준설매립지반의 압밀거동 예측을 위한 구성관계식 산정 및 압밀정수 평가

전상현(Jun Sanghyun),유남재(Yoo Namjae),박병수(Park Byungsoo) 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.6

본 연구에서는 해성점토로 기 매립된 준설토 지반의 압밀특성 및 평가방법에 대한 연구를 실시하였다. 자중압밀 진행 중인 고함수비의 준설매립지반은 불교란 시료의 채취가 사실상 불가능하므로 압밀특성 파악에 어려움이 있다. 이를 위해 실무에서 압밀거동 분석을 위해 적용하는 압밀정수를 교란된 시료로 이용하여 실내실험으로 평가하는 방법에 대하여 연구를 진행하였다. 실험은 기본물성실험과 표준압밀실험, 일정변형률압밀실험과 60, 100, 150㎜ 직경의 Rowe-cell압밀실험을 수행하였으며, 함수비 조건을 변화하면서 40g의 중력수준에서 원심모형실험을 수행하였다. 실내 압밀실험시 현장의 응력조건에 해당하는 강제압밀로 시료를 조성하여 보다 합리적인 압밀특성을 파악할 수 있었다. 원심모형실험결과로 획득한 시간-침하관계를 침하예측기법으로 분석하여 최종 침하량을 분석하였다. 분석결과, Asaoka방법을 적용한 해석결과가 원심모형실험에 의한 자중압밀결과의 경향을 잘 나타내었으며, 이를 통하여 최종침하량을 추정하였다. 또한, 실내압밀실험과 자중압밀실험결과에 대한 역해석을 통하여 유한변형률 압밀이론의 간극비-유효응력-투수계수 구성관계식을 산정하였다. 구성관계와 다양한 압밀실험을 통하여 획득한 결과를 비교 분석하여 연구대상지역의 압축지수, 팽창지수, 체적변화계수, 연직 및 수평압밀계수 등의 압밀정수를 제안하였다. Consolidation characteristics of reclamated ground with dredged soil and methods of evaluating them are investigated in this paper. For a dredged and reclamated ground with a very high water content, self-weight consolidation being progressed, its consolidation characteristics are difficult to find since it is almost impossible to have a undisturbed sample. In order to overcome such a problem, methods of laboratory tests with disturbed sample were studied to obtain consolidation parameters required to analyze consolidation settlement in practices, using the conventional infinitesimal consolidation theory, were evaluated by carrying out various laboratory tests with disturbed soils such as oedometer test, constant rate of deformation test, Rowe-cell tests with ring diameters of 60 ㎜, 100 ㎜ and 150 ㎜ and the centrifuge model tests with 40 g-levels. Constitutive relations of void ratio - effective vertical stress - permeability were evaluated by using the inverse technique implemented with the finite strain consolidation theory and results of centrifuge model tests. Design soil parameters related to consolidation such as compression index, swelling index, coefficient of volume change and vertical and horizontal consolidation coefficients were proposed properly by analyzing the various test results comprehensively.

개량형 수평배수 압밀시험 장치에 의한 압밀특성 평가

전제성(Jeon Jesung) 한국지반환경공학회 2009 한국지반환경공학회논문집 Vol.10 No.7

연약지반의 적정 압밀속도 및 압밀침하량 예측에 있어 유효응력, 투수계수, 압밀계수, 체적변화계수 등의 물질함수는 가장 중요한 요소로 작용한다. 본 연구에서는 수평배수 조건에서의 압밀 물질함수 산정을 위한 개량형 수평배수 압밀시험 장치를 고안하고, 이를 이용하여 고함수비 해성점토에 대한 압밀시험을 실시하였다. 시험에 이용된 시료는 상부 준설매립 지반과 하부 원지반점토로 구성된 남해안 산업단지 조성 현장에서 채취하였다. 기존의 표준압밀시험을 동시에 실시하였으며, 이 결과를 이용하여 배수조건별 간극비, 유효응력, 투수계수, 압밀계수, 체적변화계수 등을 분석하였다. 압밀 물질함수는 Stark(2005)이 제안한 소성지수 포함의 회귀분석 방정식 형태로 표현되었으며, 이를 통해 투수성에 대한 이방성 특성을 산정할 수 있었다. Material functions about effective stress, permeability, coefficient of consolidation and coefficient of volume change has important role to predict consolidation velocity and settlement of soft ground. Modified oedometer for radial drainage is adapted to find out material functions on laboratory tests. Undisturbed sample for laboratory tests were taken from construction sites of industrial complexes on southern coastal area which consists of upper dredged fill and lower original clay layer. For different drainage condition in consolidation process void ratio, effective stress, permeability, coefficient of consolidation and coefficient of volume change has been assessed with results of existing standard oedometer tests. It is worthwhile to note that consolidation material functions could be expressed as regression equation by Stark (2005), heterogeneity for permeability could be assessed from these relationships.

