[논문]연약지반 방파제의 압밀 침하량에 관한 실험적 평가

장인성; 권오순; 박우선; 염기대

문제 정의

본 연구에서는 다양한 단면의 역 T형 연약지반 방파제에 대하여 실내 모형 토조를 이용한 압밀실험을 수행하고, 방파제의 압밀 침하량 산정시 일반적으로 사용하고 있는 1차원 Terzaghi 압밀 이 론해와 실내토조실험 결과를 비교함으로써 연약지반 방파제의 압밀 침하량을 평가하는 기법에 대하여 알아보았다.
본 연구에서는 실내 모형토조실험을 통하여 연약지반용 방파제의 압밀침하 특성을 알아보고, 압밀 침하량 산정기법에 대하여 고찰하였다. 실험결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

7 은 Terzaghi 1 차원 압밀이 론에 따라 계산된 압밀 침하량과 실제 모형실험의 결과를 비교한 것이 다. B=16cm 인 방파제의 지중벽 길이 변화에 따라 하중 24.89kgf, 64.61kgf의 두 단계에 대한 압밀 침하를 비교한 것으로 4t 법을 이용하여 즉시 침하를 고려 하여 보정한 압밀 침하량과 1 차원 압밀이론에 따라 계산된 압밀 침하량을 비교한 것이다. 실제 침하량과 계산 침하량 모두에서 지중벽의 길이가 길어짐에 따 라 감소하는 경 향을 보이고 있다.
각 하중단계에서 시간에 따른 압밀 침하를 상세히 측정하기 위해 6개 단면의 방파제 모형에 대하여 압밀실험을실시하였다. 모형실험에서 사용한방파제 모형의 기초 폭(8)과 지중벽의 길이(D)는 Table 2 와 같다.
1 에서 보는 바와 같이, 방파제 자중으로 인한 과도한 압밀 침하를 저감하기 위하여 최소의 부재만으로 이 루어진 켄틸레버식 역 T형 방파제를 기본 형태로 하여 추가적으로 자중을 경감하기 위한 부력통을 기초 부에 설치하였다. 또한, 설계파랑에 대해 지지력과 활동 및 전도에 대한 안전성을 확보하도록 지중에 연속벽을 설치하여 수동토압으로 저항력을 발휘하도록 하였다.
61 kgf)로 구분하여 적용하였다. 또한, 응력이력에 따른 압밀 침하 양상을 살펴보기 위해서 54.61.kgf 하중단계에서15.84kgf로 하중을 감소시 켰다가 다시 54.61kgf로 증가시키는 제하-재재하 시험도 수행하였다. 각하중 단계에서 더 이상 침하가 발생하지 않는 시간에 도달하면 다음 단계로 하중을 증가시켰다.
각하중 단계에서 더 이상 침하가 발생하지 않는 시간에 도달하면 다음 단계로 하중을 증가시켰다. 방파제 모형 앞 좌측과 뒤 우측에 각각 30cm자를 부착하여 변위를 측정하고 그 평균값으로부터 방파제의 압밀 침하량 을 결정하였다. 한편, 기초 폭(B)이 I6cm, 지중벽의 길이(D)가 0.
방파제 자중으로 인해 발생하는 압밀을 모사하기 위해서 사하중을 방파제 상단에 가하는 방식으로 압밀하중을 적용하였다. 압밀하중은 총 8 단계(2.
방파제 자중으로 인해 발생하는 압밀을 모사하기 위해서 사하중을 방파제 상단에 가하는 방식으로 압밀하중을 적용하였다. 압밀하중은 총 8 단계(2.26,6.79, 15.84, 24.89, 33.94, 43.56, 54.61, 64.61 kgf)로 구분하여 적용하였다. 또한, 응력이력에 따른 압밀 침하 양상을 살펴보기 위해서 54.
그러나 실제 현장의 설계에서 모든 경우에 대한 유한요소 해석이나 실해역 재하실험을 실시할 수 없으므로 1차원 압밀 침하 계산방법에 의한 결과와 실험결과에 대한 상관관계를 도출할 필요가 있다. 여기에서는 실험을 수행한 단면과 동일한 조건에 대하여 Table 1 에서 제시한 기본 물성치와 압밀특성을 고려하여 1차원 압밀 침하량을산정하였다. 각각의 경우에 대한압밀 침하량을 계산하기 위한 응력증분은 Boussinesq ( 1885)의 탄성해에 근거하였으며, 전체 압밀층에 대해 평균 하여 계산하였다.
관입전단파괴 양상으로 인해 즉시 침하량를 엄밀하게 계산할 수 없기 때문에 측정된 전체 침하량에서 실제 압밀 침하량을 정확하게 산정하기는 어렵다. 이번 연구에서는 전체 침하량에서 즉시 침하량의 크기를 적절히 평가하기 위한 목적으로 실내 표준압밀시 험에서 시간에 따른 압밀 침하곡선으로부터 압밀계수(cv)를 산정하는 방법의 하나인 #법을 적용하였다. Fig.
7. 지중벽 길이에 따른 압밀 침하량 비교.

