[국가R&D연구보고서]화강암 풍화토의 동상발현 및 융해에 따른 변형거동에 관한 연구 Studies on the frost heave revelation and deformation behaviour due to thawing of weathered granite soils원문보기
자연 지반은 물과 흙 그리고 공기의 3상으로 구성된 복합체이며 이중 물은 과학적으로 잘 규명된 물체이나 흙은 아직도 그 실체가 명확하게 알려지지 않고 있다. 특히 화강암 풍화토는 일반 흙과는 달리 동결시에 동상에 의한 팽창이 크고, 또 동결-용해 반복작용에 따른 흙의 안정성과 내구성이 저하되여 건설공사의 축조재료나 기초지반으로 사용되었을 때 시공 및 유지 관리상에 여러 가지 문제점을 유발한다. 이에 금회의 연구에서는 본도에 널리 분포하는 화강암 풍화토의 물리적 성질, 공학적 성질, 동결 및 동결융해에 따른 여러가지 특성을 구명
자연 지반은 물과 흙 그리고 공기의 3상으로 구성된 복합체이며 이중 물은 과학적으로 잘 규명된 물체이나 흙은 아직도 그 실체가 명확하게 알려지지 않고 있다. 특히 화강암 풍화토는 일반 흙과는 달리 동결시에 동상에 의한 팽창이 크고, 또 동결-용해 반복작용에 따른 흙의 안정성과 내구성이 저하되여 건설공사의 축조재료나 기초지반으로 사용되었을 때 시공 및 유지 관리상에 여러 가지 문제점을 유발한다. 이에 금회의 연구에서는 본도에 널리 분포하는 화강암 풍화토의 물리적 성질, 공학적 성질, 동결 및 동결융해에 따른 여러가지 특성을 구명하여, 제반 문제점을 해결하기 위한 기초자료로 제공하기 위하여 본 연구를 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 본 화강암 풍화토는 대관령을 경계로 하여 풍화정도가 크게 다르게 나타났고, 조립에서 세립에 이르기까지 다양한 분포를 하며 컨시스텐시는 LL=0.8·P200＋20의 관계가 성립되고, 투수계수는 10??∼10??㎝/sec이며, 최적 함수비는 15∼20％, 최대건조밀도는 1.55∼1.70g/㎤이고 파쇄성이 비교적 높고, 다짐에 위하여 50％ 입경은 감소되나 비표면적은 상당히 증가되었다. 2. 교란에 의하여 전단특성이 크게 변하고, 변형특성은 흙의 동적 거동에 큰 영향을 미치며, 10??/s이하에서는 탄성거동율, 10??/s이상에서는 소성 파괴 현상을 나타내며, 밀도가 1.5g/㎤ 이상으로 되면 탄성파 속도가 급격히 증가되여 Vp=250, Vs=150 정도로 나타났다. 3. 동상율은 0℃ 근처에서 최대로 되고, 최대 동상압력은 흙의 동결이 안정상태인 10％ 변형 이내에서 발현되며, 이는 동결심도는 무관하나 구속 압력하에서는 동결속도가 크면 배수동결이 일어나고 작으면 흡수동상이 발생하여 과냉각 현상을 보였다. 4. 압축시에 연성-취성의 동결속도에 대한 분기점은 10??/s에서 나타났고, 밀도에 대한 분기점은 1.28g/㎤으로 동결속도가 낮을수록 peak강도가 낮게 되고 인장시에는 연성-취성의 분기점은 10??/s로써 이는 변형율의 의존성이 크고, 압축 및 인장거동이 유사하나 그이상으로 되면 압축 측이 인장 측보다 크게 되었으며 밀도가 낮을수록 인장 변형 거동에 민감하게 반응하였다. 5. 염분함량은 동상 및 강도를 크게 저하시키며 3％의 염분은 동상율을 30％정도 저하시키며, 압축강도도 염분이 소량만 함유하여도 급격히 감소되며 -3℃에서는 염분함량이 13％, -6℃에서는 20％에서 압축강도는 거의 나타나지 않았다. 염분에 의한 공빙점은 -20℃로 나타났다. 6. 동결-융해작용에 의하여 흙의 전단강도는 크게 저하되며 동결시간의 장단에는 큰 차이가 인정되지 않았으며 이들 강도의 저하는 주로 점착력의 감소에 의한 부분이 크며 단순재하보다는 반복재하에서 강도 및 강성이 크게 개선되고 이들 대부분의 파괴는 취성으로 나타났다.
Abstract▼
Natural ground is a composite consisted of the three phases of water, air and soil paircles. Among the three components, water as a material is well understood but soil particles are not in foundation engineering. Especially, weathered granite soil generally shows a large volumetric expansion when
Natural ground is a composite consisted of the three phases of water, air and soil paircles. Among the three components, water as a material is well understood but soil particles are not in foundation engineering. Especially, weathered granite soil generally shows a large volumetric expansion when they freeze. And, the stability and durability of the soil have shown decreased with repetitive freezing and thawing processes. These unique characteristics may cause various construction and management problems if the soil is used as a construction material and foundation layers. This project was initiated to investigate the soil's physical and engineering characteristics resulting from freezing and freezing-thawing processes. Research results may be used as a basic data in solving various problems related to the soil's unique characteristics. The following conclusions were obtained. 1) The degree of decomposition of weatered granite soil in Kangwon-do was very different between the West and East sides of the divide of the Dae-Kwan Ryung. Soil particles distributed wide from very coarse to fine particles. Consistency could be predicted with a function of P??? as LL=0.8 P???＋20. Permeability ranged from 10?? to 10??㎝/sec, moisture content from 15 to 20％ and maximum dry density from 1.55 to 1.73g/㎤. By compaction, soil particles easily crushed, D?? of soil particles decreased and specific susface significantly increased. 2) Shear characteristics varied wide depending on the disturbance of soil. Strain characteristics influenced the soil's dynamic behaviour. Elastic failure mode was observed if strain was less than 10??/S and plastic failure mode was observed if strain was more than 10??/S. The elastic wave velocity in the soil rapidly increased if dry density became larger than 1.5g/㎤ and these values were Vp=250, Vs=150, respectively. 3) Forst heave ratio was the highest around 0℃ and the maximum frost heave pressure was observed when deformation ratio was less than 10％ which was the stability state of soil freezing. The state had no relation with frost depth. Over freezing process was observed when drainage or suction freezing process was undergone. Drainage freezing process was observed if freezing velocity was high under confined pressure and suction frost process was occurred if the velocity was low under the same confined process. 4) The limiting strain velocity between ductile and brittle failure modes with respect to the freezing velocity under compressive pressure was 10??/S and the limiting dry density was 1.28g/㎤. The peak strength decreased as freezing velocity decreased. The limiting strain velocity between the failure modes under tensile strength was 10??/S and the modes varied wide depending on the deformation ratio applied. Ductile and brittle failure modes responded fast to the tensile strain behaviour as dry density decreased. 5) Salt concentration significantly decreased soil's frost heave and strength. Forst heave decreased by 30％ with 3％ salt concentration and compressive strength rapidly decreased even if small amount of salt was added. When salt concentration was 13％ and 20％, compressive strength was not measured at the temperature of -3℃ or higher and -6℃ or higher, respectively. In the case, The co-freezing point for salt concentration was -20℃. 6) Shear strength significantly decreased by freezing-thawing process and the strength was not affected by freezing duration. The strength decrease was mainly contributed by decrease of soil's cohesive forces. The strength and rigidity properties of the tested soil were improved by repeated load condition rather than monotonous load condition. Brittle failure mode was observed form most of the failure test.
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