한국지반공학회논문집 제34권 10호 2018년 10월 pp. 39 ～ 49 JOURNAL OF THE KOREAN GEOTECHNICAL SOCIETY
Vol.34, No.10, October 2018 pp. 39 ～ 49
ISSN 1229-2427 (Print) ISSN 2288-646X (Online) https://doi.org/10.7843/kgs.2018.34.10.39
심층혼합 시료의 탄성계수에 관한 실험적 연구
An Experimental Study on the Elastic Modulus of Deep Mixing Ground Specimen
박 춘 식1 Park, Choon-Sik 박 환 기2 Park, Hwan-Ki
Abstract
In this study, aimed at determining the elastic modulus of deep mixed samples, 320 test specimens were developed by mixing 8%, 10%, 12%, and 14% of stabilizer mixture in the granular conditions of clay, sand and gravel. Uniaxial compression tests were carried out using these specimens, and the uniaxial compression strength and strain were analyzed to determine the secant elastic modulus and tangent elastic modulus. Laboratory test results showed that the uniaxial compression strength of all deep mixed samples increased with increasing curing time and stabilizer mixing ratio, and that the secant elastic modulus and the tangen elastic modulus also increased. The increase of the elastic modulus according to the curing period turned out greater in the tangent elastic modulus than in the secant elastic modulus.
In order to measure elastic modulus with changes in stabilizer mixing ratio, the correlation coefficient between the elastic modulus for stabilizer mixing ratio of 8% and that of 10%, 12% and 14% was calculated respectively by the specimen condition. The elastic modulus tended to increase as the grain size in a deep mixed specimen increased. The distribution of grain size that had the greatest effect appeared when the composition ratio of sand was high. On the other hand, the increase in the elastic modulus was larger in the sand specimens than in the clay and gravel specimens. Based on these results, it is suggested that a pertinent soil parameter of the deep mixed ground in the field may be obtained by the particle size distribution and the mixing ratio of stabilizer of the deep mixed soil.
요 지
본 연구는 심층혼합시료의 탄성계수를 파악하기 위하여 점토, 모래, 자갈의 입도 구성조건에 안정재 혼합비 8%, 10%, 12%, 14%로 혼합하여 총 320개의 공시체를 제작하였다. 이러한 공시체를 사용하여 일축압축시험을 수행하였고, 일축압축강도와 변형률을 분석하여 할선탄성계수와 접선탄성계수를 구하였다. 실내시험 결과 모든 심층혼합시료는 양생기간과 안정재 혼합비가 증가함에 따라 일축압축강도가 증가하였는데, 이에 대한 할선탄성계수와 접선탄성계수 도 증가하는 경향이 뚜렷하게 나타났다. 양생기간에 따른 탄성계수 값의 증가는 할선탄성계수보다 접선탄성계수가 크게 나타났지만, 탄성계수의 증분비는 할선탄성계수가 크게 나타났다. 안정재 혼합비 8%에 대한 탄성계수와 안정재 혼합비 10%, 12%, 14%에 대한 탄성계수 값을 비교하여 안정재 혼합비에 따른 탄성계수를 추정할 수 있는 상관관계식 을 공시체 조건별로 구하였다. 심층혼합시료의 입경이 굵어지면 각각의 탄성계수가 증가하는 경향이 나타났으며,
1정회원, 창원대학교 교수 (Member, Prof., School of Civil, Environmental and Chemical Engrg., Changwon Univ., Tel: +82-55-213-3772, Fax: +82-55-285-9491, [email protected], Corresponding author, 교신저자)
2비회원, 경상남도청 공학박사 (Province of Gyeongsangnam-do, Doctor of Engrg.)
*본 논문에 대한 토의를 원하는 회원은 2019년 4월 30일까지 그 내용을 학회로 보내주시기 바랍니다. 저자의 검토 내용과 함께 논문집에 게재하여 드립니다.
