Analysis of Soil Mechanical Characteristics according to the Geological Condition in JangHeung Area

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(1)한국토목섬유학회논문집 제9권 1호 2010년 3월 pp. 1 ∼ 11 J. Korean Geosynthetics Society Vol.9 No.1 March. 2010 pp. 1 ~ 11. 지질조건에 따른 장흥지역 토질의 공학적 특성 분석 Analysis of Soil Mechanical Characteristics according to the Geological Condition in JangHeung Area 1. Song, Young-Suk. 2. Yun, Jung-Mann. 송 영 석* 윤중만. ABSTRACT The soil mechanical characteristics according to geologic conditions were investigated in the study area. The geology of study area was consisted of Ingok Tuff, Yuchi Conglomerate and Dado Tuff. Yuchi Tuff covered about 80% of the study area. The disturbed and undisturbed soils were sampled from the conglomerate area, Tuff area and Shale area, and then a series of the laboratory soil tests was performed. The soils sampled from the conglomerate area have a large dry unit weight and a low permeability relatively, while the soils sampled from tuff and shale areas have a small dry unit weight and a high permeability. It is proven that the soil permeability is highly affected by the effective grain size and the silt and clay content. That is, the soil permeability is increased with increasing the effective grain size, and the soil permeability is decreased with increasing the silt and clay content.. 요. 지. 본 연구에서는 대상지역에 대한 지질조건에 따른 토질특성을 조사하였다. 대상지역의 지질은 인곡응회암, 유치역암, 다도응회 암 등으로 구분되며, 유치역암은 대상지역의 약 80%를 점유하고 있다. 대상지역에 주로 분포하고 있는 역암, 응회암 및 세일구 간에 대하여 비교란 및 교란시료를 채취하고 각종 실내토질시험을 실시하였다. 역암지역의 경우 건조단위중량이 크고 투수계 수가 작으며, 응회암 및 셰일 지역의 경우 건조단위중량이 작고 투수계수가 큼을 알 수 있다. 흙의 유효입경과 세립토함유량은 흙의 투수계수에 많은 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 즉, 흙의 유효입경이 증가함에 따라 흙의 투수계수는 증가하고, 흙의 세립토 함유량이 증가함에 따라 투수계수는 감소하게 된다. Keywords : Soil mechanical characteristics, Conglomerate, Tuff, Shale, Permeability. 1. 서 론. 을 가지며, 풍화잔류토나 퇴적물들은 산사태 지역의 암석 풍화에 의하여 생성되므로 암석을 구성하고 있는 광물성. 자연사면에서 암반층위에 존재하는 상부토층은 대부분. 분에 따라 토질특성이 다르게 나타난다(김원영 등, 1998;. 기반암의 풍화현상에 의해 형성된 것으로서 이들은 풍화. 김경수 등, 2000, 2006; 김경수, 2007). 그러므로 산사태의. 정도 및 지질조건에 따라 공학적 특성이 달라지게 된다. 발생을 예측할 경우에도 지질조건을 고려하여 수행되어야. (Hutchinson, 1988). 그리고 상부토층은 기반암 상부의 풍. 할 것이다(채병곤 등, 2004; 송영석 등, 2008).. 화잔류토와 퇴적물질 및 일부 풍화암편으로 구성되는데,. 송영석 등(2007)은 2002년 태풍 “루사” 및 2003년 태. 이들 물질들은 산사태가 일어나는 지역의 지질과 연관성. 풍 “매미”에 의해 산사태가 집중적으로 발생된 강릉, 마. 1* 정회원, 한국지질자원연구원 지구환경연구본부 선임연구원 (Member, Senior Researcher, Geologic Environment Division, Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources, E-mail: [email protected]) 2 정회원, 안산공과대학 건설계열 부교수 (Member, Professor, Geological & Environmental Hazards Division, Korea Institute of Geoscience & Mineral Resources). 지질조건에 따른 장흥지역 토질의 공학적 특성 분석. 1.

