규정하고,그 이후부터는 측방변위량이 급격한 증가경향을 나타낸다고 하였다.
이러한 한계하중은 점성토 지반의 비배수전단강도를 기준으로 정의하고 편재하중이 한계하중을 초과할 경우 측방유동의 가능성이 있다고 판정한다.또 소성상태에서 지반의 침하량과 측방변위량이 극단적으로 증대하여 국부적인 활동파괴를 나타 낼 때의 하중을 극한하중으로 규정하였다.
Heaving Settlement
Soft ground
Bearing stratum Embankment
Lateral deformation Sliding circle
그림 2.1도로성토하부 연약지반의 측방유동 및 활동파괴현상 개략도(Hong,2005)
그림 2.2연약지반의 침하와 측방변위의 관계(Leroueiletal,1990)
한계하중 및 극한하중은 지반의 탄성평형과 소성평형상태에서의 재하중과 지반의
그림 2.3성토 중앙부 직하에서의 유효응력경로(Leroueiletal.,1990)
하중이 증가되어 항복면(P´)에 이르면 정규압밀점토로서 소성적인 거동을 하게 되며 응력경로 P´F´를 따르게 되는데,이때는 비배수상태로서 과잉간극수압이 증가하며 측방변위가 매우 크게 된다.시공이 계속되면 과잉간극수압이 계속 증가하게 되고 소성적인 거동이 지속되다가 결국 F´에 이르러 국부파괴가 유발되며, 이후에 응력경로는 F´R´과 같이 되어 변형연화거동(strainsofteningbehavior)현상이 나타난다.만일 중간에 공사를 중단하고 장시간 방치하면 간극수압이 소산되면서 응력경로 A´B´를 따라 지반은 안정화가 되는데 이때의 측방변위는 연직변위에 비해 작아진다.
이와 같은 현상을 확인하기 위해 Tavenasetal.(1979)은 총 21개소의 성토구간에 대한 현장계측 결과를 토대로 연약지반의 침하량과 측방유동량 사이의 관계를 분석하였다.Tavenasetal.(1979)이 제시한 연약지반 상 성토 시 침하량과 측방 유동량 사이의 관계를 정리하면,그림 2.4와 같이 나타낼 수 있다.
그림 2.4에서 알 수 있는 바와 같이 하중의 초기단계(O´P´)에는 비교적 빠른 배수로 측방변위량이 연직침하량에 비하여 작지만[Δym=(0.18±0.09)Δs],성토하중이 증가하면 정규압밀(NC)상태로 변화되며,공사의 종료단계(P´A´)에서는 비배수 상태로 거동하게 되어 측방변위량이 급격히 증가하고 그 크기는 연직변위량과 거의 같아진다[Δym=(0.91±0.2)Δs].
그림 2.4최대 측방변위와 침하량의 관계(Tavenasetal.,1979)
또한 공사완료 후 장시간 방치시킨 경우(A´B´)에는 배수상태로서 연직변위량에 비하여 측방변위량이 작아진다[Δym=(0.16±0.02)Δs].이와 같은 계측결과는 그림 2.3의 응력경로를 이용하여 설명한 결과와 매우 유사한 거동을 보임을 알 수 있다.
성토 후 장기간 방치시킬 경우,연직침하 증분량 Δs와 수평변위 증분량 Δym은 대략 Δym=(016.±0.02)Δs의 선형관계가 성립됨을 보았는데,Δym과 Δs의 관계는 성토체의 기하학적 형상에도 영향을 받는 것으로 나타났다.연약지반 상에 성토를 한 13개소에 대한 계측사례 분석결과에 의하면 성토 법면의 경사각(β)과 ξ ( )의 관계는 그림 2.5와 같이 나타난다.단,이때의 성토사면 안전율은 1.25～1.5범위에 있는 경우이다(Tavenas& Leroueil,1980).
또한 Tavenas& Leroueil(1980)은 시험성토에 대한 장기간(약 3～17년)에 걸친 계측결과,측방변위의 깊이에 따른 분포형태는 압밀기간 중에 거의 변화가 없다는 사실을 발견하였다.이와 같이 성토후 장기압밀기간 중 연직침하량과 수편변위량은 일정한 비례관계를 유지하며,또한 측방변위의 깊이에 따른 분포형태가 변하지 않는다는 연구결과로부터,시공 완료 후 제방의 공용기간(lifetime)동안 발생될 수 있는 최대 측방변위증분의 상한치(upperlimit)를 식 (2.1)로부터 산정할 수 있다.
Δy
여기서, S :공사완료시에 관측된 총침하량 ξ :형상계수(그림 2.5참조)
Sc:예상 총침하량 =
´´
´
´
:지반의 초기 간극비
:1차압밀 완료시 간극비 H :점토지반의 두께
Ca:2차압축지수 Cc:압축지수 Cs:재압축지수 σp´:선행압밀하중,
σvo´:지반의 초기하중(토피하중) Δσv:상재하중,
:1차압밀 완료시 시간
:2차압밀 완료시 시간
그림 2.5사면경사각과 의 관계(Tavenas& Leroueil,1980)
1.2연약지반 측방유동 판정법
이 그림에 의하면 A구역은 측방유동이 적게 발생되어 안정된 경우이며 B구역은 측방유동이 크게 발생되어 불안전한 경우에 해당된다.또한 성토규모(H/B)가 1.15로서 큰 경우는 사면안전율(Fs)가 1.4이하일 때 무차원계수 R은 0.15이상이고 성토규모(H/B)가 0.14인 경우는 사면안전율(Fs)이 1.2이하일 때 R값이 0.15이상으로 되었다. 따라서 측방유동을 방지하려면 성토규모(H/B)에 따라 사면안전율이 Fs=1.2~1.4이상이 되어야함을 보여주었다.
