면적비에 따른 재성형 점토의 공학적 특성 연구 = The Study on Engineering Characters of Remolded Clay Depending on Area Ratio

국문 초록 (Abstract)

지반의 물리적역학적 특성을 파악하고, 그 결과를 구조물 설계에 반영하기에 앞서 지반의 고유한 특성을 가지는 불교란 시료의 채취는 매우 중요하다. 그러나 현재 다양한 불교란 시료 채취방법이 시도되고 개발되고 있으나 완전한 불교란 시료를 채취하기는 거의 불가능하다. 이는 원지반과 외부와의 환경차이, 응력변화, 온도차이, 시료의 운반 및 저장, 시료성형, 추출방법, 시험기의 오류 등에 의해 발생되는 교란에 의한 영향 때문이다.
교란에 의한 영향에 대해 Jamiolkowski et al.(1985)는 교란원인을 분류하고 문제점 및 대책에 대해 연구한바 있으며, Olsson(1925)이 최초로 피스톤 샘플러를 만들어 시료교란에 대한 조사 한 이후, Casagrande(1932)는 튜브 샘플러로 채취한 시료와 블록샘플러로 채취한 시료를 비교함으로써 완전한 불교란 시료를 얻는 것은 불가능함을 밝혔다. 이후 많은 연구자들에 의해 시료교란 원인 및 영향에 대한 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 시료는 교란의 영향으로 함수비의 변화, 간극비의 변화, 일축강도의 저하, 선행압밀압력의 변화, 압밀계수 및 투수계수의 변화 등이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 위와 같은 시료교란 영향을 파악하고자 여러 교란원인 중에서 튜브의 면적비를 변화시킴으로서 발생하는 재성형 점토의 공학적 특성 변화에 대해 연구하고자 한다.
본 연구를 위해 현재 고정식 피스톤 샘플러에서 주로 사용되는 신월 튜브(thin-walled tube)중에서 외경비, 내경비, 직경, 길이 등이 모두 같은 튜브를 선별하여 면적비가 각기 다른 아크릴재질의 3개의 장치를 제작하여 면적비(AR)가 다른 4개의 튜브(AR; 10%, 28%, 47%, 68%)를 제작하였다. 또한 광양에서 채취한 점토를 #40체에 걸러 물리적 성질이 균질하도록 교반하여 원통형 모형토조에 채운 후 실린더를 이용하여 12개월 동안 10로 2개월, 20의 압력으로 4개월, 60의 압력으로 6개월간 단계별로 압밀시켜 재성형 점토지반을 조성하였다. 조성된 재성형 점토지반에 유압식 관입 시험기를 이용하여 튜브를 일정한 속도로 관입시켜 시료를 채취하였으며, 채취된 시료에 대하여 일축 및 압밀 시험을 실시하고 재성형 점토지반에 대하여 실내 베인 시험을 실시하였다.
시험결과 재성형 점토지반의 비배수 전단강도(Su)는 튜브의 면적비가 증가할수록 감소하며, 표면보다 하부에서 더 큰 강도의 감소가 발생하였다. 일축압축강도(qu)는 면적비가 증가할수록 감소하며 응력-변형률 관계에서 peak가 없는 진행성파괴를 하였다. 또한 탄성변형계수(E50)와 값은 튜브의 면적비 10%인 시료에 비해 감소하나 그 이상의 면적비에서는 차이가 거의 없었다. 시료에 대한 압밀시험 결과 튜브의 면적비가 증가할수록 선행압밀압력(Pc)과 초기간극비(e0) 및 압축지수(cc)는 감소하였다. 또한 선행압밀압력 이전의 압밀단계에서 면적비 10%인 시료의 압밀계수(cv)는 다른 면적비에서의 압밀계수보다 큰 반면, 체적압축계수(mv)는 감소하였다. 특히 cv와 mv는 면적비 28%이상에서는 모두 비슷한 값을 가지며 그 변화는 면적비의 증가와 상관관계가 없는 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서 론 1
• 가. 연구 방법 및 목적 1
• 나. 연구 동향 2
• 2. 문헌 연구 5
• 가. 시료 교란의 원인 5
• 1) 필연적인 교란 8
• 2) 선택적인 교란 10
• 3) 특수한 경우에서의 교란 12
• 4) 시료교란의 방지 및 개선 12
• 나. 샘플러의 기하형상 및 조건 13
• 1) 면적비 13
• 2) 선단각도 13
• 3) 직경비 14
• 4) 내부 여유비 15
• 5) 조건 15
• 다. 교란의 영향 15
• 1) 강도특성에 미치는 영향 15
• 2) 압밀특성에 미치는 영향 17
• 3. 시험 방법 21
• 가. 기본 가정 21
• 나. 시험 장치 22
• 1) 원통형 토조 및 공기압 실린더 22
• 2) 관입시험기 23
• 3) 튜브 23
• 다. 재성형 점토지반의 조성 25
• 라. 시료채취 및 실내시험 26
• 4. 시험 결과 31
• 가. 재성형 점토의 물리적 특성 31
• 나. 비배수 전단강도 특성 31
• 1) 지점별 비배수 전단강도의 특성 32
• 2) 심도별 비배수 전단강도의 특성 34
• 다. 일축압축강도 특성 37
• 1) GroupⅠ 37
• 2) GroupⅡ 39
• 3) GroupⅢ 42
• 4) GroupⅣ 44
• 5) 면적비에 따른 일축압축강도 특성 46
• 라. 압밀 특성 50
• 1) GroupⅠ 50
• 2) GroupⅡ 53
• 3) GroupⅢ 56
• 4) 면적비에 따른 압밀 특성 59
• 마. 종합 분석 63
• 5. 결 론 67
• 참고 문헌 69
• (Abstract) 75