본 연구에서는 방사내측배수 조건하에서 일정변형률 압밀시험을 실시할 수 있는 실내시험용 압밀실을 개발하였다. 또한 이를 분석하고 관련 압밀특성을 결정할 수 있는 이론해를 제안하였다. 성형 카올리나이트를 이용하여 개발된 시험기에 의한 방사내측 일정변형률 압밀시험과 더불어 비교 대상이 되는 방사내측배수, 연직배수와 방사외측배수에 대한 단계재하 압밀시험과 방사외측배수 및 연직배수 일정변형률 시험을 실시하였다. 이를 통하여 개발된 방사내측배수 일정변형율 시험기의 결과들이 타 실험방법의 결과들과 일치할 뿐만 아니라, 시료 교란 효과가 줄어든 안정적이고, 신뢰성 높은 결과를 제시하는 것을 확인하였다.
압밀계수는 지반과잉간극수압의 소산속도를 지배하므로 연약지반 개량공법 설계에 적용되는 매우 중요한 특성치의 하나로서 원위치의 압밀계수는 피에조 콘 소산시험을 통하여 추정된다. 간극수압 소산시험으로 추정되는 압밀계수 추정에 적용되는 기존의 이론해 들의 국내 해성점토 지반 적용성을 검토하고 점토 지반의 특성에 따른 압밀계수의 변화 특성을 파악하여 원위치 압밀계수에 대한 합리적 추정에 적합한 이론해를 선정하는 것이 이 연구의 목적이다. 이 연구에서는 경남 양산물금 지역의 해성 점성토층을 대상으로 피에조 콘 소산시험과 불교란 시료에 대한 실내시험(Rowe cell 등)을 실시하고 시험결과를 이론해에서 얻어진 수평압밀계수와 표준압밀시험(oedometer test), Rowe cell 시험결과와 비교하였다. 또한 점성토의 여러 지반 특성치(선행압밀압력 등)와 압밀계수의 관계를 고찰하여 합리적인 이론해 선정을 위한 기준을 마련하고자 하였다. 연구결과 Torstensson(원통형공동이론)해와 Teh & Houlsby의 해가 매우 유사한 값을 보이며, 표준압밀시험으로 추정한 수평압밀계수는 단계별 모두 Torstensson(원통형) 또는 Teh & Houlsby의 이론해와 유사하게 나타났다. 따라서, 피에조 콘 시험으로 수평압밀계수를 구하는 방법으로서 위의 이론해 들[Torstensson(원통형) or The & Houlsby]에 의한 산정치를 취하도록 추천되었다.
준설매립 및 연약지반 처리에 있어 압밀촉진 공법들에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 초음파를 사용하여 압밀촉진을 유발하고자 하였고 그 영향 정도를 실내실험을 통하여 조사하였다. 실내시험은 특별히 제작된 압밀시험기를 사용하였으며 압밀시험 중 초음파를 시료에 직접 가할 수 있도록 고안되었다. 압밀시험 재료로는 원심력 시험기를 사용하여 원하는 조건에 맞는 동질의 시룔르 제작하여 사용하였으며 초음파 강도, 처리 시간을 달리하여 시험을 실시하였다. 시험결과 초음파가 압밀에 미치는 영향은 큰 것으로 나타났으며 초음파 처리의 영향에 미치는 정도가 시험조건에 따라 다르게 나타났다. 본 연구의 결과를 이용하여 초음파에 의해 압밀촉진을 위한 공법개발의 가능성을 파악하였다.
준설매립 및 연약지반 처리에 있어 압밀촉진 공법들에 대한 연구가 활발하다. 본 연구에서는 초음파를 사용하여 압밀촉진을 유발하고자 하였고 그 영향 정도를 실내실험을 통하여 조사하였다. 실내시험은 특별히 제작된 압밀시험기를 사용하였으며 압밀시험 중 초음파를 시료에 직접 가할수 있도록 고안되었다. 압밀시험 재료로는 원심력 시험기를 사용하여 원하는 조건에 맞는 동질의 시료를 제작하여 사용하였으며 초음파 강도, 처리 시간을 달리하여 시험을 실시하였다. 시험결과 초음파가 압밀에 미치는 영향은 큰 것으로 나타났으며 초음파 처리의 영향에 미치는 정도가 시험조건에 따라 다르게 나타났다. 본 연구의 결과를 이용하여 초음파에 의해 압밀촉진을 위한 공법개발의 가능성을 파악하였다.
부산점토에 대한 변형률 속도 의존적인 압밀특성을 분석하기 위해 다양한 변형률 속도의 일정 변형률(CRS) 압밀시험과 하중제어 압밀시험을 수행하였다. 부산점토에 대한 실내시험 결과에서 선행압밀하중은 압밀과정 동안에 유발되는 변형률 속도에 의존적이고 선행압밀하중에 대해 정규화시킨 압밀곡선은 유일하다는 것을 알 수 있었다. CRS 시험에서 얻어진 압밀계수 및 투수계수는 정규압밀영역에서 변형률 속도에 관계없이 일정한 값에 수렴함을 알 수 있었다. 또한 하중제어 압밀시험을 통해서 전응력이 일정한 상태에서 간극수압이 증가하는 Mandel-Cryer 효과를 볼 수 있었다. 그리고 장시간의 하중제어 압밀시험을 통해 선행압밀하중 부근에서 흙 구조의 붕괴로 인하여 급격한 간극수압의 증가현상이 관찰되었다.