성토재하공법과 비교한 진공압밀공법의 압밀특성 분석

심동현(Sim Dong-Hyun),이재환(Lee Jae-Hwan),정상섬(Jeong Sang-Seom) 대한토목학회 2010 대한토목학회논문집 C Vol.30 No.5

본 연구에서는 대심도 연약지반 개량에 많이 사용되고 있는 성토재하공법과 대기압재하방식 진공압밀공법의 현장계측자료를 분석하여 하중재하방식에 따른 지반의 침하거동 차이를 분석하였다. 이를 위해 준설토로 매립된 초연약지반인 ○○지역 항만부지 축조공사의 현장계측 자료를 이용하였으며, 진공압밀공법 적용구간과 성토재하공법 적용구간에서의 계측결과를 비교하여 진공압밀공법이 적용된 지역의 압밀특성을 분석하였다. 이에 잔류침하량 도달까지의 재하시간을 분석한 결과, 진공압밀공법 구간이 성토재하공법 구간보다 45% 정도 빠르게 허용 침하량에 도달하는 것으로 나타났다. 이는 진공압밀시 등방압밀 효과로 인하여 전단파괴 없이 일시에 하중재하가 가능하기 때문에 이러한 하중재하 기간의 차이가 허용침하량 도달시간을 단축시킨 것으로 판단된다. In this study, the ground settlement was investigated by using monitoring data of the test sites where vacuum consolidation method and surcharge method were applied for improving deep soft soil. The monitoring data are chosen in ○○ area port construction site reclaimed with very soft dredged clay. These data are analyzed to compare the consolidation characteristics between the different loading methods for soil improvement. Through analysis of the loading time, it is shown that the ground settlement reaches its allowable value under vacuum consolidation loading by about 45% faster than that of the surcharge loading consolidation. This could be explained that vacuum consolidation method makes the isotropic consolidation condition so that the time for reaching a certain final preloading without soil failure can be shortened.

피에조콘 관입시험에 의한 과압밀비 산정에 관한 연구

이기세 ( Ki Se Lee ),신원태 ( Won Tae Shin ),구남실 ( Nam Shil Goo ),김학준 ( Hak Joon Kim ) 대한지질공학회 2007 지질공학 Vol.17 No.3

본 연구에서는 피에조콘 관입시험(PCPT)결과를 사용한 연약지반의 과압밀비(OCR)결정의 타당성을 평가하고자 양산-물금지역의 연약지반에서 실시된 피에조 콘 관입시험 자료 와 동일지역 44개소에서 심도별로 시추한 총 172개 자연시료를 사용하여 기본적인 실내토질시험 결과를 사용하였다. 실내압밀시험 결과로부터 구한 과압밀비(OCRc)와 압밀시험에 사용된 시료와 상응하는 지역에서 실시된 피에조콘 관입시험 결과로 구한 과압밀비(OCRp)를 비교·분석하여 피에조콘 관입시험 결과와 과압밀비의 상관 관계식을 제시하였다. 본 연구에 사용된 점토의 경우 Poewll 등(1994)이 균열이 없는 점토를 대상으로 하여 제안한 경험식으로 구한 과압밀비가 표준압밀시험으로 구한 과압밀비와 가장 잘 부합되는 것으로 나타났다. Using the results of the Piezocone Penetration Test(PCPT) which were executed at the Yangsan-Mulgum site, the applicability of the interpretation methods for estimating the OCR(Overconsolidation Ratio) of soft clay was evaluated. At the same time, the results from the laboratory tests using the total of 172 undisturbed soft clay samples taken from the 44 bore holes of the Yangsan-Mulgum site were used to compare the OCR values obtained from the consolidation test with those from the PCPT. The relationship between the predicted overconsolidation ratio(OCRp) using the PCPT and the measured overconsolidation ratio(OCRc) from the laboratory consolidation tests are investigated and presented in this study. The OCRp by using the Powell et al.`s method for non-fissured clay from the results of the PCPT shows the best relationship with the OCRc obtained from the laboratory consolidation test.

