통계적 기법에 의한 낙동강하구 점성토 지반의 피에조콘 계수 산정
Evaluation of Piezocone Factors for Soft Ground in the Region of Nakdong River Estuary Using Statistical Analysis
김 영 훈
1)
･ 장 정 호2)
･ 최 동 찬3)
･ 천 병 식†
Kim, Younghun ･ Jang, Jungho ･ Choi, Dongchan ･ Chun, Byungsik
ABSTRACT : Recently, the importance of investigation for soft ground has been raised, so that various techniques of the investigation for soft ground are being introduced and applied. In particular, Piezocone penetration test has been utilized frequently home and abroad to identify many features of grounds precisely and gain various results in accordance with dividing strata and depth constantly by measuring continuously. In this study, to identify some features of soft clays distributed in the estuary of Nakdong river, researchers conducted field tests and laboratory tests with boring tests, and analyzed and compared with Piezocone penetration test. In addition, credible Piezocone factor of communities of subjects for this study was estimated to analyze some features of undrained shear strength of clay and calculate Piezocone factor compared with corrected cone resistance and apply some statistical techniques to estimated Piezocone factor.
Keywords : Piezocone test, Piezocone factor, Undrained shear strength
요 지 : 피에조콘 관입시험 중 점성토층 비배수 전단강도를 산정할 때 적용되는 피에조콘 계수는 시험현장에 따라 피에조콘 계수 산정을 해야 한다 . 경험적 해석방법의 경우에도 피에조콘 계수 산정을 위한 많은 방법들이 제안되어 왔으나, 대부분 국외에서 개발 한 상관식이나 도표 등을 활용하여 국내 지반에 적용하므로, 이에 대한 적용성이 한계가 있다. 따라서 신뢰성 있는 피에조콘 계수를 산정하기 위해서는 대상지반의 특성을 비롯하여 비교대상 시험방법들의 연구가 필요하며, 국내지반에 대한 시험결과를 바탕으로 한 피에조콘 계수를 산정할 필요가 있다. 본 연구에서는 낙동강 하구에 분포하는 연약점성토 특성을 파악하기 위해서 시추조사를 비롯한 현장시험 및 실내시험을 수행하였으며, 이 결과들을 피에조콘 관입시험과 비교 ․ 분석하였다. 또한, 각 시험별 비배수 전단강 도 특성을 분석하고, 피에조콘 관입저항치와 비교하여 피에조콘 계수를 구하고, 구한 피에조콘 계수를 통계적 기법을 적용하여 연구 대상 지역의 신뢰성 높은 피에조콘 계수를 산정하였다.
주요어 : 피에조콘 관입시험, 피에조콘 계수, 비배수 전단강도
1) 정회원, 한양대학교 공과대학 토목공학과 석･박사과정
한국지반환경공학회 논문집
제10권 제7호 2009년 12월 pp. 53～66
1. 서 론
1990년대 이후로 국내에서 연약지반 조사의 중요성이 부 각되면서, 다양한 지반조사 기법들이 소개되어 적용되고 있 다. 지반조사의 목적은 지반특성 및 퇴적환경, 지반의 응력 이력을 파악하여 각 토층의 지반정수를 산정하기 위한 것이 다. 이러한 목적을 이루기 위해 다양한 현장시험과 실내시 험이 이루어진다.
현장시험은 결과를 신속하게 얻을 수 있고, 현장조건이 최대한 반영된다는 장점 때문에 많이 적용하고 있다. 특히 연약지반 조사의 경우 피에조콘 관입시험은 가장 보편적으 로 적용되는 현장시험 중 하나로 다양한 지반특성을 비교 적 정확하게 파악할 수 있을 뿐만아니라 연속적인 지층구 분 및 다양한 결과를 심도에 따라 일관되게 얻을 수 있어
국내외에서 많이 활용하고 있다. 이러한 피에조콘 관입시 험 중 피에조콘 계수 산정은 점토층의 비배수 전단강도를 구하는데 있어서 중요한 계수로서 피에조콘 계수 산정방법 에는 이론적･경험적 해석방법이 있으며, 이론적 해석방법 의 경우 피에조콘의 관입 묘사, 지반 특성치를 해석과정에 서 정확하게 반영하기 어렵기 때문에 경험적 해석방법을 주로 사용하고 있다. 그러나 경험적 해석방법의 경우도 피 에조콘 계수 산정을 위한 많은 방법들이 제안되어 왔으나, 대부분 국외에서 개발한 상관식이나 도표 등을 활용하여 국내 지반에 대해 적용하므로 다소 한계가 있는 실정이다.
