[논문]DCM으로 개량된 연약점토지반의 지반융기에 관한 고찰

유승경; 홍기권

doi:10.12814/jkgss.2020.19.4.075

[국내논문] DCM으로 개량된 연약점토지반의 지반융기에 관한 고찰
A Study on Ground Heave Characteristics of Soft Ground with DCM 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.19 no.4, 2020년, pp.75 - 84

유승경 (Dept. of Civil Engineering, Myongji College) , 홍기권 (Institute of Technology Research and Development, Korea Engineering & Construction)

초록
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본 연구에서는 DCM으로 개량된 연약점토지반에 관한 실내모형실험 결과를 바탕으로, DCM 개량 형식에 따른 연약점토지반의 융기량을 분석하였다. 즉, 무보강 및 3종류의 DCM 개량 형식에 대한 하중 재하에 따른 연약지반의 융기 특성을 평가하였다. DCM이 적용되지 않은 경우에는 4단계 하중조건에서부터 연약점토지반의 측방변형이 크게 증가하면서 미성토구간의 융기가 급격하게 발생하였다. 그리고 최종 하중단계에서의 융기량은 지표면의 인장파괴가 발생되었다. DCM 개량 형식에 따른 지반의 최대 융기량은 최종 하중단계에서 발생하였으며, 융기량의 크기는 말뚝식, 벽식 및 격자식 순으로 감소하였다. 특히, 격자식 개량체가 적용된 경우에는 최종 하중단계에서 재하부 지반의 극단적 파괴에도 불구하고, 지반 융기에 대한 억지효과가 매우 크게 나타났다. 또한 계측위치별 최대 융기량을 분석한 결과, LVDT-1의 위치에서 격자식은 말뚝식과 벽식에 비하여 각각 3.1% 및 1.6% 수준의 융기량을 보였고, LVDT-2의 위치에서는 각각 1.0% 및 2.1%의 융기가 발생하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper described the analysis result on heaving of soft ground with DCM column type, based on the results of laboratory model tests on the soft ground with DCM column. The heave characteristics of the soft ground were evaluated according to the application of DCM column in soft ground. The results showed that the heaving of soft ground without DCM column occurred rapidly when the lateral deformation of soft ground increased significantly under the 4th load step condition. In addition, the heaving of soft ground in final load step caused tensile failure of the ground surface. The maximum heaving of the soft ground with the DCM column occurred in the final load step, and the heaving quantity decreased in the order of pile, wall, and grid type. Especially, the soft ground with DCM of grid type effectively resisted ground heaving, even if it was extremely failure in the bottom ground of embankment. The results of the maximum heaving according to the measurement point showed that the heaving of the soft ground with DCM of grid type was 3.1% and 1.6% compared to that of the pile and wall type at the location of LVDT-1, and the heaving of the LVDT-2 position was 1.0% and 2.1%, respectively.

주제어

표/그림 (16)

그림 Fig. 1. Lateral flow and slip failure of soft ground (Kim et al., 2011)
그림 Fig. 2. DCM type in soft ground
그림 Fig. 3. Equipment for model test (Hong, 2020)
표 Table 1. Physical properties of clay (Hong, 2020)
표 Table 2. Physical properties of sand (Hong, 2020)
그림 Fig. 4. Deformation of soft ground without DCM column according to load step
표 Table 3. Test cases (Hong, 2020)
그림 Fig. 5. Heaving of soft ground without DCM column
그림 Fig. 6. Deformation of soft ground with DCM column of pile type
그림 Fig. 7. Heaving of soft ground with DCM column of pile type
그림 Fig. 8. Deformation of soft ground with DCM column of wall type
그림 Fig. 9. Heaving of soft ground with DCM column of wall type
그림 Fig. 10. Deformation of soft ground with DCM column of grid type
그림 Fig. 11. Heaving of soft ground with DCM column of grid type
그림 Fig. 12. Comparison of maximum heaving according to DCM type
표 Table 4. Maximum heaving according to DCM type

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 DCM 타설 지반에 관한 실내모형실험 결과를 바탕으로, DCM 개량 형식에 따른 연약점토지반의 융기 특성을 평가하였다.
본 연구는 다양한 DCM 개량 형식이 적용된 연약점토지반의 융기 특성을 평가하고자 하였다. 이에 DCM이 적용되지 않은 경우와 함께, 3종류의 DCM 개량 형식(말뚝식, 벽식, 격자식)으로 보강된 연약점토지반에 대하여 하중 단계별 융기량을 분석하였다.
본 연구에서는 다양한 DCM 개량 형식이 적용된 연약점토지반의 융기량을 분석하였으며, 그 결과를 요약하면다음과 같다.