그림 2.6사면안전율과 R과의 관계(Marche& Chapuis,1974)
그림 2.7R과 H/B의 관계(Oteo,1977)
한편,Oteo(1977)는 무차원계수 R과 성토규모를 나타내는 H/B와의 관계를 20
그림 2.8사면안전율과 consistency index의 관계(Franke,1977)
그림 2.9비배수전단강도와 뒤채움높이의 관계(Tschebotarioff,1973)
1.2.2교대의 측방이동 판정법
표 2.2교대 측방이동 판정법(Hong andLee,2009)
및 Wahls(1990)는 캐나다 및 미국의 교대에 대한 현장조사를 통해 교대의 허용
단(1978)에서 제안한 원호활동저항비 Fc는 사전에 원호활동면을 가정(성토 선단
1)뒤채움 성토부
성토중량을 경감시키는 방법으로는 첫번째 성토부에 빈공간을 조성하는 것으로
(역 T 형식,중력식 등을 칭함)가 조사 대상이었으나,벽식 교대에서 교대이동이
침하량(sv)와 성토사면선단부 연약지반의 최대 측방변위량(ym)및 성토하중(q)을
& Mieussens.,1979).따라서 성토안정관리 시 이를 염두에 두어야 한다.
그림 2.10연약지반 측방유동 모형실험장치 계통도
모형실험결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
1)연약지반 상 성토 하중을 증가시킬수록 최대 수평변위 발생위치가 점차 지표로 부터 깊어진다.즉,최대 수평변위의 크기가 커질수록 그 발생위치는 지표면에서 보다 깊은 지점에 형성됨을 알 수 있다.
2)연약지반 상 성토하중 재하로 인한 지중 최대 수평변위는 선단부에서 가장 크고,선단부에서 멀어 질수록 수평변위의 크기가 거의 선형적으로 감소하며, 성토하중 재하가 지중 측방변위 발생에 영향을 미치는 영향거리는 재하선단부로 부터 재하 폭의 2배까지이다.
3)성토시공 속도 및 연약지반의 강도특성이 기초 연약지반의 변형 거동에 크게 영향을 미침을 알 수 있다.즉,연약지반의 강도가 작고 성토하중 재하속도가 빠를수록 기초연약지반의 변형이 크게 발생하게 된다.
4)침하량과 최대수평변위관계에서는 Tavenas etal.(1979)가 제안한 경험식의 상한선과 유사하게 거동하고 있으나 성토하중이 클수록 침하량에 따른 최대수평 변위량의 기울기는 증가하고 있어 성토재하속도가 빠를수록 기초연약지반의 변형이 크게 발생하는 것으로 나타났다.
2.연약지반 측방유동의 영향을 받는 구조물
1)교대 배면의 뒤채움으로 인한 상재압이 연약지반 비배수전단강도의 3배보다
아산항,울산항,여수항,부산신항 등에 적용된 바 있다.이러한 안벽구조물의
2.3매설관의 측방이동
5)한편 홍원표,한중근,배태수(2002)은 측방유동지반 속 지반매설관에 작용하는
2)도로성토시 연약지반의 측방유동판정법에 관한 기존연구인 Marche& Chapuis 법과 Oteo법,Tschebotarioff법 등에 관한 내용을 정리하여 국내연약지반상에 성토시 측방유동 판정법을 정량적으로 판단하기 위한 방법을 제시하고자 심도있게 분석하였다.아울러 교대 측방유동 판정법에 대해서도 연약지반 상 성토 시 측방 유동판정법과 함께 고찰하기 위해 검토하였다.
3)또한,연약지반 상에 성토 시 설계단계 및 시공단계에서 측방유동 가능성이 크다고 판단할 때 대책공법에 대해서도 검토하였으며,대책공법의 기본원리로부터 측방유동에 미치는 영향을 분석하였고,이에 따라 개량원리 별 대책공법과 영향요인 별 개량방법을 연구하였다.
4)연약지반 상에 성토 시 측방유동에 대한 판정법과 대책공법을 강구하기 위해서는 연약지반 상 성토하중에 의해 하부지반의 변형거동을 알아야하므로 홍원표 등 (2006),및 이광우(2006)가 수행한 연약지반 변형거동 모형실험 결과로부터 연약지반 상에 성토 시 침하량과 수평변위관계를 검토하였다.
5)상기 4)의 실내시험 결과를 바탕으로 연약지반 상 성토 시 연약지반의 측방 유동에 의해 구조물에 영향을 미치는 사례로 교대의 측방이동(홍원표 등,2006)과 호안구조물의 측방이동(이광우,2006)및 매설관의 측방이동(홍원표과 김재홍, 2010)의 연구를 검토하였으며 또한,김재홍(2010)이 성토하중에 의한 주변지반의 변형거동을 현장실험한 결과도 함께 검토 하였다.
따라서 연약지반상 성토시 측방유동이 인접지반과 구조물에 미치는 영향이 크므로 측방유동판정법의 제정이 필요한 실정이라고 판단된다.