실내시험과 현장계측 결과를 이용한 점성토 지반의 압밀특성 연구

김진영 ( Kim Jin-young ),장정민 ( Jang Jeong-min ),김연일 ( Kim Yeoun-il ),김혜린 ( Kim Hae-rin ),류승석 ( Ryu Seung-seok ),백원진 ( Baek Won-jin ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-

서남해안에 분포하는 연약지반을 대상으로 대단위 간척공사 및 단지조성 사업이 해안지역을 중심으로 행해지고 있다. 이때 직면하게 되는 것이 점성토지반의 안정문제와 더불어 장기간에 걸친 압밀침하 문제이다. 일반적으로 연약점토지반에서의 2차압밀 침하량은 전체 압밀침하량에 비해 미소하고 2차압밀 종료까지의 오랜 시간이 걸리기 때문에 무시하는 경우가 많으나 서남해안의 해성퇴적 점성토처럼 유기물과 고압축성 무기질이 많이 포함된 점토에서는 상당량의 2차 압밀 침하가 발생한다. 이러한 장기침하량을 저감시키기 위해 연직배수재를 사용한 선행재하공법(pre-loading)이주로 적용되고 있으나 이를 정확하게 예측하고 적용하기 위해서는 2차압밀이 끝난 시점까지의 장기압밀 실내시험을 실시하고 장기간에 걸쳐 측정된 현장계측결과를 비교/분석하여 하중재하기간에 따른 연약지반의 압밀 특성에 관한 연구가 수행되어 정확한 예측기법이 적용 되어야 할 것이다. 이에 본 연구에서는 서남해안의 대표적인 연약지반(목포)을 대상으로 현장조사를 통한 불교란 시료를 채취하여 각 압밀하중 단계별로 24, 48, 72, 96시간의 장기압밀시험을 수행하여 하중재하기간과 장기압밀 거동특성과의 관계를 규명하고자 하였다. 여기서, 장기간에 거쳐 측정된 현장계측자료와 실내시험을 분석하여 1, 2차 압밀침하량 및 압밀특성을 규명하여 장기침하량 예측에 기초자료로 활용하고자 한다. 또한 현장계측자료와 Yoshikuni가 제안한 1차원 탄-점성압 밀이론을 수평방향 방사흐름(연직배수재로 개량된 점성토지반)에 의한 압밀현상을 규명하기 위해 축대칭조건으로 확장된 탄-점성 압밀이론을 유한차분법을 이용한 프로그램의 해석결과와 비교/분석하여 그 적용성을 검증하였다. 또한 수치모델링을 수행한 결과로부터 각각의 압밀정수가 최종침하량에 미치는 상관성을 이용하여 보다 신뢰할 수 있는 연직배수재의 설계 및 최종침하량의 크기를 사전에 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

Effect of Side Friction on Consolidation Test of Normally Consolidated Kaolinite Slurry

