심층혼합처리공법 배치형태에 따른 지반 거동 특성

백원진(Wonjin Baek),이성열(Sungyeol Lee),장용채(Yongchai Chang),윤현준(Hyeonjun Yoon),임중재(Joungjae Lim),신영수(Youngsoo Shin) 한국방재학회 2022 한국방재학회논문집 Vol.22 No.3

연약지반을 목적에 맞게 이용하기 위한 개량 공법은 현장 상황과 그 목적에 따라 다양하게 적용된다. 근래에 지반 하부를 고화제와 교반 혼합하여 균일 강도의 개량체를 조성하는 DCM (Deep Cement Mixing Method)에 대한 관심이 증가하고 있는 추세이다. 이와 관련 다양한 연구가 진행되고 있으나 DCM 개량체의 배치형태에 따른 개량지반의 거동특성에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 상사비가 적용된 모형 토조를 사용하여, 개량체를 제작하고 말뚝식과 벽식으로 배치하여 복합지반에 대한 거동특성을 파악하고자 실내실험을 수행하였다. 복합지반의 치환율은 46.2%로 설정하고, W/C 40%의 조건에서 개량체를 제작하였으며, 지반 거동을 파악하기 위하여 재하판 중심으로 8, 16 cm 거리에 변위계를 설치한 뒤 전단시험을 실시하였다. 그 결과, 수직으로 작용하는 하중에 대한 힘과 측방유동에 대한 변위 모두에서 벽식 배치형태가 유리한 것으로 나타났다. 또한 유한요소해석 프로그램을 통한 수치해석을 수행한 결과 말뚝식 배치형태에서 지반의 변위가 크게 발생하는 것으로 나타났다. The improvement method for using the soft ground efficiently was applied in various manners depending on the site condition and development purpose. Recently, there has been an increasing interest in the deep cement mixing (DCM) method, in which the lower part of the ground is mixed with a solidifying agent to form an improved body of uniform strength. Although various studies are being conducted on this topic, studies on the behavioral characteristics of the improved ground according to the arrangement of the DCM improved body are insufficient. Therefore, in this study, an improved body was manufactured using a model soil with a similar ratio, and laboratory tests were conducted to understand the behavioral characteristics of the composite ground in pile-type and wall-type arrangements. The replacement rate of the composite ground was set at 46.2%. The improved body was manufactured at W/C = 40%. A shear test was performed after installing displacement gauges at 8 cm and 16 cm from the center of the load plate to clarify the ground behavior. The test results suggested that the wall type arrangement was advantageous in the force for the load acting vertically and the displacement for the lateral flow. Additionally, numerical analysis using the finite element method suggested that significant ground displacement occurred in the pile-type arrangement.

점성토 지반의 장기압밀 특성에 미치는 과압밀비의 영향

백원진 ( Wonjin Baek ),안태환 ( Taehwan Ahn ),김진영 ( Jinyoung Kim ),정태용 ( Taeyong Jeong ),장정민 ( Jungmin Jang ) 한국농공학회 2010 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2010 No.-

이 연구에서는 광양항 점토를 재구성(리몰딩)한 시료를 이용하여 과압밀 상태에서의 응력이력 및 과압밀비의 차이에 따른 점성토 지반의 장기압밀 거동에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 과압밀 이력에 따른 영향은 선행하중 24시간 재하시를 압밀도 U=100%로 하고, 각각의 압밀도에 따른 장기압밀 특성을 비교하였다. 또한 과압밀비의 차이를 알아보기 위해 OCR=1.0~2.5에 대한 장기압밀 시험을 실시하였다. 통상 지반개량 현장에서 적용되고 있는 압밀도는 U=90%를 하중 제거시점으로 취하고 있으나, 이 연구에서 얻어진 결과에서는 압밀도 U=70%를 초과한 시점에서 하중을 제거하여도 큰 차이는 없음을 알았다. 또한 과압밀비의 차이에 따른 장기압밀 특성은 OCR=1.5를 기준으로 프리로딩을 실시하였을 경우, 공용하중 재하시의 잔류침하가 크게 감소한 것으로 나타났다. 이 연구를 통해 지반개량시의 적정 압밀도와 과압밀비를 제안할 수 있었다. In the present study, the influence by the difference between the stress history in the over-consolidated state and Over-Consolidation Ratio(OCR) on the long-term consolidation behavior of the clayey ground were examined by using the sample that remolded the Kwang-Yang port clay. The influence by the over-consolidation history compared a long-term consolidation characteristics by each degree of consolidation for U=100% of 24 hour of Pre-loading period. Moreover, to examine the difference of the OCR, the long-term consolidation tests to OCR=1.0~2.5 were examined. It has been understood that there is no great difference even if the load is removed when degree of consolidation U=70% is exceeded from the test results though the degree of consolidation applied on the soil improvement field takes U=90% at the time of the load removal usually. In addition, the long-term consolidation characteristic by the difference of the over-consolidation ratio has understood the residual settlement of applied common load decreased greatly when the Pre-loading is applied with OCR=1.5. It was able to propose the proper consolidation degree and the over-consolidation ratio at soil improvement from the result of the present study.