(2) 천 및 거창지역으로 지질조건에 따른 토질특성을 조사한. 에서는 능선을 따라 암반 노두가 잘 발달되어 있고 가파른. 바 있다. 강릉지역 및 거창지역의 경우 모암이 화강암으. 산지의 사면을 따라 곳곳에 노두와 전석들이 분포하고 있. 로 구성되어 있으며, 마천지역의 경우 반려암으로 구성되. 다. 이 지역의 지질은 주로 중생대의 역암으로 구성된 퇴. 어 있다.. 적암과 화산암으로 구성되는데 두 암석 모두 노두 발달상. 대상현장은 전라남도 화순군 도암과 장흥군 유치간의. 태가 양호하게 발달되어 있다. 도로설계 구간을 따라 가장. 지방도 도로공사현장으로 험준한 산악지형을 이루고 있으. 넓은 분포를 보이는 암석은 역암으로서 이 암석은 터널 입. 며, 지역 내의 최고 및 최저표고차가 약 350m에 달해 가파. 구와 출구지역을 포함한 전체 설계구간의 4/5 정도의 분포. 른 산지 경사면을 형성하고 있다. 그리고 대상현장의 지질. 를 보이고 있다. 지표에서의 풍화상태로 미루어 풍화대의. 조건은 주로 중생대의 역암으로 구성된 퇴적암과 화산암. 깊이는 1m 내외로 비교적 얕을 것으로 판단된다. 역암 다. 으로 구성되는데 두 암석 모두 노두 발달상태가 양호하게. 음으로 넓게 분포하는 화산암은 괴상(massive)의 분포양. 발달되어 있다.. 상을 보이고 풍화깊이도 역암과 마찬가지로 얕을 것으로. 본 연구에서는 대상지역에 대한 지질조건에 따른 토질. 기대된다.. 특성을 조사하고자 한다. 따라서 대상지역에 주로 분포하 고 있는 역암, 응회암 및 세일구간에 대하여 비교란 및 교. 2.2 시료채취 및 토질시험. 란시료를 채취하고 각종 실내토질시험을 실시하였다. 이 들 실험결과를 통하여 대상지역 토질의 지질조건별 공학. 대상현장의 토질에 대한 특성을 위해 연구지역 내 총. 적 특성을 조사 및 분석하고, 각 물성간의 차이점과 상관. 25개소에서 불교란 흙을 채취하였으며, 토층시료의 채취. 관계를 검토하고자 한다.. 위치는 그림 2와 같다. 토층시료는 HJ-0 ～ HJ-25까지 지 질별로 구분하여 채취하였다. 토층시료의 채취위치를 지 질별로 구분하면 역암지역 12개소, 응회암 및 셰일지역 13. 2. 현장개요 및 토질시험. 개소(응회암 구간 10개소, 셰일 구간 3개소)로 나타낼 수 있다.. 2.1 연구대상지역. 토층시료는 표토를 제거한 후 40-60cm 깊이에서 교란 연구지역은 전라남도 화순군과 장흥군의 분수령을 경. 및 불교란시료를 각각 채취한다. 교란시료는 비닐팩을 이. 계로 험준한 산악지형을 형성하는 지역이다. 그림 1은 대. 용하여 채취하였으며, 불교란시료는 스테인레스(stainless). 상현장의 3차원 위치도를 나타낸 것으로 지역 내의 최고. 로 제작한 직경 10cm, 높이 6cm 크기의 원통형 몰드(ring. 및 최저 표고 차가 약 350m에 달해 가파른 산지 경사면을. sampler) 및 상하부 캡을 이용한다. 특히, 투수시험용 불교. 형성하고 있다. 이러한 지형상의 특성과 부합하여 이 지역. 란시료는 직경 10cm, 높이 13cm 크기의 원통형 몰드를. 그림 1. 연구지역의 3차원 위치도. 2. 한국토목섬유학회논문집 제9권 제1호.

(3) 사용하여 채취한다. 한편, 모든 시료는 현장조건이 최대한. 실시하였으며, 불교란 시료는 밀도시험을 실시하여 간극. 유지되도록 밀봉한 상태로 실험실로 운반하여 실내시험에. 비, 공극율, 포화도 및 밀도를 측정하였고, 전단특성 분석. 이용된다. 그림 3은 원통형 몰드를 이용하여 시료를 채취. 을 위해 직접전단시험을 실시하였다. 특히, 투수계수는 경. 하는 모습을 나타낸 것이다.. 험식에 적용한 간접적인 방법에 의해 산정하였는데, 기 제. 연구지역에서 채취한 흙 시료 중에서 교란시료는 비중,. 안되어 있는 여러 가지 경험식들 중에서 사질지반의 투수. 함수비, 입도분석, 액성한계 및 소성한계 등의 물성시험을. 계수 산정에 활용되고 있는 Taylor(1948)의 식 (1)을 이용 하였다. 제반 시험방법은 KS 및 ASTM의 관련기준(KS F 2306, KS F 2308, KS F 2303, KS F 2304, KS F 2309, KS F 2343 등)을 따라 수행하였다.           . (1). 여기서,  : 흙입자의 유효입경(cm),  : 물의 점성계수 (g ∙ sec/cm2),  : 형상계수,  : 간극비. 3. 지질특성 그림 4는 대상지역의 지질도를 나타낸 것이다. 그림에. 그림 2. 시료채취 위치도. 그림 3. 원통형 몰드(ring sampler)를 이용한 시료채취. 그림 4. 연구지역 지질도. 지질조건에 따른 장흥지역 토질의 공학적 특성 분석. 3.

(4) 서 보는 바와 같이 대상지역의 지질은 시대미상의 화강암. 는 것으로서 그 분포범위가 상당히 넓다. 그림 6에서 보는. 질 편마암과 이와 관계미상의 고생대 규암(용암산층), 석. 바와 같이 암석의 기질(matrix)은 주로 응회암질 물질로. 영편마암과 함탄층(오산리층), 고생대 지층과 부정합 관. 구성되어 있고, 역은 화산암, 변성암 등의 암석으로 구성. 계의 중생대 백악기 응회암(인곡응회암), 이를 부정합으. 된다. 역암 내 역의 분포는 지역에 따라 다르나 대체로. 로 덮는 역암층(유치역암), 응회암과 셰일 혼합층(다도응. 60-70% 정도를 차지하고 일부 구간에서는 20% 미만의. 회암), 그리고 이들을 소규모로 관입한 중성맥암으로 구. 구성비율을 보인다. 역의 분급은 불량하며, 크기는 평균. 성된다.. 5×7cm 정도이나 최대 50cm에 이르는 것도 관찰된다. 역 의 원마도는 둥근(rounded) 또는 약간 둥근(sub-rounded). 3.1 응회암(인곡응회암). 양상을 보인다. 지층의 주향 경사는 N5-30°E, 10-20°NW 내지 SE로 나타나 지층경사가 상당히 완만한 것을 알 수. 이 암석은 연구지역 남쪽에서 북북동 방향으로 좁고 긴. 있다. 이 암석은 입자가 매우 치밀하게 구성되어 있고 풍. 대상분포를 하고 있다. 그림 5에서 보는 바와 같이 대부분. 화양상도 중간 풍화(moderately weathered) 내지 약한 풍. 암회색을 띄는 신선한 노두상태를 나타내며, 대체로. 화(slightly weathered)의 상태를 보이며, 기반암 상부의 풍. 20-30cm의 풍화심도를 가진다. 그러나, 일부 구간에서는. 화토 두께가 1m 미만으로 얇게 분포한다.. 열수변질에 의해 심한 풍화상태를 보이기도 한다. 이 암석 은 전형적인 용결응회암(welded tuff)의 조직을 가지며, 육. 3.3 응회암 및 셰일 혼합층(다도응회암). 