[논문]부산점토와 인천점토의 압축지수 분석

홍성진; 최영민; 이주형; 이문주; 이우진

부산점토와 인천점토의 압축지수 분석
Study of the compression index for Busan and Inchon clays 원문보기

홍성진 (고려대학교 건축.사회환경 공학부) , 최영민 (고려대학교 건축.사회환경 공학부) , 이주형 (고려대학교 건축.사회환경 공학부) , 이문주 (고려대학교 건축.사회환경 공학부) , 이우진 (고려대학교 건축.사회환경 공학부)

The compression index is one of the geotechnical properties which represent the compressibility of clay. The compression index are generally obtained from consolidation tests, otherwise it has been predicted by soil properties due to the efficiency time and cost. In this study, consolidation tests result for Busan and Inchon clays are analyzed to suggest the correlations between the compression index and soil properties. It is found that the compression index is well correlated with the void ratio and natural water contents. The prediction errors, which is difference of compression indices between measured from consolidation test and predicted by liquid limits, decrease with ${\Delta}e_0/e_L$.

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문제 정의

본 연구는 부산 및 인천송도 점토의 압축지수와 물성치 관계에 관한 것으로, 기존 제안식과 비교하고 물성치에 따른 추정식을 제안하였다. 그리고 제안한 추정식으로 오차분석을 통해 물성치별 추정식의 정확성을 파악하였으며, 추정오차와 지반의 상태특성을 나타내는 Δe₀/e_L과 비교하여 보았다.
본 연구는 액성한계, 함수비, 소성지수 등의 기본물성치로 부산 및 인천점토의 압축지수와 물성치의 관계에 관한 것으로, 이를 위해 부산 및 인천점토 152개의 압밀데이터를 분석하였다. 부산 및 인천점토의 압축지수는 각각 0.

제안 방법

표 1은 부산 및 인천점토의 압축지수와 물성치의 경험적 관계식 및 관계식의 결정계수(R²)를 나타낸 것이다. 관계식은 액성한계, 함수비, 간극비, 소성지수와 압축지수의 관계를 선형 회기분석하여 구하였다. 표 1을 보면 압축지수와 물성치간의 결정계수는 간극비, 함수비, 액성한계, 소성지수 순으로 나타났는데, 점토의 물리적 특성을 나타내는 액성한계와 소성지수에 비해 상태특성을 나타내는 간극비와 함수비가 압축지수와 높은 결정계수를 나타냈다.
본 연구에서는 재성형점토와 자연점토의 간극비 차(Δe/eL)를 이용하여 압축지수 추정오차를 분석하고자 하며, 이는 식 (2)와 같이 표현된다.
본 연구에서는 추정오차를 분석하기 위해 재성형점토의 압축특성과 오차율을 비교하였다. 다양한 환경에 영향을 받는 자연점토의 압축특성과 달리 재성형점토의 압축특성은 액성한계나 소성지수 등의 점토의 물리적 특성과 일정한 관계를 가진다(Wroth & Wood 178, Nagarj & Srinvasa Murthy 1983).
선행 연구자들의 추정식과 비교하여 보면, 선형연구자들의 추정식은 부산점토의 압축성은 과소평가하는 반면, 인천점토의 압축성은 유사하게 예측하였다. 부산 및 인천점토의 압밀시험결과를 이용하여 압축지수와 물성치 관계식을 표 1과 같이 제안하였다. 물성치와 압축지수 관계식의 결정계수는 간극비 관계식이 가장 높게 나타났으며 소성지수 관계식이 가장 작게 나타나, 간극비가 압축지수와 가장 높은 상관성을 나타냈다.

대상 데이터

본 연구는 부산신항 및 양산지역과 인천송도지역을 대상으로 실시하였다. 부산신항과 양산현장이 포함되어 있는 부산점토는 낙동강 하구에 퇴적된 점토로 최대 심도 55m까지 분포한다.
그리고 제안한 추정식으로 오차분석을 통해 물성치별 추정식의 정확성을 파악하였으며, 추정오차와 지반의 상태특성을 나타내는 Δe₀/e_L과 비교하여 보았다. 이를 위해 본 연구에서는 부산지역 101개, 인천송도지역 51개 압밀시험결과를 분석하였다.

데이터처리

관계식을 이용하여 추정한 압축지수의 오차를 분석하여 추정오차율을 재성형점토와 자연점토의 간극비 차(Δe/eL)와 비교하여 보았다.
그리고 제안한 추정식으로 오차분석을 통해 물성치별 추정식의 정확성을 파악하였으며, 추정오차와 지반의 상태특성을 나타내는 Δe0/eL과 비교하여 보았다.

이론/모형

그림 2는 대상지반의 압밀시험 결과를 심도에 따라 나타낸 것으로, 그림 2의 압축지수는 Schmertmann (1955)의 교란효과 보정방법을 이용하여 산정하였다. 부산점토와 인천점토의 압축지수는 각각 0.

성능/효과

부산 및 인천점토의 압밀시험결과를 이용하여 압축지수와 물성치 관계식을 표 1과 같이 제안하였다. 물성치와 압축지수 관계식의 결정계수는 간극비 관계식이 가장 높게 나타났으며 소성지수 관계식이 가장 작게 나타나, 간극비가 압축지수와 가장 높은 상관성을 나타냈다. 관계식을 이용하여 추정한 압축지수의 오차를 분석하여 추정오차율을 재성형점토와 자연점토의 간극비 차(Δe/e_L)와 비교하여 보았다.
액성한계 관계식 추정오차율은 Δe/eL이 증가함에 따라 감소하였으며, 함수비 관계식 추정오차율은 Δe/eL과 명확한 관계를 가지고 있지 않았다.
특이한 점은 부산 및 인천 단일지역 추정식의 결정계수 보다 두 지역을 종합한 추정식의 결정계수가 높다는 것이다. 이것은 부산과 인천지역 물성치 범위가 달라서 발생된 현상일 뿐, 동일현장에서 구한 관계식으로 압축지수를 추정할 경우 가장 높은 정확성을 나타냈다.
관계식은 액성한계, 함수비, 간극비, 소성지수와 압축지수의 관계를 선형 회기분석하여 구하였다. 표 1을 보면 압축지수와 물성치간의 결정계수는 간극비, 함수비, 액성한계, 소성지수 순으로 나타났는데, 점토의 물리적 특성을 나타내는 액성한계와 소성지수에 비해 상태특성을 나타내는 간극비와 함수비가 압축지수와 높은 결정계수를 나타냈다. 이는 간극비와 액성한계가 부산 및 인천 점토의 압축지수와 높은 상관성을 가짐을 의미하며, Azzouz 등 (1976)과 Yoon 등 (2004)의 결과와 일치한다.

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