원심모형실험을 활용한 보축제체의 연약지반 침하특성 = Settlement Characteristics of Soft Foundation for Enlargement Levee using Centrifugal Model Test

국문 초록 (Abstract)

최근 전 세계적으로 기후변화의 영향으로 국지성 집중호우가 발생하고 있으며, 그러한 집중호우는 과거 설계된 제방의 붕괴를 야기 시킨다. 제방의 붕괴는 인적, 물적인 심각한 피해를 야기하고 있어, 제방 안정성에 대한 연구가 필요하다.
제방의 안정성을 향상시키기 위해 다양한 제방 보강 방법이 활용된다. 그 중 제방 단면을 증축시키는 보축공법이 다양하게 적용되고 있다. 작게는 투수성을 보강하기 위해 얇은 면을 보강하기도 하며, 크게는 도로 등을 같이 건설 하여 보축하는 경우도 있다. 이러한 보축이 요구되는 제방의 기초는 상당수가 연약한 충적층이 형성되어 있는 경우가 많이 있으며, 특히 하류로 갈수록 연약지반상에 놓여 있는 제방을 흔히 볼 수 있다. 본 논문은 실제 도로가 설치된 보축된 현장을 참고하여, 보축으로 인한 기초연약지반에 미치는 영향과 성토되는 과정에서의 침하 특성을 파악하기 위하여 원심모형실험을 수행하여 연약지반의 침하거동을 분석하였다. 그리고 기초지반은 원심모형실험이 끝나고 채취되어 압밀 실험 수행하였다.
모든 원심모형실험 단계는 3단계로 나누어 실험을 행하였다. 기초지반을 모사하고, 일정기간 이후 기존제체를 모사하였으며, 기존제체의 안정화 기간 이후 보축제체에 대한 원심모형실험을 수행하는 순차적인 실험을 행하였다.
실제와 유사한 조건을 원심모형실험을 통하여 재현할 수 있었으며, 보축으로 인한 침하는 보축부에서 크게 나타나는 거동 특성을 나타내었다. 하지만 기존 제체부와 보축 제체부의 기초지반 전체 침하는 기존제체의 성토고가 낮음에도 불구하고 유사하게 나타났다. 이는 기존 제체와 보축 제체의 축조 시간경과 차이 때문으로 이를 고려하는 것이 필요할 것으로 판단된다.
압밀시험 결과 선행압밀압력은 기존제체와 보축제체의 성토고가 가장 높은 구간의 하부연약지반에서 크게 나타났다. 기초지반은 상재압의 영향을 받은 상단부와 상재압 및 자중의 영향을 받은 하단부 보다 중앙에서 비교적 작은 선행압밀압력을 받은 것으로 나타났다.
이러한 결과를 볼 때 제방에 보축공법을 적용하기 위한 원심모형실험을 수행할 경우 실제와 유사한 조건을 고려하여 3단계로 나누어 순차적인 원심모형실험을 행하는 방법이 타당할 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Catastrophic natural disasters with torrential downpour and flooding have been recently growing due to climate change over the world, leading to failures of river embankment and levee. These critical failures resulted in huge casualties and damages to property. These disasters have considerably threatened our living environments and safety.
There are many ways to improve the levee stability. One of widely used method is the enlargement of embankment. Shallow impermeable face can be attached at the slope to increase the infiltration resistance and massive embankment can be constructed beside the existing embankment for constructing road and increasing the levee stability. Among them, many of the existing embankments were on soft ground foundation. In this study, the foundation settlement of the enlarged embankment induced by the staged construction on the existing embankment was simulated using centrifuge model tests and consolidation tests were performed with foundations extracted after the centrifuge test. Settlement characteristics of foundation was analyzed with these data.
The centrifuge experimental procedure consisted on three steps. Before constructing the existing embankment, soft foundation was constructed using kaolin clay and stabilized. 1st Settlement test was performed with the existing embankment and then 2nd settlement test was performed after constructing the enlarged embankment.
Settlement trend in the tests and the real site were similar and settlement of foundation under the enlarged embankment was biger than that under the existing embankment in 2nd settlement test, however total settlement of both foundations under the existing and enlarged embankment through whole tests was similar even the size of embankment was different. This is due to the consolidation time of each test and it would be need to consider about this effect.
The preconsolidation pressure of the foundations under the both crests was higher than the others through the consolidation test.
Through this research, centrifuge tests were performed well with three steps considering the real site and staged construction on soft foundation and analysis with material properties from the consolidation tests were matched well with centrifuge tests.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 연구배경 및 목적 1
• 2. 연구동향 3
• Ⅱ. 이론적 배경 5
• 1. 원심모형실험 5
• 2. 압밀시험 원리 및 연약지반의 압밀특성 16
• Ⅲ. 원심모형실험 및 압밀시험 24
• 1. 모델 선정 25
• 2. 축조 재료 26
• (1) 제체 재료 26
• (2) 기초 지반 재료 28
• 3. 원심모형실험 29
• (1) 실험 장비 29
• (2) 실험 방법 및 과정 30
• 1) 모형 토조 30
• 2) 기초지반 31
• 4. 압밀시험의 시료채취 및 시험과정 39
• Ⅳ. 결과 및 분석 42
• 1. 원심모형실험에 의한 침하분석 42
• (1) 기존 제체의 원심모형실험 42
• (2) 보축 제체의 원심모형실험 44
• (3) 기초지반의 침하 45
• 2. 압밀시험에 의한 연약지반의 압밀거동 특성 53
• (1) 압밀 특성 53
• 1) 함수비의 변화 56
• 2) 선행압밀압력 57
• 3) 압축지수 59
• Ⅴ. 결 론 61
• 참 고 문 헌 63
• ABSTRACT 65