안 관찰에 의하면 암석 강도가 강하고 풍화속도가 비교적 느린 것으로 판단된다. 일부구간에서는 N36°E, 66°NW. 그림 7은 대상지역의 다도응회암을 나타낸 것으로, 적. 방향과 N80°E, 85°NW 방향의 절리가 우세하게 발달한. 색의 응회암과 셰일층이 교호하며 발달하는 지층이다. 그. 다. 이들 절리는 모두 전단절리이며, N36°E 방향의 절리. 리고 N20-50°E, 5-15°NW 또는 SE 방향의 주향 경사를. 는 N80°E 방향 절리를 절단하며 연장성이 좋고 약 35cm. 가지나, 곳에 따라서는 N30-40°W, 10-20°NE의 주향 경. 의 절리간격을 가진다. 절리면 상태는 대체로 신선하고 면. 사를 나타내기도 한다. 이는 지층의 경사가 매우 완만한. 의 거칠기는 평면형 거침(planar rough) 내지 물결형 거침. 상태에서 소규모 단층에 의한 미약한 지층 변형 또는 관입. (undulating rough)의 양상을 보인다.. 암의 관입에 기인하는 것으로 생각된다. 이 응회암은 용결 조직을 띄지 않아 인곡응회암과 구분이 용이하다. 응회암. 3.2 역암(유치역암). 과 셰일의 구성비율은 약 70:30 정도로 응회암의 구성비 가 더 우세하나, 지역에 따라서는 거의 비슷한 구성비를. 이 암석은 연구지역 내 도로 노선의 80% 정도를 차지하. 그림 5. 인곡응회암. 4. 한국토목섬유학회논문집 제9권 제1호. 보이는 곳도 있다.. 그림 6. 유치역암.

(5) 의 공학적 특성을 조사하였다. 역암지역의 경우 총 12개소 에서 채취된 흙을 이용하여 토질시험을 수행하였다. 표 1 은 역암지역에서 채취된 흙의 비중, 함수비, 애터버그 한 계, 입도분석결과를 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같 이 역암지역에서 채취된 흙의 비중은 2.63～2.71의 범위 에 있으며, 평균적으로 2.65인 것으로 나타났다. 채취된 흙의 함수비는 10.07～19.57%의 범위에 있으며, 평균적 으로 15.47%인 것으로 나타났다. 액성한계는 28.44～ 37.61%의 범위에 있으며, 평균적으로 32.04%인 것으로 나타났다. 그리고, 소성지수는 6.10～14.46의 범위에 있으 며, 평균적으로 10.21인 것으로 나타났다. 한편, 입도분. 그림 7. 다도응회암. 석결과 역암지역의 토질은 자갈이 6.68～21.82%(평균 14.36%), 모래가 73.76～90.59%(평균 82.54%), 실트 및. 이 지층은 역암층과의 명확한 경계를 관찰할 수 없으나,. 점토가 1.13～8.17%(평균 3.10%)로 구성되어 있으며, 통. 역암층과 다른 점은 응회암 내 역의 분포가 현저히 감소하. 일분류법(USCS)에 의해서는 SW 혹은 SP로 분류된다.. 여 역을 관찰하기 어려운 점을 감안해 지층별 분포양상을. 표 2는 역암지역에서 채취된 흙의 간극비, 공극률, 포화. 구분하였다. 암석의 풍화는 중간 풍화 내지 약한 풍화의. 도, 단위중량의 물리적 특성시험 결과와 투수계수, 전단강. 상태를 보이고 있으며, 풍화토층의 두께는 최대 1m정도에. 도의 역학적 특성시험 결과를 나타낸 것이다. 표에서 보는. 이르러 역암과 유사한 양상이다.. 바와 같이 역암지역에서 채취된 흙의 간극비는 0.64～ 1.13의 범위에 있으며, 평균적으로 0.86인 것으로 나타났. 4. 토질시험 결과. 다. 채취된 흙의 공극률은 56.29～85.79%의 범위에 있으 며, 평균적으로 72.94%인 것으로 나타났다. 포화도는. 4.1 역암지역. 29.50～71.81%의 범위에 있으며, 평균적으로 49.29%인 것으로 나타났다. 흙의 건조, 습윤 및 포화단위중량은 각. 연구지역의 역암지역에서 채취된 흙을 이용하여 토질. 표 1. 역암지역 토질의 물리적 특성 Sample No. Specific Gravity. Atterberg Limits. Grain Size Analysis (%). Moisture Content (%). LL. PL. PI. Gravel. Sand. Silt/Clay. 16.75. 37.61. 31.51. 6.10. 21.58. 76.98. 1.44. SP. USCS. HJ-1. 2.67. HJ-4. 2.69. 17.14. 30.03. 21.88. 8.15. 7.70. 84.13. 8.17. SW_SC. HJ-8. 2.64. 15.03. 29.75. 18.31. 11.44. 8.31. 88.80. 2.89. SW. HJ-9. 2.64. 12.01. 30.67. 16.45. 14.22. 9.24. 89.63. 1.13. SW. HJ-10. 2.64. 15.63. 28.44. 18.08. 10.36. 21.82. 73.76. 4.42. SW. HJ-11. 2.65. 19.57. 31.06. 20.82. 10.24. 6.68. 90.59. 2.73. SP. HJ-12. 2.65. 15.89. 37.37. 30.20. 7.17. 20.90. 77.76. 1.34. SP. HJ-13. 2.64. 17.39. 29.35. 17.96. 11.39. 18.15. 79.80. 2.05. SW. HJ-14. 2.63. 15.21. 31.66. 19.72. 11.94. 19.20. 78.01. 2.79. SW. HJ-15. 2.64. 10.07. 33.01. 18.55. 14.46. 20.81. 75365. 3.54. SW. HJ-23. 2.67. 13.42. 34.59. 26.16. 8.43. 10.45. 86.14. 3.41. SW. HJ-24. 2.71. 17.54. 30.52. 21.93. 8.59. 7.50. 89.26. 3.24. SW. MIN. 2.63. 10.07. 28.44. 16.45. 6.10. 6.68. 73.76. 1.13. -. MAX. 2.71. 19.57. 37.61. 31.51. 14.46. 21.82. 90.59. 8.17. -. AVR. 2.65. 15.47. 32.01. 21.80. 10.21. 14.36. 82.54. 3.10. -. 지질조건에 따른 장흥지역 토질의 공학적 특성 분석. 5.