준설점토의 세립분 함량 및 투기고에 따른 자중압밀 특성

백원진 ( Wonjin Baek ),장정민 ( Jungmin Jang ),김혜린 ( Hyerin Kim ),오수진 ( Sujin Oh ),이성열 ( Sungyoel Lee ),김진영 ( Jinyoung Kim ) 한국농공학회 2015 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2015 No.-

산업화, 도시화에 따른 토지수요를 충족시키기 위해 국토확장을 위한 간척사업이 활발히 진행 중에 있으며 특히 대규모 해안 매립공사가 증가하고 있는 실정이다. 해안매립을 위한 이상적인 재료는 해성모래나 쇄석 등이 주요 매립재료로 이용되는데, 재료의 가격 상승과 물량확보, 환경적인 문제 등에 의해 양질의 매립토를 구하기 어려워 준설선을 이용한 해수면 아래의 준설토를 굴착, 매립하는 준설공법이 많이 이용되고 있다. 해안 지역에서 시행되는 매립공사의 대부분은 해저의 퇴적물을 흙과 물의 혼합물인 슬러리 상태로 펌핑하여 매립지를 조성하게 되므로, 초기의 매립지반은 초기 함수비가 500~2000% 정도의 고함수비의 초 연약상태로 존재하게 된다. 이러한 경우 준설 초기의 매립지반은 매립한 흙 자체의 자중에 의해서 침하가 크게 발생하게 된다. 이와 같이 준설토의 침강 및 자중압밀 특성은 매립지 사용을 위한 흙의 안정화 계획에 큰 영향을 미치므로 매립한 준설토의 침하시간을 추정하는 것은 매우 중요한 일이다. 또한, 대부분의 준설토는 원지반에서의 퇴적환경 및 토질의 특성에 따라 성질이 조금씩 바뀔 수 있다. 토질에 따라 매립지반의 특성 또한 각각 달라지므로 매립지반의 거동파악 시 이러한 토질의 특성을 고려해야한다. 따라서 본 연구에서는 실제 준설 매립공사에 이용되는 새만금 간척사업현장의 시료를 사용하여 준설토의 침강 및 자중압밀 특성을 연구하였다. 원지반 준설토의 세립분 함량을 달리하여 준설매립에 이용될 수 있는 각각의 준설재료의 공학적 특성을 파악하고, 세립분 함량 변화와 초기 투기고의 변화에 따른 준설토의 체적변화비, 침강특성 및 자중압밀에 미치는 영향을 분석하였다. 세립분 함량을 달리하여 물성특성분석 결과, 세립분 함량 20%와 40%의 시료는 SP로 분류되고, 50%는 CL-ML, 60~85%는 CL로 분류되었다. 자중압밀 시험 결과, 세립분 함량이 적을수록 자중압밀 시·종점이 빨리 나타나며, 세립분 함량이 많을수록 계면고가 높게 나타났다. 또한 세립분 함량이 증가함에 따라 평균 침강압밀계수 또한 증가함을 확인할 수 있었으며, 동일한 초기함수비를 갖는 시료에 대한 침강압밀계수 관계식을 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 입도분리현상에 의해 조립분이 먼저 침강을 하고, 세립분은 플록을 형성하여 천천히 침강 하므로 세립분 함량이 많을수록 자중압밀 시·종점이 늦게 나타나는 것으로 나타났다.