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가장 큰 영향을 미치는 입경의 분포는 모래질의 구성비가 높을 때 나타났다. 한편 탄성계수증가는 공시체 종류별로는 모래질 공시체가 점토질과 자갈질 공시체보다 크게 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 심층혼합시료의 입도 분포와 안정재 혼합비로 현장의 심층혼합지반의 적절한 지반정수를 제안할 수 있을 것으로 판단된다.
Keywords : Elastic modulus, Stabilizer contents, Deep mixing specimen, Curing time, Uniaxial compression test
1. 서 론
심층혼합처리공법은 각종 제방 및 연약지반, 해안지 역의 하부지반 내에 고화된 개량체를 조성하는 지반개 량공법으로 현장에서 요구되는 소요강도의 확보를 위해 안정재를 첨가하여 원지반에 개량체를 조성함으로써 실 제 현장에 적용할 경우 원가 절감 및 공기 단축 효과를 얻을 수 있고, 예상되는 소요 지반강도를 확보할 수 있 으므로 육상, 하천 및 해안지역 등의 여러 조건에서 적 용할 수 있다. 또한 타 공법과는 다르게 저진동 및 저소 음이고, 지반교란이 적은 상태에서 원지반 활용이 양호 하며, 시공시의 환경성 문제를 해소하는데도 크게 도움 이 될 수 있기 때문에 최근에 많이 사용되고 있는 추세 이다. 국내에는 1985년 일본에서의 S.E.C(Special Earth Concrete) 공법을 기술도입 후 부산 수영 하수처리장공 사에 처음 사용한 후 현재는 육상과 해안지역의 제방, 연약지반, 벽체 등의 지반개량에 적극 사용되고 있지만 설계 및 시공에 있어 외국 기준에 많이 의존하고 있는 상황이다. 심층혼합처리공법에 관해 Terashi와 Tanaka (1981, 1983), Terashi 등(1979, 1980, 1983a, 1983b)은 석 회와 시멘트 혼합처리토의 공학적 특성을 연구하여 실내 시험 절차를 제안하였고, 일본 지반공학회에 의해 1990 년에 표준화되어 실용화 되었다. Pendola 등(1969)과 Moh 등(1970)은 시멘트량, 함수비, 다짐밀도, 양생온도, 입도 등 이 압축강도에 미치는 영향을 연구하였고, George(1968) 는 시멘트량, 양생조건 및 다짐밀도 등에 의한 균열발생 의 영향인자에 대하여 연구를 수행하였다.
Kim 등(2003)은 흙의 강도를 증진시키기 위해서 사 용하는 소일시멘트의 강도를 증가시키기 위해서 무기 질 고화제를 섞은 소일시멘트의 일축압축강도와 휨 인 장강도를 측정하는 실험을 수행하였고, Jeong 등(2008) 은 통계적 방법을 이용하여 설계기준강도와 현장강도 및 실내강도와의 관계를 설정하여 강도비를 제안하였 다. 또한 심층혼합처리공법에서 설계기준강도와 변형계 수에 관해 Yang 등(2000)이 연구를 수행하였으며, Chun
등(2000)은 연약지반에 대한 시멘트계 고화재의 혼합적 용 시 고화재의 개량효과를 파악하여 토질조건 및 시공 조건을 고려한 대상 공시체에 대하여 일축압축강도를 얻었다. 또한 Park 등(2014)은 지반조건, 양생조건, 안정 재 조건에 따른 심층혼합시료의 실내강도특성에 대한 연구를 수행하였다. 하지만 국내외에 심층혼합처리공법 에서의 다양한 시료조건 및 양생조건, 안정재 배합비 등 에 관한 탄성계수를 분석한 연구가 거의 이루어지지 않 았다.
따라서 본 연구에서는 실내시험을 통해 심층혼합처 리공법의 안정성을 확보하기 위하여 다양한 지반조건 에 대하여 안정재 혼합비에 따른 심층혼합시료의 실내 강도 특성과 탄성계수의 상관관계를 연구하여 각 지반 조건에서의 적절한 강도발현과 공법 적용에 따른 경제 적인 설계 및 시공이 이루어지도록 적절한 혼합비를 제 시하고, 각 조건에 대한 탄성계수의 활용을 제시하고자 한다.