(6) 표 2. 역암지역 토질의 물리적 및 역학적 특성 Density (g/cm3). Sample No.. Void Ratio. Porosity (%). Degree of Sat. (%). Dry. Wet. HJ-1. 1.13. 81.38. 39.62. 1.25. HJ-4. 0.64. 56.29. 72.81. HJ-8. 0.90. 76.64. 44.28. HJ-9. 1.08. 85.79. 29.50. 1.27. HJ-10. 0.92. 77.24. 43.69. 1.38. Shear Strength. Sat.. Permeability (cm/sec).  (kg/cm ).  (o). 1.46. 1.78. 2.05E-01. -. -. 1.64. 1.92. 2.03. 1.41E-03. -. -. 1.39. 1.60. 1.86. 2.98E-02. -. -. 1.43. 1.79. 6.42E-02. -. -. 1.59. 1.85. 2.58E-02. -. -. 2. HJ-11. 0.92. 70.51. 56.51. 1.38. 1.65. 1.86. 5.60E-02. 0.025. 32.16. HJ-12. 0.70. 64.55. 60.21. 1.56. 1.81. 1.97. 4.21E-02. -. -. HJ-13. 0.77. 66.63. 59.21. 1.49. 1.74. 1.92. 1.79E-02. -. -. HJ-14. 0.88. 75.60. 45.76. 1.40. 1.62. 1.87. 1.65E-02. -. -. HJ-15. 0.79. 81.09. 33.79. 1.48. 1.63. 1.92. 1.43E-02. -. -. HJ-23. 0.93. 79.97. 38.61. 1.38. 1.57. 1.86. 1.75E-02. -. -. HJ-24. 0.69. 59.54. 68.49. 1.60. 1.88. 2.01. 1.44E-02. -. -. MIN. 0.64. 56.29. 29.50. 1.25. 1.43. 1.78. 1.41E-03. -. -. MAX. 1.13. 85.79. 71.81. 1.64. 1.92. 2.03. 2.05E-01. -. -. AVR. 0.86. 72.94. 49.29. 1.44. 1.66. 1.89. 4.21E-02. 0.025. 32.16. 표 3. 응회암 구간 토질의 물리적 특성 Sample No.. Specific Gravity. Atterberg Limits. Grain Size Analysis (%). Moisture Content (%). LL. PL. PI. Gravel. Sand. Silt/Clay. USCS. HJ-2. 2.63. 9.92. 31.02. 20.67. 10.35. 8.37. 87.24. 4.39. SW. HJ-3. 2.70. 19.11. 28.41. 19.80. 8.61. 22.73. 75.59. 1.68. SP. HJ-5. 2.72. 16.43. 28.19. 20.13. 8.06. 6.56. 87.65. 5.79. SW-SC. HJ-16. 2.71. 46.96. 28.63. 21.43. 7.20. 8.45. 87.00. 4.55. SW. HJ-17. 2.70. 20.96. 28.27. 19.15. 9.12. 4.62. 89.81. 5.57. SW-SC. HJ-18. 2.71. 16.69. 29.33. 21.05. 8.28. 6.90. 88.14. 4.96. SW. HJ-20. 2.66. 13.96. 38.75. 29.83. 8.92. 10.95. 86.23. 2.82. SW. HJ-21. 2.65. 16.10. 36.25. 29.04. 7.21. 10.03. 86.91. 3.06. SW. HJ-22. 2.67. 14.36. 38.98. 28.69. 10.29. 13.10. 84.88. 2.02. SP. HJ-25. 2.69. 29.43. 29.46. 21.82. 7.64. 4.85. 91.22. 3.93. SW. MIN. 2.63. 9.92. 28.19. 19.15. 7.20. 4.62. 75.59. 1.68. -. MAX. 2.72. 46.96. 38.98. 29.83. 10.35. 22.73. 91.22. 5.79. -. AVR. 2.69. 20.39. 31.73. 23.16. 8.57. 9.66. 86.47. 3.88. -. 각 1.25～1.64g/cm3, 1.43～1.92g/cm3 및 1.78～2.03g/cm3 3. 4.2 응회암 및 셰일지역. 3. 의 범위에 있으며, 평균적으로 1.25g/cm , 1.43g/cm 및 1.78g/m3인 것으로 조사되었다. 한편, 흙의 투수계수는. 4.2.1 응회암 구간. 1.41E-03～2.05E-01cm/sec의 범위에 있으며, 평균적으로. 연구지역의 응회암 및 셰일 지역 내 응회암 구간에서. 4.21E-02cm/sec인 것으로 나타났다. 그리고, 흙의 전단강. 채취된 흙을 이용하여 토질의 공학적 특성을 조사하였다.. 도를 측정하기 위하여 직접전단시험을 실시하였으며, 실. 응회암 및 셰일 지역 내 응회암 구간의 경우 총 10개소에. 험결과 점착력은 0.025kg/cm2 이고, 전단저항각은 32.16°. 서 채취된 흙을 이용하여 토질시험을 수행하였다. 표 3은. 인 것으로 나타났다.. 응회암 구간에서 채취된 흙의 비중, 함수비, 애터버그한계, 입도분석결과를 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같이 응. 6. 한국토목섬유학회논문집 제9권 제1호.