경험적 해석방법에 의한 기존의 피에조콘 계수는 제안자 또는 대상지역에 따라 값의 변화가 심하다. 이는 연구대상 지역에 흙의 공학적 특성 차이와 지반의 불균질성이 원인 이 될 수 있으며 비배수 전단강도 결정방법의 다양성도 한
그림 1. 연구대상지역 위치도 및 산계도
요인이 될 수 있다.따라서 신뢰성 있는 피에조콘 계수의 결정을 위해서는 지반특성을 파악하기 위해 다양한 비교 대상 시험방법들과 의 연구가 필요하며, 국내 지반특성을 반영하여 상관성 분 석에 의한 피에조콘 계수를 통계적인 기법으로 산정하고자 한다.
2. 연구동향
피에조콘 계수는 Schmertmann등(1978)의 극한 지지력 이 론, Vesic(1972), Baligh(1975) 및 Teh와 Houlsby(1991)의 변형 률 경로법에 근거한 이론적 해석방법으로 구하거나, Robertson and Campanella(1983)등이 제안한 실내 및 현장시험 결과에 따라 나타난 비배수 전단강도를 기준으로 하여 피에조콘 관 입시험 결과와의 비교에 근거한 경험적 해석방법으로 구하 게 된다(윤길림 등, 2004).
피에조콘 계수에 대한 연구는 국외의 경우 Lunne et al.
(1985)가 노르웨이 지역에서 실시한 현장베인시험을 이용 하여 피에조콘 계수를 13～19로 제안하였고, 유럽, 남미, 동 남아시아 등에서 현장베인시험, 일축압축시험, 삼축압축시 험, 공내재하시험 등을 이용한 경험적 방법을 통해 피에조 콘 계수를 제안하였다(윤길림 등, 2004).
하지만, 앞서 언급한 바와 같이 이론적 해석방법의 경 우 피에조콘의 관입을 정확하게 표현하기 어려울 뿐 아니 라, 흙의 특성을 해석과정에서 정확하게 반영하기 어려운 점이 있으며, 경험적 해석방법의 경우 연구 대상지역에 따라 나타난 피에조콘 계수 값들을 조건에 따라 분류없이 단순 제시하고 있기 때문에 실제 활용하기에는 어려움이 있다. 특히, 국내에서 주로 사용되는 경험적 해석방법에 의한 기존의 피에조콘 계수는 제안자 또는 대상지역에 따 라 값의 변화가 심하다. 이는 연구대상 지역에 흙의 공학 적 특성 차이와 지반의 불균질성이 원인이 될 수 있으며
비배수 전단강도 결정방법의 다양성도 한 요인이 될 수 있다.
또한, 국내의 경우 이선재(1997)는 영종도, 평택, 아산 등 에서 실시한 현장베인시험 및 등방압밀비배수 삼축압축시 험, 이방압밀비배수 삼축압축시험, K0압밀 비배수 삼축압축 시험을 이용하여 피에조콘 계수를 11.5～24.9로 제안하는 등 국내에서도 피에조콘 계수에 대한 연구가 활발히 진행되 고 있다.
따라서 본 연구에서는 낙동강 하구 주변의 화전지구에서 수행한 현장시험 및 실내시험 결과의 점토 비배수 전단강도 를 기준으로 피에조콘 관입시험 결과를 이용하여 낙동강 하 구 주변의 피에조콘 계수를 산정하고자 한다.
3. 현장개요 및 특성
3.1 현장개요
본 연구는 낙동강 하구 삼각주 평야 일부지역에 위치 하는 OO지구 개발사업이 실시되는 연약지반을 대상으 로 하여 시추조사를 비롯한 현장시험 및 실내시험을 실 시하였다. 연구대상지역의 지형특성은 그림 1과 같이 주 로 북동방향의 양산단층과 연관되어 산계 및 수계가 발 달해 있으며, 하상퇴적물이 집적된 광대한 충적평야의 일부이며, 일부구간은 1976년 매립이 이루어졌다. 본 현 장은 면적이 612,843m2으로 산업단지 조성 후 부산, 진 해 경제자유구역 내에 유통과 첨단산업을 유치하고자 하 는 목적이다.