제안 방법

7m이고, 반 단면대칭이 될 수 있도록 제작되었다. 그리고 토조 전면부에는 투명 메쉬를 통해 지반 변형 관측이 가능토록 하였고, 벽면 내부에는 마찰의 영향을 최소화하기 위한 줄이기 위해 마찰 저감처리(lubrication)를 실시하였다. 또한 지반의 변형을 실시간으로 모니터링하기 위하여 동영상 촬영을 실시하였으며, 모형지반의 융기량 계측을 위하여 2개의 LVDT가 설치되었다.
그리고 토조 전면부에는 투명 메쉬를 통해 지반 변형 관측이 가능토록 하였고, 벽면 내부에는 마찰의 영향을 최소화하기 위한 줄이기 위해 마찰 저감처리(lubrication)를 실시하였다. 또한 지반의 변형을 실시간으로 모니터링하기 위하여 동영상 촬영을 실시하였으며, 모형지반의 융기량 계측을 위하여 2개의 LVDT가 설치되었다. 자세한 실험방법 및 실험과정은 기존 연구(Hong, 2020)를 참조할 수 있다.
이때, DCM 모형 개량체의 형상 및제작과 관련한 자세한 내용은 기존 연구(Hong, 2020)를참조할 수 있다. 모형실험에서는 단계별 성토하중의 증가에 따른 지반 융기량을 계측하였다.
융기 특성을 평가하고자 하였다. 이에 DCM이 적용되지 않은 경우와 함께, 3종류의 DCM 개량 형식(말뚝식, 벽식, 격자식)으로 보강된 연약점토지반에 대하여 하중 단계별 융기량을 분석하였다. 특히, 연약지반 개량 범위는 Fig.
전술한 바와 같이, 실내모형실험은 개량체를 적용하지 않은 경우(무보강)와 DCM 개량 형식(말뚝식, 벽식, 격자식)에 따라 연약지반을 보강한 경우에 대하여 단계별 하중재하를 실시하였으며, 단계하중의 증분은 1단계(재하 장치의 하중)를 제외하고, 단계별 2.96kPa의 크기로 증가시켰다. 개량조건에 따른 하중조건은 Table 3에서 보는 바와같다.
이에 DCM이 적용되지 않은 경우와 함께, 3종류의 DCM 개량 형식(말뚝식, 벽식, 격자식)으로 보강된 연약점토지반에 대하여 하중 단계별 융기량을 분석하였다. 특히, 연약지반 개량 범위는 Fig. 2에서 보는 바와 같이 연약지반상의 성토부 하부지반은 무개량의 형태로 설정하였으며, 성토부 끝단으로 부터 성토 진행 방향으로 소정의 개량률에 맞춰 DCM 개량체를 설치하였다. 이때, DCM 모형 개량체의 형상 및제작과 관련한 자세한 내용은 기존 연구(Hong, 2020)를참조할 수 있다.

대상 데이터

연약점토지반의 거동을 모사하기 위하여 실험에 사용된 토조는 폭 0.15m, 가로 0.75m, 높이 0.7m이고, 반 단면대칭이 될 수 있도록 제작되었다. 그리고 토조 전면부에는 투명 메쉬를 통해 지반 변형 관측이 가능토록 하였고, 벽면 내부에는 마찰의 영향을 최소화하기 위한 줄이기 위해 마찰 저감처리(lubrication)를 실시하였다.

이론/모형

또한 지반의 변형을 실시간으로 모니터링하기 위하여 동영상 촬영을 실시하였으며, 모형지반의 융기량 계측을 위하여 2개의 LVDT가 설치되었다. 자세한 실험방법 및 실험과정은 기존 연구(Hong, 2020)를 참조할 수 있다.

