인천국제 공항에 분포하는 해성세립토 지반에서 일련의 CPTU와 DMT를 실시하고 그결과로부터 구한 비배수전단강도($s_{u}$ ), 과입밀도(OCR), 압밀계수($c_{h}$) 등과 같은 지반 정수와 기존의 시험자료 등을 분석하여 두 시험 결과를 비교하였다. 이 분석에의하면, CPTU와 DMT 두시험은 모두 피에조콘 정수, $B_{q}$ )로 분류하여 점성토인 지반에서 보다 신뢰성이 높은결과를 주었으며, 또한 해석방법에 따라 지반정수 산정결과에 큰 편차를 보여, 적절한 해석방법의 선택이 신뢰성있는 지반정수의 산정을 위한 주요한 인자임을 알았다. 그리고, 소성적 성질이 낮은 세립토 지반에서의 CPTU와 DMT를 이용한 비배수전단 강도 또한 과압밀비의 산정은 상당한 오차를 유발할 수 있다고 판단되었다.
본 연구에서는 지반해석을 위한 여러 방법중 유한요소법에 의한 연성해석 및 역해석기법을 이용하여, 지반변형해석과 토질정수의 추정방법 등에 대하여 연구하였다. 토질정수의 정확한 산정의 필요성을 알기 위하여, 지반의 탄성해석에서의 탄성계수, 투수계수, 포아송비 등에 따른 민감도를 분석 고찰하였고, 여러가지의 점토질 흙에 대한 압밀실험결과를 이용하여 역해석기법에 의한 토질정수의 산정을 실시하고, 이 토질정수를 이용한 탄성해석에 의하여 지반의 변형과 간극수압을 구하여, 다음과 같은 결과를 얻었다. 탄성해석에 있어서, 지반의 탄성계수에 따른 지반변형량과 간극수압의 민감도가 비교적 크게 나타나므로, 탄성계수의 산정은 매우 중요하며, 재하하중이 클수록 탄성계수의 산정을 정확히 하여야 한다. 작은 하중단계에서의 짧은 시간의 실측치를 이용한 역해석을 통하여 토질정수를 산정함으로 4, 비교적 단순한 탄성해석을 통하여서도, 더욱 큰 하중 재하시 또 장기간의 변형량을 실제와 가잠게 예측할 수 있으며, 역해석에서의 반복계산 회수를 줄이고 더욱 좋은 결과를 얻기 위해서는, 초기치 실측 절점의 개수를 증가시키고 초기 실측치의 더욱 정확한 산정이 필요하다.
지반정수의 신뢰성 높은 확률분포형을 결정하기 위해서는 분석자료에 대한 이상치 및 무작위성 검정, 적용한 확률 분포형의 매개변수 추정 및 매개변수 적합성 검정, 마지막으로 확률분포형의 적합성 검정의 과정이 필요하며, 위의 순서로 지반정수의 확률분포형을 산정할 것을 제안하였다. 본 연구에서는 제안한 절차에 따라 분석대상 지반으로 선정된 인천 송도지역 지반정수들의 확률분포형을 추정하였으며, 추가로 지반정수들의 변동성을 나타내는 변동계수를 산정하였다. 이와 같이 신뢰성 높은 지반정수들의 확률분포형과 변동계수는 확률론적 설계방법에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 결정론적 설계에 사용될 지반정수의 합리적인 결정에 사용될 수 있는 중요한 자료로 판단된다.
국내설계기준에서는 표준관입시험을 통해 산정된 N값으로 여러 지반 설계정수를 산출할 수 있는 경험식을 제시하고 있으며 이렇게 산출된 지반 설계정수는 시공현장과 기본설계에서 유용하게 활용될 수 있다. 하지만 기존 통용되고 있는 경험식은 대부분 국외에서 연구되어 제시된 것으로, 국내 지반조건과 현재 사용되고 있는 지반조사기술이 적용된 자료에 대한 적용성과 타당성을 검토하는 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 논문은 국토지반정보 통합DB센터에 제공하는 시추공 데이터를 이용하여 토질시험에서 얻어진 설계정수값과 N값을 이용해서 경험식에서 얻어진 설계 정수값을 비교 분석하여 기존 국내에 사용되고 있는 경험식을 검증하였고 국내의 지반조건을 고려한 경험식과 산정지표를 제안하였다.
기존의 NATM 터널에서는 숏크리트가 임시적인 지보재로 사용되었으나 싱글쉘에서는 영구적인 구조물의 역할을 담당하게 된다. 따라서 숏크리트에 작용하는 하중과 변위를 신뢰성 있게 예측하는 것이 터널의 안정성을 확보하기 위한 필수조건이므로 지반정수 산정의 정확성이 매우 중요하다. 특히, 국내의 지질상태는 외국과 다르므로 싱글쉘 공법을 국내에 적용하기 위해서는 국내 지질상태를 고려한 지반정수 산정기법의 기술 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 국내 25개 터널 현장에서의 암반분류 사례 및 지반정수 사례를 조사하였다. 국내 싱글쉘 터널공법을 위한 지보 패턴안을, Q분류에서 수정된 NMT방법과 국내 암반상태를 고려하여 제안하였다. 또한 사례연구를 통한 Q시스템과 RMR값의 상관성을 이용하여 RMR을 이용한 지보량을 제시하였다.
본 연구는 지반함몰 발생 및 피해저감을 위한 지반 안정성 평가 및 굴착 보강 기술개발 과제 중 지반함몰 위험성 예측 및 평가기술 개발을 위한 기초자료로 활용하기 위한 연구로 수도권 6개 굴착지역에 대한 문헌자료에 의한 강도정수 산정, 시추에 의한 지반조사 및 표준관입시험, 시추공을 이용한 하향식탄성파 결과를 이용하여 지반특성을 비교 연구 하였다. 연구결과 표준관입시험 결과인 N치와 문헌자료를 이용하여 지반정수를 산정하였고, 시추된 홀에 하향식탄성파탐사를 실시하여 지반의 동적지반특성을 확인하였다. 각 지역별 지반특성을 확인한 결과 지반물성치가 상이하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 각 현장별 N치와 문헌자료 조사자의 경험적 지반정수가 반영된 결과인 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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