3.2 현장특성
3.2.1 낙동강 하구 점성토의 퇴적이력 분석
낙동강 하구 점성토 지층에 대한 퇴적이력 분석을 수행 한 결과 그림 2와 같이 10,000년전 한번의 짧은 해수면 하
그림 2. 한반도 남해의 해수면 변동(신생대 제 4기 말)
그림 3. 낙동강 조간대의 퇴적환경 분석결과
강시간을 거쳐 4,000～6,000년경에 지금의 해수면에 도달 후 소규모 승강운동이 반복되었다. 퇴적층의 대부분은 해수 면의 상승기 동안에 형성된 것으로 추정된다.
3.2.2 낙동강 조간대의 퇴적환경 분석결과
그림 3과 같이 낙동강 조간대의 퇴적환경 분석결과 상부 로부터 상부 사질토층, 상부 점성토층, 중부 사질토층, 하부 점성토층, 하부 함력사질토층으로 5개의 층으로 구분된다.
4. 현장시험 결과
4.1 시추조사
연구지역의 지반특성 및 지층분포현황을 파악하기 위 해 시추조사를 실시하였으며, 시추조사 결과를 이용하여 연구대상지역의 지반분포특성을 파악하였다. 그림 4는 연 구대상지역의 지층단면도를 나타낸 것으로 지층분포는 지 표면으로부터 매립층, 상부모래층, 상부 점성토층, 하부모 래층, 하부 점성토층, 자갈층, 풍화대의 층서를 나타낸다.
퇴적층 전 구간이 N치 10/30(회/cm)이하의 사질 및 점성 토 연약층이 분포하고 있으며, A지역에서 A'방향으로 갈 수록 점성토층 층후가 두터워지고 풍화대 출현심도가 깊
어진다.
4.2 피에조콘 관입시험
연구대상 지역에서 시추조사와 함께 연약지반의 특성을 파악하기 위하여 피에조콘 관입시험을 실시하였다. 시추조 사 위치에 근접하여 연속적인 피에조콘 관입시험을 실시하 여 심도별 세부 지층분류, 연약층 강도, 샌드심(Sand Seam) 의 존재 유무 등을 파악하였다. 표 1은 관입시험결과 요약 치이고 그림 5는 연구대상지역의 피에조콘 관입시험결과를 나타낸 것으로, 시험결과 점성토층 내에서 콘관입저항치가 급격하게 증가했다가 감소하고 간극수압이 증가하다가 소 산되는 구간이 나타나 점성토층 내의 샌드심(Sand Seam)이 존재하는 것으로 판단된다.
4.3 현장베인시험
연구대상 지역의 점성토층 비배수 전단강도 특성을 파 악하기 위하여 현장베인시험을 실시하였으며, 점성토의 예민비를 파악하기 위해서 교란상태에서도 시험을 실시 하였다. 점성토층의 비배수 전단강도는 실내시험에서 구 한 소성지수를 이용하여 보정한 현장베인시험 값을 적용 하였다.
그림 4. 지층 평･단면도
(a) 관입저항치 (b) 간극수압측정치
그림 5. 피에조콘 관입시험 결과
표 1. 공번별 피에조콘 관입시험 결과 요약
공 번 qc(kPa) 범위(평균) fs(kPa) 범위(평균) U(kPa) 범위(평균) B-1 209～17,322 (2,315) 3.0～57.0 (17.2) 10.6～231.9 (72.3) B-2 300～8,056 (1,996) 3.0～119.0 (24.0) 2.0～736.2 (323.9) B-6 136～12,394 (1,298) 3.0～53.0 (20.1) 24.8～681.3 (385.9) B-7 264～11,031 (893) 1.0～82.0 (18.5) 13.8～814.9 (553.1) B-12 330～11,404 (1,226) 5.0～173.0 (29.5) 91.6～1,451.4 (549.7) B-13 243～10,022 (1,424) 2.0～213.0 (25.2) 10.0～1,233.7 (531.4) B-20 32～9,753 (1,662) 1.0～83.0 (21.1) 3.0～855.9 (431.4) CPT-1 334～5,214 (680) 2.0～41.0 (16.6) 53.4～805.0 (513.7) CPT-2 246～12,998 (1,076) 4.0～179.0 (20.5) 3.5～1,405.7 (638.5) CPT-3 51～10,614 (1,316) 2.0～80.0 (22.4) 24.3～848.9 (519.1) CPT-4 294～23,055 (1,209) 1.0～115.0 (20.9) 1.2～1,098.5 (549.3) CPT-5 291～8,397 (978) 3.0～84.0 (23.3) 3.1～929.4 (551.8)