본 연구에서는 Cour(1971)가 제안한 변곡점법(Inflection Point Method)을 이용하여 압밀계수를 예측하기 위한 새로운 방법을 소개하였다. 여기서, 변곡점은 압밀도(U)와 시간계수(log T) 관계곡선의 변곡점 중에서 압밀도($U_i$)가 70.03% 일 때의 시간계수 $T_i$=0.405에 상응하는 점이다. 제안된 변곡점법에 의한 신속한 압밀시험 방법에서 각 단계별 하중재하는 변곡점을 확인한 직후에 이루어지므로 압밀시험에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 압밀계수를 빠른 시간 내에 쉽게 구할 수 있다. 이 신속한 압밀시험법에 소요되는 시간은 기존의 압밀시험의 경우 1주 또는, 2주의 기간이 소요되는데 비하여 0.5시간~9시간이 소요되므로 압밀시험을 보다 신속히 완료할 수 있다. 본 연구에서는 보다 정규화된 결과를 얻고자 침강장치를 고안하였으며, 그 결과의 분석에서 비 교란시료의 압밀정수들과 잘 부합하는 것으로 나타났다.
최근의 압밀시험(표준압밀시험 또는 자중압밀시험)을 대신하여 성형되는 않은(또는 성형이 불가능한 상태의) 연약한 흙의 압밀거동을 연속적으로 빠르고 편리하게 결정할 수 있는 실험방법이 요구된다. 그래서 본 연구에서는 이와 같은 흙의 압밀 거동을 플로우 펌프에서 발생된 침투압을 이용하여 연속적으로 빠르게 획득할 수 있는 급속압밀실험을 제안하였다. 실험 장치는 삼축셀, 플로우 펌프, 변환기, 데이터처리장치 등으로 구성되고, 실험의 과정은 동일 시료에 대해 침투압에 의한 압밀, 하중재하에 의한 압밀, 압밀 후 투수시험 순으로 연속적으로 진행된다. 또한 본 실험법의 검증을 위해 기존의 표준압밀시험으로부터 얻은 결과와 비교 검토도 이루어졌다. 연구 결과 급속압밀실험법이 연약한 흙의 압밀 침하량 산정에 필요한 데이터를 쉽고 빠르게 산정할 수 있는 방법임을 알 수 있었다.
본 연구에서는 국내 해성퇴적 연약지반의 압밀특성을 실험적으로 규명하기 위하여 현장에서의 픽에조콘을 이용한 간극수압소산시험을 수행하고 동일한 위치와 심도에서 채취한 비교란시료를 이용하여 실내에서 Howe cell 압밀시험을 포함한 역학시험과 물성시험을 수행하였다. 이를 근거로 howe cell 압밀시험으로부터 구한 수평압밀계수$(c_r)$와 피에조콘 소산시험으로부터 구한 압밀도 50%에 해당하는 소산시간$(t_{50})$의 관계를 회귀분석을 통하여 실험식을 제안하였으며 이 실험식과 기존의 여러 학자들에 의해 제안된 이론해와의 관계를 비교하였다. 이에 의하면 실린더형 공동팽창이론에 근거한 Torstensson(1977)의 이론해와 변형률경로법에 근거한 Houlsby와 Teh(1988)의 이론해에 비교적 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다
1차원 압밀시험에서 구해진 결과는 상사법칙을 적용하여 원지반의 침하량과 압밀시간을 추정하고 있다. 하지만 점토의 변형의존성, 층두께, 재하시간, 하중증분비 등에 의해 변화하기 때문에 상사법칙의 성립은 명확하게 밝혀지지 않고 있다. 본 연구는 재하시간과 층두께를 달리하여 압밀시험과 투수시험을 병행하여 상사법칙의 적용성을 나타내었다. 그 결과, f(=1+e)-logk관계는 점토의 특성을 잘 나타내고 있으며, $c_{\nu}$와 k는 보정이 필요없는 것으로 나타났으며, 상사법칙은 f-logp관계의 위치와 1차 압밀선에 의존하고 있다.
포화점토가 보오링공에서 불교란시료로써 채취되면, 부의 간극수압이 체적팽창을 억제한다. 이 점토시료에는 지반중에서 작용한 평균주응력이 등방적으로 작용하며, 이 평균주응력은 수직응력보다 작고, 수평응력보다 크다. 그러므로 시료는 비배수조건하에서 수직으로 늘어나고, 수평으로 수축하게 된다. 통상적인 압밀시험은 이와 같이 변형된 시료를 그대로 사용하여 압밀링 크기와 똑같이 성형한 후 수행한다. 따라서 지반중의 유효상재압이 재하되면, 이 압력이 수평응력보다 크기 때문에 압밀량이 늘어나게 된다. 즉 압밀시험공시체는 현장의 압밀거동을 정확하게 나타내지 못하고 항상 아래에 위치하게 된다. 이 논문에서는 상기와 같은 시료변형의 영향을 고려하여, 압밀시험 공시체에 유효상재압이 재하되었을때 수평방향으로 비배수 변형하여 압밀링 내경에 밀착해도록 하였다. 그리고 제안하는 시험법의 적용성과 결과를 통상적인 압밀시험결과와 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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