하수관 특성에 따른 지반함몰 발생 빈도분석

이성열 ( Sungyeol Lee ),백원진 ( Wonjin Baek ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

인천, 목포지역의 연약 점성토의 지반공학적 특성

이성열 ( Sungyeol Lee ),백원진 ( Wonjin Baek ),이현성 ( Hyunsung Lee ),이광찬 ( Kwangchan Lee ),이정훈 ( Junghoon Lee ),임길상 ( Gilsang Lim ),김대호 ( Daeho Kim ) 한국농공학회 2021 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2021 No.-

시멘트를 혼합한 화강풍화토의 강도 특성에 관한 연구

이성열 ( Sungyeol Lee ),백원진 ( Wonjin Baek ),이현성 ( Hyunsung Lee ),권성진 ( Seongjin Kwon ),정창성 ( Changsung Jeong ),이정훈 ( Junghoon Lee ),고화빈 ( Hwabin Ko ),임중재 ( Jungjae Lim ) 한국농공학회 2020 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2020 No.-

최근 들어, 지구 온난화로 인한 기후변화 대응 기조에 따라 다양한 분야에서 이산화탄소 저감 등의 환경문제에 관한 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 도로나 주차장 등에 친환경적 재료로 만들어진 포장 재료인 시멘트 혼합토(소일시멘트)가 포장 대체제로 떠오르고 있다. 소일시멘트는 흙, 시멘트, 혼합수로 배합된 친환경적 재료를 사용함으로써 높은 탄성력을 갖고 고강도의 강도 발현이 가능한 특수 콘크리트의 특징이 있으며, 고화제를 첨가하여 더욱 강한 강도 발현과 친환경적 포장을 가능하게 한다. 현재 이러한 소일시멘트에 관한 연구는 물리적·역학적 특성을 규명하고 개선한 연구가 주를 이루며, 내구성에 관한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 양생조건과 세립분의 함유량, 무기질 고화제 용액, 계절변화에 따른 건습의 반복 효과, 산 저항성에 따른 강도특성을 규명하기 위하여 공시체를 제작, 일축압축강도시험을 수행하였으며, 양생기간 및 사용한 고화제의 변화에 따른 입자표면의 변화과정을 관찰하기 위해 전자현미경 분석(SEM)과 X-선 회절분석을 실시하였다. 그 결과, 양생기간과 고화제의 첨가량, 세립분 함유량의 감소함에 따라 강도가 증가하였고 양생 14일이 지난 시점부터 강도가 일정하게 유지되었다. 건습과 산 저항성에 대한 내구성에 관한 연구를 위해 공시체의 무게를 측정한 결과, 시멘트량이 많고 고화제를 첨가하게 되면 입자간의 결합력이 증대되어 무게의 감소량이 줄어들었다. 또한, SEM과 X-선 회절분석 결과 시멘트에 의하여 입자사이에 흡착성 물질인 Vermiculite가 생성되어 간극이 채워지고 강도가 증진되는 것으로 나타났다.

편재하중을 받는 연약지반상 성토체의 측방유동에 관한 사례연구 및 수치모델링

윤현준 ( Hyeonjun Yoon ),백원진 ( Wonjin Baek ),이성열 ( Sungyeol Lee ),이정훈 ( Junghoon Lee ),정원철 ( Wonchul Jeong ),신영수 ( Youngsoo Shin ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

물류의 이동 및 사회활동의 광역화로 도로, 철도 등의 성토 공사시 연약지반상에는 편재하중으로 인한 측방유동의 발생으로 대규모의 전단파괴가 빈번하게 발생하게 된다. 이 연구에서는 이와같은 측방유동에 의한 전단파괴가 발생한 사례지구를 대상으로 하부지반의 공학적 특성을 파악하기 위해 파괴 발생 지반과 인접지반에 대해 지반조사를 실시하여 지반의 물리적 특성과 공학적 특성을 파악하였다. 또한 역해석을 통한 수치해석기법으로 사례지구의 주변여건, 기상여건 등을 종합적으로 분석하여 전단파괴 발생원인을 분석하였다. 본 사례연구를 통해 연약지반 상 성토공사에 따른 측방유동발생 범위를 확인하고 안정성 확보를 위해 필요한 지반보강 범위 및 심도를 제안하고자 기존의 유사사례 및 문헌조사를 통해 측방유동으로 인한 안정성 저해 요인을 정리하였다. 정리된 결과를 이용하여 국내의 대표적 연약지반의 공학적 특성(연약층 두께, 전단강도(내부마찰각, 점착력))을 선정하고 수치모델링을 위한 대표단면을 설정하였다. 수치모델링은 측방유동으로 인장균열이 발생한 성토부의 위치와 측방유동이 영향을 미치는 범위, 파괴심도 등을 분석하였다. 해석결과, 성토체의 영향범위는 지반의 비배수점착력보다는 층 두께의 영향을 크게 받는 것으로 나타났으며, 층 두께의 평균 1.35배로 분석되었다. 또한 사례지구와 같은 대칭단면의 도로에 적용했을 때 상부 성토 영향폭이 감소하고 상부폭이 작아질수록 원호활동파괴에 대한 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 얻어진 결과를 통해, 측방유동의 발생으로 인한 전단파괴를 예방하기 위한 지반개량 범위와 심도를 결정, 수치모델링을 통해 안정성 확보여부와 적용성을 검증, 측방유동의 영향인자에 대한 수치모델링 결과를 활용한 성토단면의 안정성 확보 및 유지관리 방안 수립에 필요한 자료를 제시하였다.