그림 6. 현장베인시험 결과
표 2. 현장베인시험 결과 요약
공번 심도
(GL.-m) 소성지수 비배수 전단강도(kPa)
예민비 보정계수 보정 후 비배수전단강도 (kPa)
불교란 교란
B-2 12.0 21.7 58.9 8.4 7.0 0.98 57.6
B-4 13.0 56.7 22.4 5.5 4.1 0.75 15.8
19.0 62.0 43.6 5.1 8.6 0.73 31.9
B-5
10.5 50.5 33.7 11.4 3.0 0.78 26.3
12.5 50.5 35.6 9.3 3.8 0.78 27.8
14.5 50.5 51.2 15.5 3.3 0.78 39.9
16.5 50.5 68.1 - - 0.78 54.6
B-7 15.0 46.5 32.8 5.5 6.0 0.80 26.2
20.0 60.4 51.2 7.6 6.7 0.74 37.8
B-12
12.5 39.9 32.3 5.1 6.4 0.84 27.0
20.5 44.9 55.5 7.2 7.7 0.81 44.8
25.5 44.9 59.4 5.1 11.7 0.81 48.0
B-13
10.0 28.5 36.1 5.1 7.1 0.91 33.0
14.0 28.5 39.4 6.3 6.2 0.91 36.0
18.0 28.5 48.4 8.9 5.5 0.91 44.2
22.0 24.8 55.5 9.7 5.7 0.95 52.5
26.0 24.8 70.1 - - 0.95 66.4
B-20
13.5 44.0 39.4 6.8 5.8 0.81 32.0
22.5 64.9 61.4 10.1 6.1 0.72 44.3
26.5 64.9 65.0 - - 0.72 46.9
표 3. 딜라토미터 시험결과 요약(B-13)
공번 심도
(GL.-m)
통일분류 (USCS)
비배수 전단강도
(kPa) 정지토압계수 과압밀비 탄성계수
(kPa) B-13 0.0~28.9 CH 18.0~63.4 0.43~0.91 0.71~2.51 58~583
그림 6은 현장베인시험에 의한 심도별 비배수 전단강도와 예 민비를 나타내고 있다. 심도에 따른 비배수 전단강도 특성을 살 펴보면 심도가 증가할수록 비배수 전단강도가 증가하는 것으로 나타났으며, 심도별 비배수 전단강도는 Su=1.34D+12.6의 상관 성을 보이고 있다. 비배수 전단강도는 13.2～66.4kPa의 범위 를 보이며 평균 37.2kPa로 나타났다. 심도에 따른 예민비 분 포특성을 살펴보면 심도에 따른 경향성을 찾기 힘들며, 예민 비는 2.96～11.60의 범위를 보이며, 평균 5.82로 나타났다.
4.4 딜라토미터 시험
연구대상 지역 점성토의 비배수 전단강도 및 다양한 지 반자료를 획득하기 위해 딜라토미터 시험(D.M.T)를 실시하 였으며, 시험결과로부터 흙의 분류, 비배수 전단강도 등의 지반 특성치를 파악하였다. 표 3 및 그림 7은 연구대상 지역 에서 수행한 딜라토미터 시험 결과를 나타내고 있다. 흙 분 류 결과 주로 점토가 분포하는 것으로 나타났다. 비배수 전 단강도는 18.0～63.4kPa 범위를 보이며, 평균 44.4kPa로 나
(a) 흙 분류 (b) 심도별 전단강도
(c) 심도별 과압밀비 (d) 심도별 탄성계수
그림 7. 딜라토미터 시험 결과
표 4. 딜라토미터 시험결과 요약(B-2)
공번 심도
(GL.-m)
통일분류 (USCS)
비배수 전단강도
(kPa) 정지토압계수 과압밀비 탄성계수
(kPa) B-2 0.0～21.2 CL, CH 7.9～45.8 0.41～1.19 0.67～4.37 131～3,206
타났다.
표 4 및 그림 8은 연구대상 지역 B-2공 위치에서 수행한 딜라토미터 시험 결과를 나타내고 있다. 흙 분류 결과 주로 실트 내지 점토가 분포하는 것으로 나타났다. 비배수 전단강 도는 7.9～45.8kPa 범위를 보이며, 평균 33.2kPa로 나타났다.