2. 시험조건 및 배합조건
2.1 시험조건
실내시험에서 사용된 재료는 점토는 SiO2 50%와 Al2O3 35.0% 이상의 카오린 점토, 모래는 #200 체가름 후 남 는 낙동강사, 자갈은 19.0mm∼4.75mm 사이의 깬 자갈 을 사용하였고, 안정재는 분말도 4,300cm2/g 이상의 특 수시멘트 45%, Slag 47%, 무수석고 8%로 구성되어 있 는 안정재를 사용하였다. 또한 심층혼합 시료의 강도측 정을 위한 공시체 제작은 지름 10cm, 높이 20cm의 크기 의 몰드에 램머 무게 2.5kgf을 낙하높이 30cm로 한층 당 25회 다지고, 3층으로 최대한 다져 제작하여(A다짐시험) 온도 20°C와 습도 90% 이상의 습윤상태로 7일과 28일 동안 양생을 하였다. 각 공시체의 양생 후 1.0mm/min의 변형속도로 일축압축시험을 수행하여 강도특성을 파악 하였다.
Table 1. Change factors of mixing ratio
Division Change factors (%) Remark
Stabilizer % 8, 10, 12, 14
․ Specimens making counts : 80
․ 4 specimens at one time making (7 and 28 days specimens per 2)
․ Total specimen number : 320 kg/m3 160, 200, 240, 280
Gravel 0, 20, 40, 60
Sand/Clay 0, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100 Water content Degree of saturation (S) = 100%
Table 2. Mixing ratio for soil type Case Mixing ratio (%)
Soil type Case Mixing ratio
Soil type
Gravel Sand Clay w Gravel Sand Clay w
1 0 0 100 42.3 Clay 11 20 80 0 12.3 Sand
2 0 20 80 35.3 Clay 12 40 0 60 26.8 Clay
3 0 40 60 29.4 Clay 13 40 20 40 21.1 Gravel
4 0 60 40 24.4 Sand 14 40 40 20 14.9 Gravel/Sand
5 0 80 20 20.1 Sand 15 40 60 0 9.9 Sand
6 0 100 0 16.6 Sand 16 60 0 40 24.8 Gravel
7 20 0 80 31.2 Clay 17 60 10 30 19.7 Gravel
8 20 20 60 25.2 Clay 18 60 20 20 15.5 Gravel
9 20 40 40 20.1 Sand 19 60 30 10 11.8 Gravel
10 20 60 20 15.7 Sand 20 60 40 0 7.7 Gravel
2.2 배합조건
안정재 혼합비에 따른 압축강도의 특성을 알아보기 위한 심층혼합 시료의 배합은 지반조건에 따라 자갈은 0%, 20%, 40%, 60%로 변화시켰고, 모래와 점토는 0%, 10%, 20%, 30%, 40%, 60%, 80%, 100%로 변화시켰으 며, 안정재는 재료중량에 대하여 현장에서 많이 사용되 는 8%, 10%, 12%, 14%의 혼합비로 결정하였고, 안정재 8%, 10%, 12%, 14%는 160kg/m3, 200kg/m3, 240kg/m3, 280kg/m3의 단위체적당 중량으로 나타낼 수 있다. 지반 의 혼합비에 따라 점토와 자갈 50% 이상의 함유량은 점토 및 자갈질로, 그 이외는 모래질로 토질상태를 대표 적으로 나타낼 수 있고, 안정재는 일반적으로 현장에서 많이 사용되는 혼합비를 기준으로 결정하였다. 또한 함 수비는 다짐시험을 실시하여 포화도 100%일 때의 함수 비로 결정하였다. 이와 같은 함수비 기준은 지하수위 아 래의 함수비 조건의 동일한 기준을 제시할 수 있고, 모 든 배합조건에서 배합에 따른 공시체 제작이 될 수 있도 록 하기 위함이다. 또한 공시체는 지반조건 20가지 경우 의 8%, 10%, 12%, 14% 안정재를 혼합한 80가지 경우 에 대하여 7일 및 28일 양생기간별로 두 개씩 총 320개 의 공시체를 제작하였다. Table 1에는 혼합비에서 변화
되는 조건을 나타내었고, Table 2에는 토질조건에 따른 혼합비를 나타내었다.