편재하중을 받는 연약지반상 성토체의 측방유동에 관한 사례연구 및 수치모델링

윤현준 ( Hyeonjun Yoon ),백원진 ( Wonjin Baek ),이성열 ( Sungyeol Lee ),이정훈 ( Junghoon Lee ),정원철 ( Wonchul Jeong ),신영수 ( Youngsoo Shin ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

물류의 이동 및 사회활동의 광역화로 도로, 철도 등의 성토 공사시 연약지반상에는 편재하중으로 인한 측방유동의 발생으로 대규모의 전단파괴가 빈번하게 발생하게 된다. 이 연구에서는 이와같은 측방유동에 의한 전단파괴가 발생한 사례지구를 대상으로 하부지반의 공학적 특성을 파악하기 위해 파괴 발생 지반과 인접지반에 대해 지반조사를 실시하여 지반의 물리적 특성과 공학적 특성을 파악하였다. 또한 역해석을 통한 수치해석기법으로 사례지구의 주변여건, 기상여건 등을 종합적으로 분석하여 전단파괴 발생원인을 분석하였다. 본 사례연구를 통해 연약지반 상 성토공사에 따른 측방유동발생 범위를 확인하고 안정성 확보를 위해 필요한 지반보강 범위 및 심도를 제안하고자 기존의 유사사례 및 문헌조사를 통해 측방유동으로 인한 안정성 저해 요인을 정리하였다. 정리된 결과를 이용하여 국내의 대표적 연약지반의 공학적 특성(연약층 두께, 전단강도(내부마찰각, 점착력))을 선정하고 수치모델링을 위한 대표단면을 설정하였다. 수치모델링은 측방유동으로 인장균열이 발생한 성토부의 위치와 측방유동이 영향을 미치는 범위, 파괴심도 등을 분석하였다. 해석결과, 성토체의 영향범위는 지반의 비배수점착력보다는 층 두께의 영향을 크게 받는 것으로 나타났으며, 층 두께의 평균 1.35배로 분석되었다. 또한 사례지구와 같은 대칭단면의 도로에 적용했을 때 상부 성토 영향폭이 감소하고 상부폭이 작아질수록 원호활동파괴에 대한 위험이 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 얻어진 결과를 통해, 측방유동의 발생으로 인한 전단파괴를 예방하기 위한 지반개량 범위와 심도를 결정, 수치모델링을 통해 안정성 확보여부와 적용성을 검증, 측방유동의 영향인자에 대한 수치모델링 결과를 활용한 성토단면의 안정성 확보 및 유지관리 방안 수립에 필요한 자료를 제시하였다.

상향식 비탈면 보강공법 적용에 따른 지하수위 저감 효과 분석

윤현준 ( Hyeonjun Yoon ),백원진 ( Wonjin Baek ),이성열 ( Sungyeol Lee ),고화빈 ( Hwabin Ko ),임중재 ( Joungjae Lim ),신영수 ( Youngsoo Shin ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-