(7) 표 4. 응회암 구간 토질의 물리적 및 역학적 특성 Density (g/cm3). Sample No.. Void Ratio. Porosity (%). Degree of Sat. (%). Dry. Wet. HJ-2. 0.57. 71.05. 45.54. 1.67. 1.84. HJ-3. 1.20. 80.50. 42.96. 1.23. 1.46. HJ-5. 0.96. 76.07. 46.81. 1.39. 1.62. Shear Strength. Sat.. Permeability (cm/sec).  (kg/cm ).  (o). 2.04. 9.41E-03. -. -. 1.77. 3.19E-01. 0.043. 31.69. 1.88. 4.72E-03. -. -. 2. HJ-16. 1.60. 69.43. 79.52. 1.04. 1.53. 1.66. 3.10E-02. 0.072. 35.81. HJ-17. 0.85. 63.99. 66.62. 1.46. 1.77. 1.92. 6.53E-03. -. -. HJ-18. 0.91. 73.90. 49.81. 1.42. 1.66. 1.90. 7.21E-03. 0.037. 35.33. HJ-20. 0.89. 78.08. 41.53. 1.40. 1.60. 1.88. 4.05E-02. -. -. HJ-21. 0.66. 60.72. 65.06. 1.60. 1.86. 2.00. 8.60E-03. -. -. HJ-22. 0.85. 75.56. 45.18. 1.44. 1.65. 1.90. 9.72E-02. -. -. HJ-25. 0.99. 59.89. 79.91. 1.35. 1.75. 1.85. 1.80E-02. -. -. MIN. 0.57. 59.89. 41.53. 1.04. 1.46. 1.66. 4.72E-03. 0.037. 31.69. MAX. 1.60. 80.50. 79.91. 1.67. 1.86. 2.04. 3.19E-01. 0.072. 35.81. AVR. 0.95. 70.92. 56.29. 1.40. 1.67. 1.88. 5.42E-02. 0.051. 34.28. 표 5. 셰일 구간 토질의 물리적 특성 Atterberg Limits. Grain Size Analysis (%). Sample No.. Specific Gravity. Moisture Content (%). LL. PL. PI. Gravel. Sand. Silt/Clay. HJ-6. 2.70. 22.62. 37.15. 26.44. 10.71. 5.45. 86.28. 8.27. SW-SM. USCS. HJ-7. 2.65. 18.46. 40.01. 28.77. 11.24. 55.62. 41.30. 3.08. GW. HJ-19. 2.66. 15.33. 39.05. 27.96. 11.09. 59.37. 39.10. 1.53. GW. MIN. 2.65. 15.33. 37.15. 26.44. 10.71. 5.45. 39.10. 1.53. -. MAX. 2.70. 22.62. 40.01. 28.77. 11.24. 59.37. 86.28. 8.27. -. AVR. 2.67. 18.80. 38.74. 27.72. 11.01. 40.15. 55.56. 4.29. -. 회암 구간에서 채취된 흙의 비중은 2.63～2.72의 범위에. 에 있으며, 평균적으로 70.92%인 것으로 나타났다. 포화. 있으며, 평균적으로 2.69인 것으로 나타났다. 채취된 흙의. 도는 41.53～79.91%의 범위에 있으며, 평균적으로 56.29%. 함수비는 9.92～46.96%의 범위에 있으며, 평균적으로. 인 것으로 나타났다. 흙의 건조, 습윤 및 포화단위중량은. 20.39%인 것으로 나타났다. 액성한계는 28.19～38.98%. 각각 1.04～1.67g/cm3, 1.46～1.86g/cm3 및 1.66～2.04g/cm3. 의 범위에 있으며, 평균적으로 31.73%인 것으로 나타났. 의 범위에 있으며, 평균적으로 1.40g/cm3, 1.67g/cm3 및. 다. 그리고, 소성지수는 7.20～10.35의 범위에 있으며, 평. 1.88g/cm3인 것으로 조사되었다. 한편, 흙의 투수계수는. 균적으로 8.57인 것으로 나타났다. 한편, 입도분석결과 응. 4.72E-03～3.19E-01cm/sec의 범위에 있으며, 평균적으로. 회암 구간의 토질은 자갈이 4.62～22.73%(평균 9.66%),. 4.72E-02 cm/sec인 것으로 나타났다. 그리고, 흙의 전단강. 모래가 75.59～91.22%(평균 86.47%), 실트 및 점토가. 도를 측정하기 위하여 직접전단시험을 실시하였으며, 실. 1.68～5.79%(평균 3.88%)로 구성되어 있으며, 통일분류. 험결과 평균적으로 점착력은 0.051kg/cm2이고, 전단저항. 법(USCS)에 의해서는 SW 혹은 SP로 분류된다.. 각은 34.28°인 것으로 나타났다.. 표 4는 응회암 구간에서 채취된 흙의 간극비, 공극률, 포화도, 단위중량의 물리적 특성시험 결과와 투수계수, 전. 4.2.2 셰일 구간. 단강도의 역학적 특성시험 결과를 나타낸 것이다. 표에서. 연구지역의 응회암 및 셰일 지역 내 셰일 구간에서 채취. 보는 바와 같이 응회암 구간에서 채취된 흙의 간극비는. 된 흙을 이용하여 토질의 공학적 특성을 조사하였다. 응회. 0.57～1.60의 범위에 있으며, 평균적으로 0.95인 것으로. 암 및 셰일 지역 내 셰일 구간의 경우 총 3개소에서 채취. 나타났다. 채취된 흙의 공극률은 59.89～80.50%의 범위. 된 흙을 이용하여 토질시험을 수행하였다. 표 5는 셰일 구. 지질조건에 따른 장흥지역 토질의 공학적 특성 분석. 7.