5. 실내시험 결과
연구대상 지역의 실내시험결과를 바탕으로하여 점성토층 의 물리, 역학적 특성을 분석하였다. 현장조사 및 실내시험결 과를 분석한 결과 연구대상 지역의 점성토층은 크게 2구역으 로 나눠지며, 구역 구분은 다음 그림 9와 같다. 구역 구분 주
된 인자는 연약지반 층후이며, 2구역이 1구역에 비해 점성토 층후가 두터우며, 점성토층 중간에 사질토층이 분포한다.
5.1 물리적 특성
5.1.1 입도시험결과
구역에 따른 점토 함유량의 차이는 크게 없으나 2구역의 경우 하부 점성토층에서는 2μm 통과량이 상부 점성토에 비 해서 낮게 나타났다.
200번체 통과량 역시 구역별 차이는 거의 없으며, 2구역 의 경우 상부 점성토층과 하부 점성토층 사이에 모래층의 존재로 인하여 심도 30m 부근의 통과량이 떨어지는 것으로 나타났다.
(a) 흙 분류 (b) 심도별 전단강도
(c) 심도별 과압밀비 (d) 심도별 탄성계수
그림 8. 딜라토미터 시험 결과(B-2)
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 10. 점토 함유량 그림 9. 연구대상 지역의 구역 구분
5.1.2 함수비 및 초기간극비
함수비는 1구역이 2구역에 비해 상대적으로 다소 크게 나타나며, 상부 점성토층 내에서의 심도별 분포 특성은 없 는 것으로 판단되며, 2구역의 하부 점성토층의 경우는 상부 점성토층에 비해 약 13%의 함수비가 낮게 나타났는데 이는 자연 배수에 의한 것과 상대적으로 낮은 점토 함유율에 기 인하는 것으로 판단된다.
(a) 1구역 (b) 2구역 그림 11. 200번체 통과량
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 12. 함수비 분포
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 13. 초기간극비 분포
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 14. 비중 분포
초기간극비 분포를 살펴보면 함수비와 마찬가지로 1구역이 2구역에 비해 상대적으로 다소 크게 나타나며, 2구역의 하부 점성토층은 상부 점성토층에 비해 초기 간극비가 작은 상태를 나타낸다. 이는 자연 상태의 압밀이 진행되면서 초
기간극비가 작아진 것으로 판단된다.
5.1.3 비중 및 단위중량
구역에 따른 비중 분포 경향성은 보이지 않으며 상부 점
(a) 1구역 b) 2구역 그림 15. 단위중량 분포
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 16. 액성한계
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 17. 소성한계
성토층의 비중은 2.701, 하부 점성토층의 비중은 2.684로 미소하게 하부 점성토층의 비중이 작은 것으로 나타났다. 1구역은 1.50～1.80tf/m3(평균 1.63tf/m3)범위로 나타나고, 2 구역은 상부 점성토층의 경우 1.46～1.80tf/m3(평균 1.67tf/m3) 범위로 나타나며, 하부 점성토층의 경우 1.49～1.86tf/m3(평 균 1.70tf/m3)범위로 나타나 상부 점성토층에 비해 다소 큰 것으로 나타났다.
5.1.4 액소성한계
액성한계는 상부 점성토층의 경우 구역에 따른 변화는 크게 없으며, 하부 점성토층의 경우 상부 점성토층에 비해 다소 작은 값을 나타내며, 소성한계는 심도에 따른 특별한 경향성은 없는 것으로 나타났다.
5.2 압밀 특성
5.2.1 압축지수
표준압밀 시험에서 나온 압밀곡선을 보정하여 교란영향 을 최소화하여 신뢰성 높은 압축지수를 산정하였다.
압축지수 분석결과 1구역보다는 2구역이 다소 작은 값을 나타내며, 또한 하부 점성토층이 상부 점성토층에 비해 작 은 값을 나타낸다.
5.2.2 과압밀비
과압밀비 분석결과 1구역은 0.8～1.5(평균 1.12)로 나타 나며, 2구역은 0.4～1.6(평균 0.97)로 연구대상 지역의 점성 토층은 정규압밀 상태로 판단된다.