현재 비탈면의 안정성 확보를 위한 대책공법으로는 주로 전단강도를 증가시키는 공법이 적용되고 있으며, 배수를 통한 지하수위 저감 문제는 부수적으로 다루고 있는 실정으로 강재를 비탈면에 보강하는 공법과 수평다발관 등의 배수재를 병행해서 시공하는 공법들이 사용되고 있다. 전단강도의 보강공법과 배수공을 통한 지하수위 저감공법의 병행시공으로 인한 비탈면의 복잡한 구조형성과 보강공법은 비탈면 토질을 단단하게 결속하는 반면 배수공은 비탈면토질의 이완을 유발하는 이중성을 갖고 있는 모순이 발생하기도 한다. 본 연구에서는 기존 경사배수재의 장점인 지하수위 저감효과와 단점으로 인식되는 비탈면내 토사유실을 방지할 수 있는 역경사 시공에 의한 배수기능과 필터기능을 겸비한 보강재를 연구, 개발하였다. 개발된 보강재의 역경사 매설각도에 따른 효율적인 배수효과를 검증하기 위해 현장조건을 반영한 모델지반과 보강재의 매설각도의 변화가 안정성 및 지하수위 저하 특성에 미치는 영향에 대한 수치모델링을 수행하였다. 그 결과 개발된 보강재의 도입으로 무보강에 비해 안전율이 크게 상승된 것으로 나타났다. 보강재의 현장 적용성을 검토하기 위해 성토 비탈면을 조성하여 실시한 현장실험결과, 강우시 보강재 매설에 의해 무보강에 비해 약 11~18%의 지하수위 저감 효과가 나타났으며, 보강재의 매설각도를 비교하였을 때, 40°에서 약 8%의 지하수위 저감 효과가(크게) 발휘되는 것으로 나타났으며, 보강재의 매설각도를 10°~60°까지 적용하여 안전율과 지하수위 저감율, 비탈면 경사(1:1.4, 1:1.5, 1:1.6)의 영향, 대규모 비탈면 조건으로 경사도가 1:1.4인 비탈면을 2단(10m)으로 설정하여 보강재의 효과를 비교했을때 1:1.6의 비탈면 경사에서 가장 높은 지하수위 저감량이 나타났다. 본 연구에서 개발된 보강재와 기술을 실제 용출수가 예상되는 절·성토 비탈면에 적용하였을 경우, 경제성 및 시공 성과 토사유실의 방지를 도모함으로써 표층 유실을 방지할 수 있을 것으로 기대된다.

인천 및 광양항 점성토의 지반공학적 특성 비교

이성열(Lee, Sungyeol),백원진(Baek, Wonjin),고화빈(Ko, Hwabin),김대호(Kim, Daeho),임길상(Lim, Gilsang),임중재(Lim, Joungjae) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.5

최근 해안지역을 중심으로 단지조성 및 배후지구 시설에 대한 설계 및 시공이 증가하고 있다. 하지만, 해안지역은 초연약 지반의 특성을 가지며 부지 확보를 위한 지반의 개량이 필수적으로 요구된다. 정확한 지반의 개량을 위해서는 점성토 지반의 불교란 시료를 확보하여 실내실험을 통한 지반공학적 특성을 규명해야한다. 기존의 연구결과에 따르면 국내의 경우 점성토 지반은 퇴적환경에 따라 지역별 지반정수 특성의 차이가 나타날 것으로 판단된다. 본 연구에서는 서해안의 인천 및 남해안의 광양지역의 해성점토에 대한 물리⋅역학적 특성을 비교/분석하여 대표적인 특성을 정리하고자 하였다. 이를 위하여, 설계 및 시공 시 수행된 지반조사 결과를 취합하여 인천지역 445개소, 광양지역 844개소의 data를 이용하여 두 지역의 물리⋅역학적 특성을 비교하고, 액성한계와 자연함수비, 유효상재하중과 선행압밀하중, 압축지수와 액성한계, 압축지수와 자연함수비의 회귀 분석을 통한 상관식을 도출하였다. 그 결과, 광양지역의 점토에서 점토분이 상대적으로 우세한 것으로 나타났으며, 자연함수비, 액성한계, 소성지수, 액성지수, 초기 간극비, 압축지수가 큰 값을 나타냈다. Recently, there has been an increase in the number of projects involving the planning and construction of business complex facilities and land development in coastal regions. However, coastal regions are characterized by very soft clay soil. Consequently, such clay soil needs to be augmented for facilitating land procurement. Furthermore, to realize land improvement, the associated geotechnical characteristics need to be analyzed through laboratory tests by acquiring pristine samples of cohesive soil. According to the results obtained from previous studies, the characteristics of the cohesive soil found in Korea can vary depending on the region and depositional environment. The objective of this study is to examine the representative physical and mechanical characteristics of marine clay found in Namhae coast (Gwangyang) and Seohae coast (Incheon) by comparing and analyzing these characteristics. To this end, land examinations were conducted during planning and construction, and data were gathered from 445 sites in Incheon and 844 sites in Gwangyang for comparing the associated physical and mechanical characteristics. Subsequently, by conducting regression analysis, equations of correlation between liquid limit and natural water content, effective surface load and pre-consolidation load, compression index and liquid limit, and compression index and natural water content were deduced. The obtained results indicate that compared to the soil found in Incheon, the clay fraction, natural water content, liquid limit, plasticity index, liquidity index, initial void ratio, and compression index of the soil found in Gwangyang are higher.