(8) 표 6. 셰일 구간 토질의 물리적 및 역학적 특성 3. Density (g/cm ). Sample No.. Void Ratio. Porosity (%). Degree of Sat. (%). Dry. Wet. HJ-1. 1.08. 73.00. 56.25. 1.29. Shear Strength. Sat.. Permeability (cm/sec).  (kg/cm ).  (o). 1.59. 1.81. 5.33E-03. 0.031. 36.64. 2. HJ-4. 1.06. 79.48. 42.33. 1.28. 1.50. 1.80. 8.98E-02. -. -. HJ-8. 0.87. 77.34. 42.47. 1.42. 1.62. 1.88. 1.89E-01. -. -. MIN. 0.87. 73.00. 42.33. 1.28. 1.50. 1.80. 5.33E-03. -. -. MAX. 1.08. 79.48. 56.25. 1.42. 1.62. 1.88. 1.89E-01. -. -. AVR. 1.01. 76.61. 47.02. 1.33. 1.57. 1.83. 9.48E-02. 0.031. 36.64. 간에서 채취된 흙의 비중, 함수비, 애터버그한계, 입도분. 5. 분석 및 고찰. 석결과를 나타낸 것이다. 표에서 보는 바와 같이 셰일 구 간에서 채취된 흙의 비중은 2.65～2.70의 범위에 있으며,. 5.1 지질조건별 토질특성 비교. 평균적으로 2.67인 것으로 나타났다. 채취된 흙의 함수비 는 15.33～22.62%의 범위에 있으며, 평균적으로 18.80%. 연구지역의 지질학적인 특성을 토대로 역암지역, 응. 인 것으로 나타났다. 액성한계는 37.15～40.01%의 범위. 회암 및 셰일지역(응회암 구간 및 셰일 구간)으로 구분. 에 있으며, 평균적으로 38.74%인 것으로 나타났다. 그리. 하고, 각 지질조건별 토질 특성을 서로 비교 분석하고자. 고, 소성지수는 10.71～11.24의 범위에 있으며, 평균적으. 한다.. 로 11.01인 것으로 나타났다. 한편, 입도분석결과 셰일 구. 그림 8은 지질조건별 평균 건조단위중량을 도시한 것으. 간의 토질은 자갈이 5.45～59.37%(평균 40.15%), 모래가. 로 역암지역에서 1.44g/cm3으로 제일 크고, 셰일 구간에서. 39.10～86.28%(평균 55.56%), 실트 및 점토가 1.53～. 1.33g/cm3으로 제일 작게 나타났다. 그림 9는 지질조건별. 8.27%(평균 4.29%)로 구성되어 있으며, 통일분류법(USCS). 평균 투수계수를 도시한 것으로 역암지역에서 4.2E-02cm/. 에 의해서는 GW 혹은 SW-SM으로 분류된다.. sec로 제일 작고, 셰일 구간에서 9.5E-02cm/sec로 제일 크. 표 6은 셰일 구간에서 채취된 흙의 간극비, 공극률, 포. 게 나타났다. 역암지역의 경우 건조단위중량이 크고 투수. 화도, 단위중량의 물리적 특성시험 결과와 투수계수, 전단. 계수가 작으며, 셰일 구간의 경우 건조단위중량이 작고 투. 강도의 역학적 특성시험 결과를 나타낸 것이다. 표에서 보. 수계수가 큼을 알 수 있다.. 는 바와 같이 셰일 구간에서 채취된 흙의 간극비는 0.87～. 한편, 그림 10은 직접전단시험을 통한 지질조건별 평균. 1.08의 범위에 있으며, 평균적으로 1.01인 것으로 나타났. 전단저항각을 도시한 것으로 셰일 구간에서 36.64°로 가. 다. 채취된 흙의 공극률은 73.00～79.48%의 범위에 있으. 장 크고, 역암지역에서 32.16°로 가장 작게 나타났다.. 며, 평균적으로 76.61%인 것으로 나타났다. 포화도는 42.33～56.25%의 범위에 있으며, 평균적으로 47.02%인. 2. 것으로 나타났다. 흙의 건조, 습윤 및 포화단위중량은 각 3. 의 범위에 있으며, 평균적으로 1.33g/cm , 1.57g/cm 및 1.83g/cm3인 것으로 조사되었다. 한편, 흙의 투수계수는 5.33E-03～1.89E-01cm/sec의 범위에 있으며, 평균적으로 9.48E-02cm/sec인 것으로 나타났다. 그리고 흙의 전단강 도를 측정하기 위하여 직접전단시험을 실시하였으며, 실 험결과 점착력은 0.031kg/cm2이고, 전단저항각은 36.64° 인 것으로 나타났다.. 1 .6 3. 3. Dry Density (g/cm) .. 각 1.28～1.42g/cm3, 1.50～1.62g/cm3 및 1.80～1.88g/cm3. 1 .2. 0 .8. 0 .4. 0 역암. 응회암 G e o lo gy. 그림 8. 지질조건별 평균 건조단위중량. 8. 한국토목섬유학회논문집 제9권 제1호. 셰일.