대상 데이터

본 연구에서 대상으로 한 연약지반 방파제는 Fig. 1 에서 보는 바와 같이, 방파제 자중으로 인한 과도한 압밀 침하를 저감하기 위하여 최소의 부재만으로 이 루어진 켄틸레버식 역 T형 방파제를 기본 형태로 하여 추가적으로 자중을 경감하기 위한 부력통을 기초 부에 설치하였다. 또한, 설계파랑에 대해 지지력과 활동 및 전도에 대한 안전성을 확보하도록 지중에 연속벽을 설치하여 수동토압으로 저항력을 발휘하도록 하였다.
양쪽 측면은 1cm 두께의 유리로 구성되어 있고, 바닥에 배수구가 설치되어 있다. 실험에 사용된 연약지반은 카올리카올리나이트(kaolinite)를 반죽하여 현탁액(slurry) 상태로토조에 담아 두었다가 어느 정도 안정된 후 몰타르로 제작된 블록의 사하중을 재 하하여 약 44cm 정도의 압밀층을 조성 하였다. 연약지반 조성에 사용된 카올리나이트의 기본 물성치는다음 Table l 과 같다.
연약지반 방파제의 실험에서 사용한 토조의 내부 크기는 폭 30cm, 높이 60cm, 길이 720cm 이 다. 양쪽 측면은 1cm 두께의 유리로 구성되어 있고, 바닥에 배수구가 설치되어 있다.

이론/모형

여기에서는 실험을 수행한 단면과 동일한 조건에 대하여 Table 1 에서 제시한 기본 물성치와 압밀특성을 고려하여 1차원 압밀 침하량을산정하였다. 각각의 경우에 대한압밀 침하량을 계산하기 위한 응력증분은 Boussinesq ( 1885)의 탄성해에 근거하였으며, 전체 압밀층에 대해 평균 하여 계산하였다. 권오순 등(2002)의 연구에서 제시한 바와 같이 지중벽이 있는 경우에는 지중벽의 끝단 위치를 압밀하중 작용점으로 두었으며 연약한 지반에 비해 방파제 기초가 강성기초이므로 방파제 기초 중앙위치와 끝 위치에서 압밀 침하량을 계산하여 두 값의 평균을 방파제의 압밀 침하량으로 보았다.
일반적으로 연약지반에서 발생하는 압밀 침하는 Terzaghi(1943)의 1차원 압밀이론에 근거한 약식계산 법을 사용하여 계산한다. 그리고, 연약지반 위에 놓인 방파제로 인해 발생하는 압밀 침하를 고려하기 위한연구는 대부분 한계상태 이론(Scofield and Wroth, 1968)에 근거한 Modified Cam-Clay model 과 Biot(1941)의 압밀이론을 적용한 수치해석을 통해 이루어지고 있다.

성능/효과

4. 각 하중단계 의 시간-침하량 곡선은 연약지반에서 나타나는 전형적인 시간-침하량 곡선과 유사하며, 지중벽의 길이와 기초의 폭이 짧을수록 재하 하중이 증가함에 따라 방파제의 침하가 급격히 증가하는 것으로 나타났다
5. 연약지반 방파제에서는 재하 하중이 지반의 항복 하중 이상이 될 경우, 탄성이 아닌 소성상태의 즉시 침하가 발생하는 관입전단파괴의 파괴양상을 보인다.
6. 시간-침하량곡선에서 #법을 이용하여 즉시 침하량을 계산하고, 이를 고려하여 수정한 하중-압밀 침하량 곡선은 실내 표준압밀시험에서 전형적으로 나타나는 압밀하중-침하량 곡선과 유사한 결과를 보인다.
7. Terzaghi 1차원 압밀이론에 의거하여 계산된 압밀침하량과 실험결과를 서로 비교한 결과, 압밀하중 작용위치를 지중벽의 끝단으로 보고 1차원 압밀이론에 따라 계산할 경우 안전측의 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
8은 모형실험 결과와 압밀하중 작용점을 지중 벽 끝 위치로 두고 계산한 1차원 압밀 침하량을 서로 비교한 것이다. Fig. 7과 Fig. 8을 보면 보정 한 압밀 침하량은 1차원 압밀 침하량보다 더 작게 나타나 기존 연구에 부합하는 것으로 나타났으며, 유한요소해석 결과와 마찬가지로 실험에서도 지중벽 끝단 위치를 압밀하중 작용점으로 보는 것이 안전측으로 타당한 결과를 제시하는 것으로 나타났다.

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