성능/효과

(1)DCM이 적용되지 않은 경우에는 4단계 하중 조건에서부터 연약점토지반의 측방변형이 크게 증가하면서 미 성토 구간의 융기가 급격하게 발생하였고, 성토체 끝단으로부터 약 0.12m 이격된 모래지반에서 인장균열이 점차 확대되었다. 그리고 지반 융기량은 지반의 원호 활동이 뚜렷하게 나타난 5단계 하중조건일 때, 성토 체 끝단에 인접한 지점에서 18.
(2)DCM 개량 형식에 따른 지반의 최대 융기량은 최종하중단계에서 발생하였으며, 모든 개량 형식에 있어서 성토체 끝단에 인접한 지점에서의 융기량이 가장크게 나타났다. 이때, 말뚝식, 벽식 및 격자식 개량체가 적용된 지반의 융기량은 각각 38.
(3)계측위치별 최대 융기량의 분석한 결과, 성토체에 인접한 위치(LVDT-2)에서의 융기량은 LVDT-1에서 발생한 융기량에 비하여, DCM 개량 형식에 따라 23%∼ 450% 증가율을 보였다. 또한 동일한 하중 조건(7단계하중)일 때 LVDT-1의 위치에서 격자식은 말뚝식과 벽식에 비하여 각각 3.
계측위치별 최대 융기량의 차이를 분석한 결과, 성토체에 인접한 위치(LVDT-2)에서의 융기량은 LVDT-1에서 발생한 융기량에 비하여, 무보강, 말뚝식, 벽식 및 격자식이 각각 23%, 450%, 34% 및 101% 크게 발생한 것으로 나타났다. 격자식이 벽식에 비하여 높은 차이를 보였음에도 불구하고 하중조건 및 융기량의 크기를 고려하면, 격자식이 연약점토지반의 측방유동에 의해 발생되는 지반 융기에 대한 억지효과가 가장 큰 것으로 평가되었다.
03mm의 최대 융기량을 발생하였다. 계측위치별 최대 융기량의 차이를 분석한 결과, 성토체에 인접한 위치(LVDT-2)에서의 융기량은 LVDT-1에서 발생한 융기량에 비하여, 무보강, 말뚝식, 벽식 및 격자식이 각각 23%, 450%, 34% 및 101% 크게 발생한 것으로 나타났다. 격자식이 벽식에 비하여 높은 차이를 보였음에도 불구하고 하중조건 및 융기량의 크기를 고려하면, 격자식이 연약점토지반의 측방유동에 의해 발생되는 지반 융기에 대한 억지효과가 가장 큰 것으로 평가되었다.
그러나 모든 하중재하 단계에서 전반적인 지반의 변형은말뚝식 개량체로 보강된 경우보다 적게 나타났으며, 특히급격한 지반융기가 발생된 7단계에서 미성토 구간의 지표면 인장균열 현상이 발생되지 않았다. 이는 벽식 개량체에의한 측방유동 억지 효과가 말뚝식에 비해 크게 발휘되었음을 의미한다.
그러나 최종단계인 10단계에서는 하중을 재하한 후 약 3초 후에 재하 하부 지반에서 펀칭파괴 양상의 극단적 지반파괴가 발생하였으며, 성토체 일부가 극단적으로 융기하는 형상을 관찰할 수 있었다. 그러나 미성토 구간에서의 융기는 거의 발생하지 않았기 때문에, 격자식 개량체의 측방 유동 및 지반융기 억지 효과는 다른 개량 형식에 비하여 상대적으로 매우 크게 발휘되고 있음을 예측할 수 있었다. Fig.
12m 이격된 모래지반에서 인장균열이 점차 확대되었다. 그리고 지반 융기량은 지반의 원호 활동이 뚜렷하게 나타난 5단계 하중조건일 때, 성토 체 끝단에 인접한 지점에서 18.7mm로 가장 크게 나타났으며, 6단계 하중조건에서 지표면의 인장 파괴가 발생하였다.
증가율을 보였다. 또한 동일한 하중 조건(7단계하중)일 때 LVDT-1의 위치에서 격자식은 말뚝식과 벽식에 비하여 각각 3.1% 및 1.6% 수준의 융기량을 보였고, LVDT-2의 위치에서는 각각 1.0% 및 2.1% 수준의 융기가 발생한 것으로 분석되었다. 이는 앞서 분석된 결과와 같이, 격자식이 연약점토지반의 측방 유동에 의해 발생되는 지반 융기에 대한 억지효과가 가장 큰 것을 의미한다.
