해저연약지반 탐사를 위한 수압보상형 자중관입식 다중물리 콘 관입시험기 개발 = - Development of Water Pressure- Compensated Self-Weighted Multiphysics Cone Penetration Apparatus for Investigation of Soft Offshore Sites -

국문 초록 (Abstract)

해저연약지반 탐사를 위한 수압보상형 자중관입식 다중물리 콘 관입시험기 개발 해저공간에 대한 방전가능성이 높아지는 가운데 해저 지반구조물의 중요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 기존의 해저지반조사 방법들의 한계점을 개선하기 위해 수압보상형 자중관입식 다중물리 콘 관입시험기를 개발하였다. 본 연구에서 제안한 새로운 콘 관입시험기는 콘 팁 모듈과 주면마찰력 로드셀을 구조적으로 분리한 설계를 통해 선단저항력과 주면마찰력을 독립적으로 측정한다. 특히, 수압보상형 선단부 콘 팁 모듈은 해수면 수심에 따라 증가하는 정수압의 영향을 최소화하여 선단저항력을 평가하도록 설계되었다. 콘 시험기 내부에 가속도계를 설치하여 콘 관입경사를 파악할 수 있도록 하였다. 본 연구에서 제안한 콘 관입시험기의 현장 적용성 평가를 위해 점토 – 모래 혼합시료를 조성하여 콘 자중에 의한 관입 실험을 수행하였다. 실험결과, 선단저항력은 콘 관입에 따라 뚜렷하게 구분되는 3 가지 경향을 보여주었고 선단저항력은 모래 비중이 높은 시료에서 더 크게 나타났으며, 혼합시료의 불균질성을 보여주었다. 주면마찰력은 매우 연약한 시료 조건으로 인해 거의 0 으로 나타났다. 측정된 가속도계 데이터는 콘 관입경사를 판단하기 위해 매우 효과적인 정보를 제공한다는 것을 보여주었다. 본 연구에서 수행한 배수/비배수 분석 및 향후 목표로 하는 해저지반 천층부의 비압밀 특성을 고려하였을 때 수압보상형 자중관입식 다중물리 콘 관입시험기는 2cm/sec 이상의 관입속도에 독립적이며 잔류유효응력에 의해 결정되는 해저 연약지반의 강도특성을 효율적으로 평가할 수 있다고 판단된다. 주제어 : 선단저항력, 수압보상, 연약지반, 자중관입, 주면마찰력, 지반조사

목차 (Table of Contents)

• 국문 초록 i
• 목 차 iii
• 표 목 차 v
• 그 림 목 차 vi
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 연구 동향 2
• 1.2.1. 표준관입시험 2
• 1.2.2. 콘관입시험 2
• 1.2.3. 자유낙하식 관입기 3
• 1.3. 연구 목적 4
• 1.4. 연구 범위 4
• 제 2 장 장비 설계 6
• 2.1. 하드웨어 디자인 6
• 2.1.1. 수압보상형 콘 선단부 모듈 7
• 2.1.2. 주면마찰력 로드셀 8
• 2.1.3. 리듀서 12
• 2.1.4. 바디 13
• 2.1.5. 배터리 팩 14
• 2.2. 소프트웨어 디자인 15
• 2.2.1. Plastic Circuit Board(PCB) 15
• 2.2.2. 가속도계 16
• 제 3 장 실내 실험· 18
• 3.1. 사용재료 및 실험장비 18
• 3.2. 실험 과정 21
• 3.3. 실험결과 및 분석 24
• 3.3.1. 선단저항력 24
• 3.3.2. 주면마찰력 27
• 3.3.3. 가속도계 30
• 3.4. 관입속도에 따른 선단저항력 32
• 3.5. 배수조건 (비압밀비배수 조건) 34
• 제 4 장 현장 실험· 35
• 4.1. 실험위치 및 실험장비 35
• 4.2. 실험 과정 36
• 4.3. 실험결과 및 분석 37
• 4.3.1. 선단저항력 38
• 4.3.2. 가속도계 39
• 4.4. 관입깊이 40
• 제 5 장 결 론 42
• 참 고 문 헌 44