Lee Jangguen(이장근),Fox Patrick J 한국지반환경공학회 2008 한국지반환경공학회논문집 Vol.9 No.3

압밀시험시 시료의 두께에 대한 직경의 비율이 크면 일반적으로 측면마찰은 없다고 간주된다. 그러나, 시료의 두께가 커질수록 측면 마찰의 영향은 무시할수 없게 된다. 본 연구에서는 정규압밀된 카올리나이트 슬러리의 압밀시험시 측면마찰의 영향을 조사하였다. 압밀시험을 통해 압밀시험곡선, 과잉간극수합, 압밀-간극비, 투수계수-간극비 관계를 측정하였고, 압밀-간극비 관계에 있어 측면마찰의 영향을 고려하기 위해 Taylor(1942)가 제안한 식을 적용하였다. 측정된 압밀시험곡선과 과잉간극수압에 대해 수치해석 결과와 비교 분석을 통해 측면 마찰이 압밀시험에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과, 측면 마찰의 영향을 고려한 수치해석 결과는 측면 마찰을 무시한 결과보다 측정값에 근사한 것으로 나타났으며, 측면 마찰은 압밀-간극비 관계 뿐만 아니라 압밀시간에도 영향을 주는 요인이라는 결과를 얻을수 있었다. Side friction is often neglected in the analysis of the results of a consolidation test when the specimen has a high ratio of diameter to height. As the height of a specimen increases, however, side friction becomes important. This paper presents an investigation of the effect of side friction on consolidation test results for normally consolidated kaolinite slurry. Consolidation tests were performed to obtain settlement, pore pressure, compressibility, and hydraulic conductivity of kaolinite slurry. The compressibility relationship is corrected for side friction using a modified form of Taylor (1942) analytical solution. Numerical simulations using the CS2 piecewise-linear model are compared with settlement and excess pore pressure measurements. Experimental results show improved agreement with a modified CS2 model in which the effect of side friction is considered. The numerical and experimental results indicate that the side friction is an important factor affecting the rate of consolidation as well as the compressibility relationship for the specimen.

정규압밀 해성점토의 강도증가율

이경준(Lee Kyeong-Jun),임종철(Im Jong-Chul) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 C Vol.27 No.4

부산 신항, 평택항 그리고 목포 간척지 인근 해안지역에 분포하는 액성한계 약 30~110% 범위의 해성 퇴적 점토를 이용하여 표준압밀시험으로 평가한 선행압밀압력의 약 1.5, 2.5 또는 4.0배의 압밀압력으로 삼축 셀에서 등방 및 Ko 압밀 이후 축입축 시험을 수행하였다. 시험결과에서 최대 주응력비에 대응하는 비배수 전단강도를 이용하여 정규압밀점토의 비배수 전단강도와 등방압밀압력(등방압밀시료) 또는 유효 연직압력(Ko 압밀시료)의 관계를 나타내었으며 그 결과와 기존의 경험식 및 주요 연구 결과와 비교하였다, 소성지수 40 이상의 점토 퇴적층의 정규압밀 상태의 강도증가율은 (S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>')<SUB>I</SUB>,≒0.22~0.23(평균 0.225) 및 (S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>')<SUB>Ko</SUB>≒0.20~0.21(평균 0.205)로 거의 일정하며 (S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>')<SUB>I</SUB>/(S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>')<SUB>Ko</SUB>≒1.1이다. 반면, 소성지수 40 이하(또는 액성한계 60% 이하)의 점토 퇴적층의 정규압밀 상태의 강도증가율은 일정한 관계를 정의하기 어려우나 액성한계 또는 소성지수의 값이 작을수록 증가하는 경향을 나타낸다. Triaxial compression tests were conducted on normally consolidated samples in isotropic and Ko anisotropic states. The tests were conducted on marine clay deposits, which were collected from the seashore regions of the Susan new Port, Pyeng-Tack Port and Moe-Po reclaimed land. Consolidation pressures were applied on the order of about 1.5, 2.5 or 4.0 times preconsolidation pressure estimated in oedometer tests to make samples be normally consolidated in triaxial cell before shearing them. As the results of triaxial compression tests, the relations between the undrained shear strength at a maximum stress ratio and the normal consolidation pressure (Isotropic or Ko anisotropic states) are almost constant in the marine clay with the plasticity index more than 40, which are (S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>)<SUB>I</SUB> ≒ 0.22~0.23 and (S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>)<SUB>Ko</SUB> ≒ 0.20~0.21 respectively. And the ratio of (S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>)<SUB>I</SUB> to (S<SUB>u</SUB>/σ<SUB>vo</SUB>)<SUB>Ko</SUB> is about 1.1. However the marine clay with the plasticity index less than 40 (or with the liquid limit less than about 60%) shows the tendency to increase with the decrease of plasticity index (or liquid limit). In addition, these estimated strength increment ratios are compared with existing results.