11은 격자식 개량체가 적용된 지반의 미 성토 구간에서 발생한 지반 융기량을 계측한 결과이다. 말뚝식 및벽식 개량체와 다르게 격자식 개량체는 모든 하중재하 단계에서 큰 융기량이 발생되지 않았으며, 특히, 지반의 펀칭 파괴가 발생된 10단계에서도 두 계측지점 모두 2mm 이하의 작은 융기량이 계측되었다. 이는 격자식 개량체가 재
무보강 지반에서는 하중재하 3단계에서 지반의 급격한 변형이 발생된 반면에, 말뚝식 개량체로 보강된 경우는 5 단계에서 뚜렷한 지반변형이 발생되기 시작한 점으로 미루어, 말뚝식 개량체에 의한 측방유동 억지효과가 발휘되었음을 알 수 있었다.
나타났다. 이때, 말뚝식, 벽식 및 격자식 개량체가 적용된 지반의 융기량은 각각 38.8mm, 18.8mm 및 2.0mm인 것으로 확인되었다. 특히, 격자식 개량체가적용된 경우에는 최종 하중단계에서 재하부 지반의극단적 파괴에도 불구하고, 지반 융기에 대한 억지효과가 매우 큰 것을 알 수 있었다.
10은 격자식 개량체가 적용된 지반의 하중재하에따른 변형 거동에 대하여 실험 초기 및 종료 단계의 관측 결과를 나타낸 것이다. 재하 직하부와 성토체 끝단에서의 연직 및 수평 변형은 하중재하 8단계부터 크게 증가하였으며, 특히, 하중 재하 9단계까지도 미성토 구간의 지표면에는 지반 융기의 현상이 거의 발생되지 않음을 확인하였다. 그러나 최종단계인 10단계에서는 하중을 재하한 후 약 3초 후에 재하 하부 지반에서 펀칭파괴 양상의 극단적 지반파괴가 발생하였으며, 성토체 일부가 극단적으로 융기하는 형상을 관찰할 수 있었다.
4는 DCM이 적용되지 않은 연약점토지반의 하중재하에 따른 변형 거동에 대하여 실험 초기 및 종료 단계의 관측결과를 나타낸 것이다. 재하장치 자중으로 인한 1 단계 하중 재하의 경우, 재하부 직하에서 연직 변형이 관측되었으며, 2단계 하중 재하의 경우 그 양이 상대적으로미미한 것을 알 수 있었다. 또한 모형지반 전체적으로 측방변형은 발생되지 않았다.
0mm인 것으로 확인되었다. 특히, 격자식 개량체가적용된 경우에는 최종 하중단계에서 재하부 지반의극단적 파괴에도 불구하고, 지반 융기에 대한 억지효과가 매우 큰 것을 알 수 있었다.
한편 말뚝식 개량체의 경우와 비교해 보면, 하중재하 단계의 증가에 따른 융기량은 상대적으로 적게 나타났으며, 더욱이 지반의 활동파괴 이후의 융기량은 말뚝식의 경우보다 더욱 작게 나타났음을 알 수 있었다. 이는 벽식 개량체가 말뚝식 개량체에 비하여 측방유동 및 지반 융기에 대한 억지효과가 양호하다는 것을 의미한다.
한편 무보강의 경우와 비교해보면 하중재하 단계의 증가에 따른 융기량은 매우 적게 나타났으나 지반의 활동파괴 이후의 융기량은 더욱 크게 나타났음을 알 수 있었다. 이는 무보강의 경우 측점 2에서 지표면의 인장균열이 발생하여 계측불능 현상이 발생된 이유와 함께, 말뚝식 개량체가 적용된 지반의 변형 범위가 축소된 만큼 지반 융기량은 증가되었기 때문이라고 판단되었다.

참고문헌 (14)

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You, S. K. and Kim, J. H. (2011), "Experimental Study on Lateral Flow Behavior of Soft Ground due to Embankment", Journal of Korean Geosynthetics Society, Vol.10, No.1, pp.43-51.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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