(9) 2.0. 0 .08. 1.5 Void Ratio .. Coef. of Permeability (cm/sec). 0.1. 0 .06. 0 .04. 1.0. 0.5. 셰일 응회 암 역암. 0 .02 0.0. 0 역암. 응회암 G e o lo g y. 0. 셰일. 10. 20 30 Mois ture Content (%). 40. 50. 그림 11. 지질조건에 따른 함수비와 간극비의 관계. 그림 9. 지질조건별 평균 투수계수. 2.0. Dry Density (g/cm3) .. 50. o. Friction Angle ( ) .. 40. 30. 20. 1.5. 1.0. 0.5. 셰일 응회암 역암. 10 0.0 0. 0 역암. 응회암 G e o lo g y. 10. 셰일. 20 30 Mois ture Content (%). 40. 50. 그림 12. 지질조건에 따른 함수비와 건조단위중량의 관계. 그림 10. 지질조건별 평균 전단저항각 50. 5.2 토질특성별 상관관계. 적 및 역학적 토질시험결과를 토대로 상관관계를 분석하 였다. 그림 11 및 그림 12는 함수비에 따른 간극비와 건조 단위중량의 관계를 도시한 것이다. 그림 11은 함수비에 따. Liquid Limit (%). 조사대상에서 채취된 흙을 이용하여 수행된 각종 물리. 40. 30. 20. 셰일 응회암 역암. 10. 른 간극비를 나타낸 것으로 함수비가 증가함에 따라 간극 비가 증가함을 알 수 있다. 즉, 흙 입자간의 간극 내에 물. 0 0. 10. 의 양이 증가함에 따라 간극비가 증가하고 있음을 나타낸 것이다. 그림 12는 함수비에 따른 건조단위중량을 나타낸. 20 30 Moisture Content (%). 40. 50. 그림 13. 지질조건에 따른 함수비와 액성한계의 관계. 것으로 함수비가 증가함에 따라 건조단위중량은 감소함을 알 수 있다. 흙 속의 함수비가 증가함에 따라 간극비가 증. 동일한 경향을 갖는 것으로 나타났다. 그러나, 응회암 및. 가되고, 이로 인하여 흙의 건조단위중량은 감소되는 것이. 셰일지역에서 함수비에 따른 간극비가 약간 높으며, 이로. 다. 따라서, 간극비가 클수록 흙의 건조단위중량은 감소하. 인하여 함수비에 따른 건조단위중량도 약간 작게 발생하. 게 됨을 알 수 있다. 한편, 지질조건별로 함수비에 따른. 는 것으로 나타났다.. 간극비 및 건조단위중량의 관계를 살펴보면 각 지역에서. 그림 13은 함수비에 따른 액성한계를 나타낸 것으로 대. 지질조건에 따른 장흥지역 토질의 공학적 특성 분석. 9.

(10) 10 셰일 응회암 역암. 3.0E-01. 2.0E-01. 1.0E-01. 0.0E+00. 6. 4. 2. 0 0. 2. 4 6 Silt & Clay Content (%). 8. 10. 그림 14. 지질조건에 따른 세립토 함유량과 투수계수의 관계. 0.0. k (Ha z e n )=2k (T a y lo r). 2.0E-01. 1.0E-01. 0.0E+00 0.0. 0.8. 8.0E-01. 셰일 응회암 역암. Coef. of Permeability by Hazen Eq. (cm/sec). 3.0E-01. 0.2 0.4 0.6 Effective Particle Siz e (mm). 그림 16. 지질조건에 따른 유효입경과 세립토 함유량의 관계. 4.0E-01 Coef. of Permeability (cm/sec). 셰일 응회암 역암. 8 Silt & Clay Content (%). Coef. of Permeability (cm/sec). 4.0E-01. 0.2 0.4 0.6 Effective Particle Siz e (mm). 0.8. 6.0E-01. 4.0E-01. 2.0E-01. 0.0E+00 0.0E+00. 셰일 응회암 역암 2.0E-01 4.0E-01 6.0E-01 Co ef. of Permeability by Taylor Eq. (cm/s ec) .. 8.0E-01. 그림 15. 지질조건에 따른 유효입경과 투수계수의 관계. 그림 17. Taylor(1948)식과 Hazen(1930)식의 비교. 상지역에서 채취된 모든 시료의 액성한계는 함수비다 큼. 투수계수가 증가함을 알 수 있다. 이들 결과를 토대로 유. 을 알 수 있다. 액성한계는 소성상태로부터 액체상태로 변. 효입경과 세립토의 함유량은 대상 흙의 투수계수에 많은. 할 때의 함수비를 나타내는 것으로서 액성한계와 함수비. 영향을 미치고 있으며, 유효입경과 세립토의 함유량은 서. 가 유사한 값을 갖는 경우 붕괴 혹은 변형이 일어나기 쉬. 로 반비례 관계가 성립됨을 알 수 있다. 그림 16은 유효입. 운 흙으로 예상할 수 있다. 그러나 지질조건과는 비교적. 경과 세립토 함유량의 관계를 도시한 것으로 예상한 바와. 상관없이 대부분 액성한계가 함수비보다 크게 나타나고. 같이 서로 반비례 관계를 보이는 것으로 나타났다. 한편,. 있으므로 대상지역의 시료는 소성 혹은 반고체 상태임을. 응회암 및 셰일지역에서는 세립토의 함유량이 많고 유효. 예상할 수 있다.. 입경이 작은 편이며, 역암지역에서는 세립토의 함유량이. 그림 14～그림 15는 유효입경과 세립토(실트 및 점토). 적고 유효입경이 큰 편이다.. 의 함유량에 따른 투수계수의 변화를 나타낸 것이다. 투수. 한편 그림 17은 Taylor(1948)의 제안식을 이용하여 산. 계수는 강우로 인하여 토사층에서 발생되는 침투의 정도. 정된 투수계수와 Hazen(1930)의 제안식을 이용하여 산정. 를 나타내는 것으로 산사태에 관련된 매우 중요한 인자이. 된 투수계수를 비교한 것이다. 그림에서 보는 바와 같이. 다. 먼저 그림 14는 세립토의 함유량에 따른 투수계수의. Hazen(1930)의 제안식을 이용하여 산정된 투수계수가. 변화를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 세립토의. Taylor(1948)의 제안식을 이용하여 산정된 투수계수보다. 함유량이 증가함에 따라 투수계수가 감소함을 알 수 있다.. 비교적 크게 나타남을 알 수 있다. 그리고 회귀분석결과. 그림 15는 유효입경에 따른 투수계수의 변화를 나타낸 것. Hazen식에 의해 제안된 투수계수는 Taylor식에 의해 제안. 이다. 그림에서 보는 바와 같이 유효입경이 증가함에 따라. 된 투수계수의 약 2배의 값을 갖는 것으로 나타났다.. 10. 한국토목섬유학회논문집 제9권 제1호.

