An Evaluation of Smeared Zone Due to Mandrel Penetration

An experimental study was conducted to evaluate the smeared effect due to mandrel penetration into soft ground for a vertical drain installation. Laboratory tests were performed to investigate the formation of a smear zone, the variations of strength, and the consolidation characteristics in the disturbed zone using two types(CL at Yangsan site and OH at Pohang site) of soft clayey soils. The smear zone effect was evaluated focusing on mandrel shape, mandrel size, penetration speed, and ground condition. Based on laboratory test results, the diameter of the smear zone$(d_s)$ ranged from 3.08 and 3.92 times that of mandrel$(d_m)$. It was also found that the $(d_s/d_m)$ value of the circular shape of the mandrel is smaller than those of square and rectangular shapes. The value of $(d_s/d_m)$ decreased with larger mandrel size, lower penetration speed in the CL soil, and higher penetration speed in the OH soil. However, natural water content was minimally affected by $(d_s/d_m)$. Respectively, the coefficients of horizontal consolidation$(C_{hs})$ and horizontal Permeability$(K_s)$ of smear zone ranged from 0.81 to 0.87 times, and 0.73 to 0.83 times those of the undisturbed zone. Based on this study, the values of $C_{hs}, K_s$ and unconfined compressive strength$(q_{us})$ in the smear zone were the lowest at close vicinity of the mandrel and increased linearly with distance from the mandrel. Further, the $(q_{us})$ varied from 0.5 to 0.9 times that of the undisturbed zone strength.

맨드렐 관입에 기인하는 스미어 존의 평가

연약한 점토 지반에 버티컬 드레인 타설을 위한 맨드렐관입에 의하여 스미어 존이 형성되며 이는 지반개량기간을 지연시키는 중요한 인자로 작용한다. 본 연구에서는 2종의 불교란 점토시료를 대상으로 맨드렐관입에 따른 스미어 존을 실내시험을 통하여 직접 측정하였고, 맨드렐로부터 떨어진 거리별 점토시료를 대상으로 압밀시험 및 일축압축시험을 통하여 스미어 존 내의 강도와 압밀특성의 변화를 파악하였다. 연구결과, 맨드렐 사이즈가 클수록 맨드렐 환산 직경에 대한 스미어 존의 직경비$(d_s/d_m)$가 감소하였다. 맨드렐 형상은 원형, 직사각형, 정사각형 순으로 적은 스미어 존을 나타냈다. 또한, 양산지구의 저소성점토(CL)지반의 경우는 관입속도가 느릴수록, 포항지구의 고소성 유기질토(OH)지반의 경우는 빠를수록 스미어 존이 작게 형성되었으며, 점토지반의 $(d_s/d_m)$은 3.08∼3.92의 범위를 나타냈다. 아울러, 스미어 존의 강도, 압밀계수 및 투수계수는 맨드렐로부터 거리가 증가할수록 거의 직선적으로 증가하였으며, 스미어 존의 일축압축강도$(q_{us})$는 불교란 존의 약 50∼90%를, 이 범위에서의 $K_s/K_h$의 평균치는 0.73∼0.83을 나타냈다.