석하였다. 실험결과 지하수위가 높을수록 유출속도가 증가하며, 시간에 따른 공동의 크기도 증가하는 것으로 나타났다. 시간에 따른 토사의 누적유출량은 35분 경과 후 최대 30kg까지 발생하였으며, 지하수 하강에 따른 토사유출로 인해 지반함몰 범위가 증가한 것을 확인하였다.
최근 지반사고 발생통계에 따르면 도심지를 중심으로 지반함몰 및 침하발생 빈도수가 매년 증가하고 있어 사회적으로 문제가 되고 있다. 이 연구는 지반공동현상 실내모형실험을 통해 지하수위 변동과 지반함몰과의 연관성을 규명하고자 하였다. 화강풍화토와 표준사를 1:1로 혼합한 후 상대다짐도 30%, 50%, 80%로 사질지반을 조성하고, 지하수위 변화에 따른 토사유출량의 변화를 비교분석하였다. 사용재료의 물리적 특성은 입도분포가 양호한 모래질로서 최대건조단위중량 $1.94kg/cm^3$, 내부마찰각 $37^{\circ}$로 조성하였다. 하단으로부터 10cm, 20cm, 30cm 높이에 지하수위를 조성한 후 유출량을 분석하였다. 실험결과 지하수위가 높을수록 유출속도가 증가하며, 시간에 따른 공동의 크기도 증가하는 것으로 나타났다. 시간에 따른 토사의 누적유출량은 35분 경과 후 최대 30kg까지 발생하였으며, 지하수 하강에 따른 토사유출로 인해 지반함몰 범위가 증가한 것을 확인하였다.
According to recent ground collapse occurrence, ground subsidence is increasing every year in downtown area, which is a social problem. The purpose of this study is to investigate the relationship between ground water level lowering and ground collapse through laboratory model experiments. After mix...
According to recent ground collapse occurrence, ground subsidence is increasing every year in downtown area, which is a social problem. The purpose of this study is to investigate the relationship between ground water level lowering and ground collapse through laboratory model experiments. After mixing 1:1 granite weathered soil with sand, sandy soil was formed as a relative density of 30%, 50%, and 80%. And then the changes of soil discharge with change of groundwater level were compared. The physical property of material of which particle distribution were well graded with maximu dry unit weight of $1.94kg/cm^3$ and internal friction angle of 37degrees. Ground water levels were measured at 10 cm, 20 cm, and 30 cm from the bottom. As a result, the experiment shows that the higher the groundwater level works the higher the discharge velocity and the magnitude of underground cavity also increases with elapsed time. Finally, the cumulative quantity of soil discharge occurred up to 30 kg at the elapsed time, 35 minutes. It was also confirmed that the range of ground collapse increased due to soil discharge with ground water level lowering.
According to recent ground collapse occurrence, ground subsidence is increasing every year in downtown area, which is a social problem. The purpose of this study is to investigate the relationship between ground water level lowering and ground collapse through laboratory model experiments. After mixing 1:1 granite weathered soil with sand, sandy soil was formed as a relative density of 30%, 50%, and 80%. And then the changes of soil discharge with change of groundwater level were compared. The physical property of material of which particle distribution were well graded with maximu dry unit weight of $1.94kg/cm^3$ and internal friction angle of 37degrees. Ground water levels were measured at 10 cm, 20 cm, and 30 cm from the bottom. As a result, the experiment shows that the higher the groundwater level works the higher the discharge velocity and the magnitude of underground cavity also increases with elapsed time. Finally, the cumulative quantity of soil discharge occurred up to 30 kg at the elapsed time, 35 minutes. It was also confirmed that the range of ground collapse increased due to soil discharge with ground water level lowering.
본 연구에서는 실내모형실험을 통해 굴착공사 중 지하수 유출로 인한 지하수위 저하 시 다짐도, 초기 지하수위에 따른 주변 지반의 지반함몰 발생특성을 실험적으로 규명하고자 하였다. 또한, 침투해석을 이용하여 침투속도에 따른 토사의 유출경향을 확인하였다.