(a) 1구역 (b) 2구역 그림 18. 압축지수 분석
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 19. 과압밀비 분석
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 20. 일축압축강도 시험결과
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 21. 예민비 분석결과
5.3 강도특성
실내시험으로 일축압축시험, 삼축압축시험(UU, CU) 결 과를 분석한 결과는 다음과 같다.
5.3.1 일축압축시험
일축압축강도는 48～166kPa(평균 85kPa)의 범위를 나타 내며 심도에 따라 일축압축강도는 증가하는 경향을 나타낸 다. 그리고 교란상태의 시료에 대해 실시하여 구한 예민비
(a) 점착력 (b) 내부마찰각 그림 24. 압밀비배수 삼축압축강도
(a) 1구역 (b) 2구역
그림 22. 삼축압축강도 시험결과
그림 23. N치-삼축압축강도 관계
결과는 3.91～14.34(평균 7.40)으로 현장베인시험에서 구한 예민비 결과보다 크게 나타났다.
5.3.2 삼축압축시험(UU)
비압밀 비배수상태에서 삼축압축강도는 33～90kPa(평균 55kPa)의 범위를 나타내며 심도에 따라 비배수 전단강도는 증가하는 경향을 나타낸다. 표준관입시험에서 구한 N치와 점성토층의 비배수 전단강도간의 관계를 살펴본 결과 Su=
1.2N+53(kPa) 관계식을 나타낸다.
여러 시험에서 평가한 비배수 전단강도와 비교한 결과 삼축압축시험에 의한 비배수 전단강도가 다소 크게 나타나 며, 일축압축시험과 현장베인시험에 의한 비배수 전단강도 는 유사하게 나타난다.
5.3.3 삼축압축시험(CU)
압밀비배수 삼축압축상태에서 전단강도는 점착력이 26～
77kPa(평균 46kPa) 범위를 나타내며, 내부마찰각은 7.09～
19.05°(평균 10.87°) 범위를 나타내며, 분산도는 크나 심도 에 따라 증가하는 경향을 나타낸다.
6. 결과분석 및 고찰
피에조콘 관입시험으로는 점성토의 비배수 전단강도를 직접적으로 구할 수는 없다. 점성토의 비배수 전단강도를 구하기 위해서는 피에조콘 계수의 추정이 필요하며, 피에조 콘 계수를 구하기 위하여 삼축압축시험이나 현장베인시험 등을 통하여 피에조콘 계수를 추정하고 비배수 전단강도를 산정하는 경험적 방법을 사용하고 있다.
6.1 시험결과의 상관성 분석을 통한 피에조콘 계수 산정
피에조콘 시험에 의한 점성토 비배수 전단강도 산정방법 은 앞서 언급한 바와 같이 주로 경험적 방법이 많이 사용되 며, 이를 동일한 값으로 비교 평가하기 위해서는 일정한 계 수를 적용해야 하는데, 이 때 사용되는 계수가 피에조콘 계 수이다. 본 연구에서는 피에조콘 계수를 산정하기 위하여
(a) 현장베인시험(FVT) (b) 딜라토미터 시험(DMT)
(c) 삼축압축강도시험(UU) (d) 일축압축강도시험
그림 25. 시험별 상관성 분석결과
표 5. 상관성 분석에 의한 피에조콘 계수 산정결과
구분 현장베인시험 딜라토미터시험 삼축압축시험 일축압축시험
최소 14.6 3.8 9.9 12.2
최대 27.5 35.6 18.9 27.2
19.6 15.7 14.5 20.3
0.80 0.59 0.71 0.68
기준이 되는 시험에 의해 산정된 각각의 비배수 전단강도를 이용하여 경험적 방법의 피에조콘 계수를 산정하였다. 각 시험별 피에조콘 계수를 산정하기 위하여 현장베인시험 및 딜라토미터 시험에 의한 피에조콘 계수 산정은 각각의 시험 위치 및 시험공 근접구간의 피에조콘 관입시험 결과에 의한 콘 저항치와의 상관관계를 비교 분석하여 피에조콘 계수를 산정하였다. 또한, 일축압축강도시험 및 삼축압축강도시험 의 결과값과 피에조콘 관입시험 결과에 의한 콘 저항치와의 상관관계를 분석하여 피에조콘 계수를 산정하였다.