수치해석을 이용한 점성토 지반의 아이소크론 영향 분석

이윤식,이종호,이강일 한국재난정보학회 2019 한국재난정보학회 논문집 Vol.15 No.1

연구목적 : 연약지반의 압밀침하는 연약 점토층 상하부에 분포하는 지층의 투수성(경계조건), 점토층 의 두께, 그리고 하중 재하 폭에 따라 간극수압 분포특성이 달라짐에도 불구하고, 현재 설계의 대부분은 점토층의 깊이에 따른 초기간극비가 일정하다는 가정 하에 제안된 Terzaghi 1차원 압밀이론에 의한 아 이소크론(Isochrone)을 이용하여 압밀시간을 산정하고 있다. 연구방법 : 따라서 본 연구에서는 하중 재 하 폭, 점토층의 두께, 그리고 점토층 하부의 배수조건이 변화할 때 발생하는 과잉간극수압 소산형태를 수치해석적 방법으로 점토의 깊이별로 시간에 따른 과잉간극수압 변화를 체크하고, 이를 Terzaghi 1차 원 압밀이론에 의한 아이소크론과 비교․분석하여 합리적인 압밀시간 결정방법을 제시하고자 한다. 연 구결과 : 본 연구 결과, Terzaghi가 제안한 압밀도-시간계수 곡선에 가장 이상적인 경우가 아닌 경우에 는 Terzaghi 1차원 압밀이론에 의한 압밀도-시간계수 곡선, 압밀시간 산정에 유의해야 하며, 가능한 수 치해석에 의한 압밀도-시간계수 곡선을 사용하여 압밀시간을 산정하여야 한다. Purpose: The consolidation settlement of soft ground is dependent on the distribution of pore water pressure which is also affected by hydraulic conductivities (boundary condition) of layers, thickness of clayey soil layer and surcharge. Results: However, the current consolidation analyses are mostly based on Terzaghi’s consolidation theory that assumes the initial pore water pressure ratio with depth to be constant. In this study, numerical analysis are carried out to investigate the variation of pore water pressure dissipation with depth and thickness of clayey soil layer, time, surcharge as well as drainage conditions. Conclusion: Comparative study with Terzaghi’s consolidation theory is also conducted. The result shows that Terzaghi’s consolidation theory should be used with caution unless it is ideally corresponded to the isochrone.

다층지반 및 스미어 경계면 해석을 위한 유한차분 압밀해석 기법

윤찬영(Yune Chan-Young),조경진(Cho Kyoung-Jin),정충기(Chung Choong-Ki) 대한토목학회 2008 대한토목학회논문집 C Vol.28 No.5