(11) 6. 결론. 감사의 글. 본 연구에서는 대상지역에 대한 지질조건에 따른 토질. 본 연구는 한국지질자원연구원의 기본사업인 ‘급경사. 특성을 조사하고자 한다. 따라서 대상지역에 주로 분포하. 지 및 휴폐광산지역의 재해예방기술 개발’ 과제의 일환으. 고 있는 역암, 응회암 및 세일구간에 대하여 비교란 및 교. 로 수행되었으며, 이에 감사드립니다.. 란시료를 채취하고 각종 실내토질시험을 실시하였다. 이 들 실험결과를 토대로 대상지역 토질의 지질조건별 공학. 참고문헌. 적 특성을 조사 및 분석하고, 각 물성간의 차이점과 상관 성을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다. (1) 대상지역의 지질은 인곡응회암, 유치역암, 다도응회암 등으로 구분되며, 유치역암은 대상지역의 약 80%를 점유하고 있다. (2) 역암지역의 경우 건조단위중량이 크고 투수계수가 작 으며, 응회암 및 셰일 지역의 경우 건조단위중량이 작 고 투수계수가 큼을 알 수 있다. (3) 대부분 지역에서는 흙의 함수비가 증가함에 따라 간 극비가 증가되고 이로 인하여 흙의 건조단위중량은 감소하게 되므로, 간극비가 클수록 흙의 건조단위중 량은 감소하게 됨을 알 수 있다. 그러나 응회암 및 셰 일지역에서 함수비에 따른 간극비가 약간 높으며, 이 로 인하여 함수비에 따른 건조단위중량도 약간 작게 발생함을 알 수 있다. (4) 흙의 유효입경이 증가함에 따라 흙의 투수계수는 증가 하고, 흙의 세립토 함유량이 증가함에 따라 투수계수 는 감소함을 알 수 있다. 그리고 Talyor의 제안식으로 산정된 투수계수가 Hazen의 제안식으로 산정된 투수 계수보다 약 2배정도 크게 나타남을 알 수 있다.. 1. 김경수 (2007), “부산지역 자연사면의 지질조건에 따른 토질 특성”, 지질공학, 제17권, 제3호, pp.471-481. 2. 김경수, 김원영, 채병곤, 조용찬 (2000), “강우에 의한 산사 태의 지질공학적 특성 -충청북도 보은지역-”, 지질공학, 제10권, 제2호, pp.163-174. 3. 김경수, 송영석, 조용찬, 김원영, 정교철 (2006), “지질조건 에 따른 강우와 산사태의 특성분석”, 지질공학, 제16권, 제 2호, pp.201-214. 4. 김원영, 이사로, 김경수, 채병곤 (1998), “지형특성에 따른 산사태의 유형 및 취약성 -연천-철원지역을 대상으로-”,. 지질공학, 제8권, 제2호, pp.115-130. 5. 송영석, 김경수, 채병곤 (2007), “자연사면의 산사태 발생 지역에서 지질조건에 따른 토질특성”, 중앙대학교 방재연 구소 논문집, 제1권, pp.43-49. 6. 송영석, 조용찬, 서용석, 안상로 (2008), “의사결정나무모 형을 이용한 급경사지재해 예측프로그램 개발 및 적용”, 대한토목학회논문집, 제29권, 제2C호, pp.59-69. 7. 채병곤, 김원영, 조용찬, 김경수, 이춘오, 최영섭 (2004), “토석류 산사태 예측을 위한 로지스틱 회귀모형 개발”, 지 질공학, 제14권, 제2호, pp.211-222. 8. Hazen, A. (1930), American Engineering Handbook, Wiley, New York. 9. Hutchinson, J. N. (1988), “Morphological and geotechnical parameters of landslides in relation to geology and hydrogeology”, Proc. 5th. Int. Symp. on Landslides, Vol.1, pp.3-35. 10. Taylor, D. W. (1948), Fundamentals of Soil Mechanics, John Wiley and Sons, New York. (논문접수일 2009. 11. 20, 심사완료일 2010. 3. 18). 지질조건에 따른 장흥지역 토질의 공학적 특성 분석. 11.

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