그림 25는 각 시험별로 평가한 비배수 전단강도와 피에 조콘 관입시험 결과값의 분포를 통해 상관성 분석을 수행한 결과이다. 그림에서 볼 수 있듯이 x축은 기준이 되는 비배 수 전단강도 시험값을 나타내고 y축에는 피에조콘 관입시 험 결과값을 보여주고 있고, 이 두 값의 상관관계를 회귀분 석한 결과를 실선으로 나타내고 있으며, 여기서 실선의 기 울기가 경험적 피에조콘 계수값이다. 그림 25의 (a)와 (b)는 현장시험 결과인 현장베인시험과 딜라토미터 시험결과에
의한 비배수 전단강도와 피에조콘 관입저항치의 분포를 나 타낸 것이다. 시험별 분포로부터 비배수 전단강도와 관입저 항치의 상관성 분석을 실시하여 피에조콘 계수를 산정한 결 과 현장베인시험 피에조콘 계수는 19.6으로 산정되었고, 딜 라토미터 시험 피에조콘 계수는 15.7로 분석되었다. 산정된 피에조콘 계수값을 비교해 볼 때 두 현장시험 결과에 의해 산정된 값은 약 2.9의 차이를 보이고 있다. 각 시험별로 비 배수 전단강도와 관입저항치의 상관성을 대표하는 R2값을 보면 현장베인시험은 0.80, 딜라토미터 시험은 0.59로 나타 나 현장베인시험에 의한 값이 상관성이 높은 것으로 나타났 다. 그림 25의 (c)와 (d)는 실내시험 결과인 삼축압축시험과 일축압축시험 결과에 의한 비배수 전단강도와 피에조콘 관 입저항치의 분포를 나타낸 것이다. 각 시험별 분포로부터 비배수 전단강도와 관입저항치의 상관성 분석을 실시하여 피에조콘 계수를 산정한 결과 삼축압축시험(UU) 콘계수는 14.5로 산정되었고, 일축압축시험 콘계수는 20.3으로 산정 되었다. 산정된 피에조콘 계수의 값을 비교해 볼 때 차이는
표 6. Monte Carlo Simulation에 의한 피에조콘 계수의 산정결과
구분 현장베인시험
(FVT)
딜라토미터시험 (DMT)
삼축압축시험 (UU)
일축압축시험 (UCT)
표본수 1000 1000 1000 1000
평균 19.84 15.78 14.32 19.41
표준편차 2.53 5.97 3.07 3.59
(a) 현장베인시험(FVT) (b) 딜라토미터시험(DMT)
(c) 삼축압축시험(UU) (d) 일축압축시험(UCT)
그림 26. Monte Carlo Simulation에 의한 피에조콘 계수 산정결과
약 5.2로 비교적 큰 것으로 나타났으며, 비배수 전단강도와관입저항치의 상관성을 대표하는 R2값을 비교해 보면 삼축 압축시험은 0.71, 일축압축시험은 0.68로 현장시험과 상관 성이 유사한 것으로 나타났다.
현장베인시험과 일축압축시험에 의해 구한 피에조콘 계 수는 19.6과 20.3으로 유사하게 나타났으나, 딜라토미터시 험과 삼축압축시험에 의해 구한 피에조콘 계수는 15.7과 14.5로 나타나 상대적으로 작게 나타났다.
6.2 Monte Carlo Simulation 기법에 의한 피에조콘 계수 산정
표 6은 Monte Carlo Simulation 수행결과를 나타내었고, 그림 26은 Monte Carlo Simulation 결과를 확률분포함수에 의해 나타내었다. 표에 나타난 것과 같이 현장베인시험은 평균과 표준편차가 각각 19.84, 2.53으로 나타났으며, 딜라 토미터시험은 평균과 표준편차가 각각 15.78, 5.97로 나타 났다. 실내시험인 삼축압축시험(UU)은 평균과 표준편차가
각각 14.32, 3.07로 나타났으며, 일축압축시험은 평균과 표 준편차가 각각 19.41, 3.59로 나타났다.
4개의 기준시험에 대하여 산정된 피에조콘 계수를 비교 해 보면 현장베인시험과 일축압축시험이 딜라토미터시험과 삼축압축시험(UU)에 비해서 다소 크게 나타나며, 현장베인 시험과 실내시험은 비교적 적은 표준편차를 보이는 반면, 딜라토미터 시험의 경우 다소 큰 표준편차를 보인다.
