연약한 해저지반의 세굴에 대한 지반공학적 특성

국문 초록 (Abstract)

해양 개발의 필요성이 높아지면서 최근 해안 개발과정에서 해저 구조물 설치에 따른 연약한 해저지반의 안정성 문제가 관건으로 떠오르고 있다. 특히 세굴에 의한 인공어초의 피해사례와 같이 구조물이 본래의 기능을 발위 할 수 없게 되는 일이 발생하고 있어 이에 대한 대책마련이 시급하다. 그러나 해저지반의 이동 및 안정성은 여러 현상이 상호 연관되어 있기 때문에 아직 정확한 규명이 이루어지지 않아 예측의 어려움이 있다. 특히 그동안 대부분의 연구들이 수리학적 변수들, 해양외력의 조건들에 대한 연구에 집중되어 있으며 해저지반의 종류와 지반공학적 특성을 고려한 평가에 대한 연구는 미미하다.
본 연구에서는 다양한 특성을 갖는 점토와 모래와 점토의 혼합토 형태인 중간토 지반을 인공적으로 조성하고 세굴특성과 지반공학적 특성을 평가하였다. 이를 통하여 불안정한 지반특성을 가지는 연약한 해저지반의 세굴특성과 지반공학적 특성의 상관관계를 고찰하고 정량적인 관계식을 제안하였다. 이는 향후 구조물의 안정성 평가를 위해 간단한 지반공학적 특성으로부터 해저지반의 세굴특성을 평가하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 표 차 ⅰ
• 표 목 차 ⅲ
• 그림목차 ⅳ
• 국문초록 ⅵ
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 방법 2
• 제 2 장 연약한 해저지반의 안정성 3
• 2.1 세굴 3
• 2.1.1 세굴현상 3
• 2.1.2 세굴의 영향인자 8
• 2.2 세굴량 산정법 15
• 2.2.1 조립토 15
• 2.2.2 점성토 20
• 2.3 세굴률 시험기 24
• 2.3.1 EFA 24
• 2.3.2 SEDflume 26
• 2.3.3 Annular flume 28
• 2.3.4 전남대 세굴실험 장치(CNUEFA) 30
• 제 3 장 세굴과 지반공학적 특성 39
• 3.1 인공 해저지반의 조성 39
• 3.1.1 실험에 사용된 시료의 지반공학적 특성 39
• 3.1.2 균질한 인공지반 조성 43
• 3.2 세굴 평가결과 46
• 3.3 지반공학적 특성과의 관계 47
• 제 4 장 결 론 54
• 참고문헌 56
• ABSTRACT 59
• 표 목 차
• 표 2.1 세굴의 분류 5
• 표 2.2 평균입자 크기에 따른 식 (2.3)의 파라메타들 13
• 표 2.3 통일분류법상 분류기호의 의미 16
• 표 2.4 세굴깊이 산정공식 17
• 표 2.5 교각형상에 대한 보정계수 18
• 표 2.6 흐름의 입사각에 대한 보정계수 18
• 표 2.7 하상의 조건에 대한 평형 교각 세굴심의 증가계수(K3) 19
• 표 2.8 하상재료의 크기에 대한 보정계수(K4) 19
• 표 2.9 통일분류법상 세립토의 분류기호 20
• 표 2.10 CNUEFA의 제원 32
• 표 3.1 시료 조성 40
• 표 3.2 점토 및 중간토 시료의 물리적ㆍ역학적 특성값 40
• 표 3.3 역학적 특성을 이용한 세굴 상관관계식 52
• 그 림 목 차
• 그림 2.1 다양한 세굴현상 3
• 그림 2.2 원통형 교각에서의 흐름유형과 세굴공 7
• 그림 2.3 입경 과 수심에 따른 평균 한계유속()의 변화 8
• 그림 2.4 파랑과 해저지반의 다양한 상호작용 현상 9
• 그림 2.5 해저면의 수압변동 10
• 그림 2.6 평균유속과 하상에 존재하는 하상재질의 입자크기 효과에 대한 모식도 11
• 그림 2.7 입자크기별 체적밀도와 침식률의 관계 12
• 그림 2.8 에 대한 한계전단응력 14
• 그림 2.9 보정계수 를 위한 교각의 형상 분류 18
• 그림 2.10 세굴률 시험결과 23
• 그림 2.11 EFA의 실험 개념도 25
• 그림 2.12 EFA 사진(TEXAS A&M 대학) 25
• 그림 2.13 SEDflume의 개념도 및 장비모습 27
• 그림 2.14 환형수조 내의 유속벡터도 29
• 그림 2.15 전북대 환형수조 29
• 그림 2.16 평면도 31
• 그림 2.17 측면도 31
• 그림 2.18 CNUEFA 33
• 그림 2.19 시료를 상승시킨 모습(2mm) 34
• 그림 2.20 세굴률 시험결과(세굴률-유속) 35
• 그림 2.21 Moody 도표 36
• 그림 2.22 세굴률 시험결과(세굴률-전단응력) 37
• 그림 3.1 주문진 표준사의 입도분포 곡선 39
• 그림 3.2 K100S0의 입도분포 곡선 41
• 그림 3.3 K75S25의 입도분포 곡선 41
• 그림 3.4 K50S50의 입도분포 곡선 42
• 그림 3.5 K40S60의 입도분포 곡선 42
• 그림 3.6 슬러리 압축 고화장치의 단면도 44
• 그림 3.7 슬러리 압축 고화장치 44
• 그림 3.8 조성된 시료들의 경과시간에 따른 침하량 45
• 그림 3.9 조성된 시료와 세굴률 실험을 위한 시료 추출 모습 45
• 그림 3.10 조성 시료의 유속-세굴률 실험결과 46
• 그림 3.11 조성 시료의 전단응력-세굴률 실험결과 47
• 그림 3.12 세굴특성과 함수비의 관계 48
• 그림 3.13 세굴특성과 소성한계의 관계 49
• 그림 3.14 세굴특성과 소성지수의 관계 49
• 그림 3.15 세굴특성과 건조단위중량의 관계 50
• 그림 3.16 세굴특성과 단위중량의 관계 50
• 그림 3.17 세굴특성과 초기 간극비의 관계 51
• 그림 3.18 세굴특성과 액성한계의 관계 51
• 그림 3.19 세굴특성과 일축압축강도의 관계 53
• 그림 3.20 세굴특성과 비배수 전단강도의 관계 53