본 연구에서는 연약지반의 압밀해석 시에 물성이 다른 두 층간의 경계면 해석을 보다 정확히 수행할 수 있는 유한차분 해석기법을 제안하였다. 제안된 해석기법을 이용하여 다층지반 및 스미어가 발생된 지반에 대하여 정확한 압밀해석이 가능한 유한차분 해석프로그램을 개발하였으며, 다양한 지반조건에서 해석을 수행하여 제안된 해석 기법을 근간으로 개발된 해석프로그램의 적용성을 검증하였다. 해석결과 다층지반의 압밀속도는 배수면 근처의 투수계수에 지배적인 영향을 받는 것으로 나타났으며, 스미어 발생지반의 압밀속도는 스미어 영역에서의 투수계수 분포가 선형인 경우보다 일정한 경우 압밀이 더 지체되는 것으로 나타났다. 또한 스미어 영향을 고려한 연약지반의 압밀해석에서 스미어로 인한 주변지반의 투수계수 감소가 상대적으로 작은 경우에는 스미어 영역 전체의 투수계수 감소율이 일정하다고 가정한 단순 해석으로도 정확한 압밀거동 예측이 가능하지만 스미어 발생으로 배수재 주변지반의 투수계수의 감소가 큰 경우에는 배수재로부터의 거리에 따른 투수계수 분포형태를 정확히 가정하고 해석을 수행해야 압밀거동을 정확히 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 마지막으로 부산지역의 다층지반 조건을 고려한 해석결과 압밀완료 시간을 정확히 예측하기 위해서는 다층지반에 대한 해석이 필요한 것으로 나타났다. In this research, finite difference (FD) scheme for the interface of the layer between different soil characteristics was suggested. Based on the suggested scheme, FD analysis program for the consolidation analysis of the multi-layered and smeared soil was developed. And the applicability of the program was investigated by the FD analysis conducted for the various soil conditions. Analysis results showed that the permeability near the drainage boundary had a dominant effect on the consolidation rate. And the consolidation rate of the soil with the constant permeability in smeared area was retarded more than the soil with the linear variation of permeability in smeared area. Simple assumption of the constant variation of permeability in smeared area could be used when the decreasing rate of permeability in smeared area was relatively low. But exact assumption of the permeability variation in smeared area should be considered when the decreasing rate of permeability in smeared area was relatively high. Finally, based on the analysis result on Busan area, the analysis considering multi-layered soil should be needed to exactly evaluate time for the completion of consolidation.

액성한계에 따른 재성형 점토의 압밀특성에 관한 연구

임형민(Hyeongmin Lim) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.5

본 연구에서는 점토의 액성한계에 따른 압밀특성을 연구하기 위하여 일정한 압력으로 예압밀 된 재성형 점토를 이용하여 표준압밀시험과 일정변형률 압밀시험을 수행하였다. 압밀시료들은 카올리나이트에 중량대비 6 %, 9 %, 12 %, 15 %의 벤토나이트를 혼합하여 제작하였으며, 시료들의 액성한계시험을 수행한 결과 각각 77 %, 84 %, 88 %, 91 %의 값을 얻을 수 있었다. 또한 액성한계의 약 2배의 증류수를 첨가 후 충분히 교반하여 0.2 MPa의 일정한 압력조건하에 예압밀시켜 제작하였다. 최근 일반적으로 사용되고 있는 표준압밀시험과 ASTM, D4186-82에 따라 변형률 속도를 0.001 %/min, 0.004 %/min, 0.01 %/min을 적용하여 일정변형률 압밀시험을 수행하고 선행압밀하중을 0.2 MPa의 예압밀압력에 대해서 비교?분석하였다. 그 결과 액성한계가 낮을수록 빠른 변형률 속도에서 선행압밀하중이 예압밀압력과 유사하게 나타났으며, 액성한계가 높을수록 느린 변형률 속도에서 선행압밀하중이 예압밀압력과 유사하게 나타났다. In this study, a constant rate of strain test (CRS) and oedometer test was performed in order to study the consolidation characteristics to the liquid limit using a re-shaped clay which was preconsolidated at a constant pressure. Consolidation samples were made of kaolinite which was mixed with bentonite of 6 %, 9 %, 12 % and 15 % of it by weight and the test value of liquid limit of samples were appeared in 77 %, 84 %, 88 % and 91 % respectively. And then consolidation samples which were agitated sufficiently adding distilled water 2 times of liquid limit were preconsolidated in the condition of a constant pressure of 0.2 MPa. The oedometer test which is commonly used recently and the consolidation test of constant rate of strain which were applied in 0.001 %/min, 0.004 %/min, 0.01 %/min rate of strain according to ASTM, D4186-82 were performed and the preconsolidation pressures were compared and analyzed at 0.2 MPa preconsolidated pressure. As a result, in the case of low value of liquid limit, preconsolidation pressure was appeared same as 0.2 MPa preconsolidated pressure at the high speed strain rate, and in the case of high value of liquid limit, preconsolidation pressure was appeared same as 0.2 MPa preconsolidated pressure at the low speed strain rate.