6.3 통계분석결과
사전정보로 국내외 여러 연구사례의 피에조콘 계수들을 채택하였고, 표본정보로는 Monte Carlo Simulation 결과 가 장 신뢰도가 높게 평가된 현장베인시험 결과에 의한 확률 분 포함수를 채택하여 우도함수로 적용하였다. 사전정보인 기존 자료의 평균 및 표준편차는 13.54와 5.13을 적용하였고, 표본 정보는 Monte Carlo Simulation 분석결과를 적용하여 평균과 표준편차는 19.84와 2.53을 적용하여 Bayesian 기법으로 분 석하였다. 표 7는 본 연구지역에서 실시한 Bayesian 분석결과
표 7. Bayesian 기법에 의한 피에조콘 계수 산정결과
구분 사전정보 표본정보 사후정보
평균 13.54 19.84 19.83
표준편차 5.13 2.53 0.25
그림 27. Bayesian 기법에 의한 피에조콘 계수 산정결과
를 나타내고 있으며, 그림 27은 Bayesian 분석결과에 의한 사 전확률밀도함수, 표본확률밀도함수, 사후확률밀도함수를 도 표로 나타내고 있다. 사전정보 및 표본정보에 의한 Bayesian 분석결과 피에조콘 계수는 19.83으로 분석되었고, 표준편차 는 0.25로 산정되었다. 또한, Bayesian분석을 통해 산정된 값 을 표본정보인 Monte Carlo Simulation에 의해 분석된 값과 비교해 볼 때 피에조콘 계수는 19.84에서 19.83으로 나타났 으며, 표준편차도 2.53에서 0.25로 작게 나타났다. 상기의 결 과로부터 본 연구대상 지역의 점토층에서 피에조콘 계수는 현장베인시험결과로부터 산정된 값을 이용해서 통계분석기 법을 적용한 결과 피에조콘 계수값은 19.83으로 산정되었다.
7. 결 론
낙동강 하구 점성토 지반을 대상으로 하여 현장베인시험, 딜 라토미터시험, 피에조콘 관입시험, 일축압축시험, 삼축압축시 험을 실시한 결과를 활용하여 낙동강 하구 지역 점성토 지반의 피에조콘 계수를 산정한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
(1) 비배수 전단강도와 피에조콘 관입저항치와의 상관성 분석 을 통하여 피에조콘 계수를 산정한 결과 현장베인시험은
=19.6, 딜라토미터시험은 =15.7, 삼축압축시험(UU) 는 =14.5, 일축압축시험은 =20.3으로 산정되었다.
(2) 상관성 분석시 산정된 결정계수(R2)는 현장베인시험은 R2=0.80, 딜라토미터시험은 R2=0.59, 삼축압축시험(UU) 은 R2=0.71, 일축압축시험은 R2=0.68로 나타나 현장베 인시험의 경우가 결정계수가 가장 높게 나타나 신뢰성
이 가장 높은 것으로 나타났으며, 딜라토미터시험의 경 우가 결정계수가 가장 작게 나타나 신뢰성이 떨어지는 것으로 평가되었다.
(3) 통계적 분석 기법인 Monte Carlo Simulation 분석을 적 용한 결과 산정된 피에조콘 계수와 표준편차는 현장베 인시험은 19.84±2.53, 딜라토미터시험은 15.78±5.97, 삼 축압축시험(UU)은 14.32±3.07, 일축압축시험은 19.41±
3.59로 산정되었으며, 산정된 피에조콘 계수를 비교･분 석결과 현장베인시험에 의한 값이 타 시험에 비해 신뢰 성이 높은 것으로 평가되었다.
(4) Monte Carlo Simulaion 분석결과 가장 높은 신뢰도를 보인 현장베인시험에 의한 피에조콘 계수를 바탕으로 실시한 Bayesian 통계분석 결과 피에조콘 계수는 19.825 로 분석되었고, 표준편차는 0.251로 나타났다.
(5) 이상의 분석결과를 통해 연구지역의 피에조콘 계수는 14.5～20.3의 범위로 평가될 수 있었으며, 신뢰성 향상 을 위하여 적용된 통계분석 결과 최적의 피에조콘 계수 는 현장베인시험으로부터 Bayesian 기법에 의해 분석된 값인 19.8로 평가되었다. 따라서 이 값을 적용하여 연구 지역에서 피에조콘 관입시험에 의한 비배수 전단강도 를 추정할 수 있을 것으로 판단된다.
참 고 문 헌