본 연구에서는 실내모형실험을 통해 굴착공사 중 지하수 유출로 인한 지하수위 저하 시 다짐도, 초기 지하수위에 따른 주변 지반의 지반함몰 발생특성을 실험적으로 규명하고자 하였다. 또한, 침투해석을 이용하여 침투속도에 따른 토사의 유출경향을 확인하였다.
제안 방법
이 연구는 최근 도심지를 중심으로 증가하고 있는 지반함몰사고와 관련하여 지하수위 저하가 지반함몰에 미치는 영향에 관해 실험적으로 분석하였다. 화강풍화토와 모래를 이용하여 지반을 조성하고 다짐도와 지하수위 변화를 통해 공동현상을 확인하였다.
이 연구는 최근 도심지를 중심으로 증가하고 있는 지반함몰사고와 관련하여 지하수위 저하가 지반함몰에 미치는 영향에 관해 실험적으로 분석하였다. 화강풍화토와 모래를 이용하여 지반을 조성하고 다짐도와 지하수위 변화를 통해 공동현상을 확인하였다. 실험결과에 따른 결론은 다음과 같다.
대상 데이터
시료는 표준사와 화강풍화토를 1:1비율로 혼합하여 준비하였으며, 상대밀도 30%, 50%, 80%에 따른 다짐도를 계산한 후 1층(8∼9cm)씩 총 5층에 해당하는 시료의 양을 준비하였다. 시료의 층별로 토조에 넣은 뒤 다짐봉을 이용하여 다짐도를 맞추었다.
실험에 사용된 모래는 화강풍화토와 주문진 표준사를 1:1로 혼합한 시료를 사용하였으며 체분석시험(KS F 2302, 2017), 다짐시험(KS F 2312, 2016), 직접전단시험(KS F 2343, 2017)을 통해 물리적 특성을 파악하였다. 최대건조단위중량은 1.
성능/효과
(1) 다짐도에 따른 지반함몰 실험결과, 공동발생으로 인한 토사의 유출량은 지하수위가 높을수록 많이 발생하였다. 지하수위가 높을수록 유출시간, 유출속도가 커지므로 유출되는 토사량도 증가하기 때문이다.
(2) 일반적으로 느슨한 지반에서 공동이 발생할 가능성이 크며 실험적으로도 확인되었다. 본 연구에서는 상대밀도에 따른 지반함몰 감소율을 제시함으로써 감소율이 커질수록 지반함몰 발생 가능성이 감소함을 확인하였다.
(3) 상대밀도 30%의 느슨한 지반에 비해 상대밀도 80%인 지반의 투수계수는 약 40% 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 느슨한 지역이 높은 투수계수로 인해 공동발생 가능성이 크므로 매설관 주변 등 상대적으로 다짐이 불량한 주변에서 공동발생 가능성이 큰 것으로 판단된다.
후속연구
이 연구에서는 지하수위와 다짐도를 중심으로 공동현상을 관찰하였다. 공동의 생성 및 지반침하의 발생인자는 이외에 흙의 종류, 입도분포, 지반 내 지하수 흐름속도 등 다양하므로 실험과 해석적인 방법을 이용하여 지반공동현상에 대한 지속적인 규명이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도시지역에서 발생한 지반함몰의 원인은?
1970년대 이후 산업화에 따른 도시의 성장으로 지하수 개발 및 사용량이 매년 증가하는 추세에서, 지반함몰 사례도 많이 발생하고 있다. 도시지역에서 발생한 지반함몰 사례는 상・하수관 노후화에 따른 파손, 대규모 굴착공사에 의한 지하수위 저하 등이 주요 원인으로 규명되고 있다.
지반함몰에 대한 도심지 굴착공사는?
도심지 굴착공사는 도로 및 다양한 구조물과 인접하여 시공이 이루어지므로 시공 부주의나 시공기술의 미흡으로 인해 지반함몰이 발생하였다. 서울시의 경우 도로함몰사고는 연평균 771건으로 발생하였으며, 이 중에서 하수도가 원인인 사고는 전체 발생 건수의 약 74%를 차지하는 것으로 나타났다.
도시지역 싱크홀의 원인은?
지반 공동의 형성에 영향을 주는 인자는 지하수위, 다짐도, 함수비, 투수계수 등 매우 다양한 인자들이 존재한다. Park et al.
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