3. 시험결과 및 분석
3.1 일축압축시험 결과
각 공시체에 대한 실내 일축압축시험 결과, 재령별 강 도는 Table 3에 나타내었고, 접선탄성계수(secant elasticity modulus)와 할선탄성계수(tangent elasticity modulus)는 Table 4에 나타내었다. 여기서 탄성계수는 원점에서 피 크 강도의 1/2인 점에까지의 직선을 연결한 기울기를 할 선탄성계수, 피크 강도의 1/2인 점에서 접선을 그어 기 울기를 구한 것을 접선탄성계수라 정의하였다. Fig. 1은 Table 3∼4를 도식화 한 것으로 그 결과에서 안정재 혼 합비가 증가할수록 강도 및 탄성계수는 대체적으로 증 가하는 경향을 나타내었고, 탄성계수는 자갈 및 모래의 구성비가 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었지만 자 갈은 그 자체의 강도지배 효과에 의해 그 경향이 일률적 이지는 않았고, 모래의 구성비가 증가할수록(점토 구성 비가 감소) 증가경향은 뚜렷하였다.
각 공시체별 단위중량 및 함수비에 따른 일축압축시
Table 3. Axial compressive strength by curing time of 7 and 28 days
Case Mixing ratio (%) Axial compressive strength by stabilizer content (kPa) Curing time 7 days Curing time 28 days
Gravel Sand Clay 8% 10% 12% 14% 8% 10% 12% 14%
1 0 0 100 485.1 618.4 643.9 685.5 362.6 815.9 643.9 1442.6
20 20 80 633.1 727.7 858.0 884.9 603.2 934.4 873.7 1835.1
3 0 40 60 725.7 1430.8 1492.1 1674.8 831.5 1296.1 2073.7 2803.8
4 0 60 40 991.3 1511.7 2169.2 2406.9 1462.7 2284.4 3257.0 3896.0
5 0 80 20 1200.5 2148.7 4606.0 4926.5 1699.8 2574.0 7826.8 8422.6
6 0 100 0 1310.1 3678.4 4804.5 6445.5 1760.1 3902.4 8006.1 11605.2
7 20 0 80 345.9 598.8 728.1 757.5 639.5 645.8 869.8 1142.2
8 20 20 60 511.1 763.4 833.0 897.7 1004.0 1112.8 1364.2 1397.0
9 20 40 40 1068.2 1309.3 1455.3 2145.2 1563.1 1741.5 1700.3 3452.5
10 20 60 20 1668.9 2588.2 4749.6 6392.1 2990.0 3884.7 5884.9 7495.0
11 20 80 0 2394.1 3530.5 5415.5 7701.3 4135.1 5549.7 6665.0 12816.9
1240 0 60 495.4 489.5 577.7 1271.1 746.8 658.6 725.21857.6
13 40 20 40 706.1 1381.3 1377.9 1826.7 1172.6 1619.0 1819.9 2688.6
14 40 40 20 1014.3 4146.4 4746.6 6398.9 1944.8 6157.8 6373.9 10781.5 15 40 60 0 3286.9 6335.7 8834.7 12745.4 5625.2 9449.2 12471.5 18028.1
16 60 0 40 1433.7 1077.0 1162.8 3223.7 950.1 1759.1 1361.7 3399.1
17 60 10 30 2082.5 1689.5 2068.8 3483.4 1986.5 2733.7 3322.7 4737.3 18 60 20 20 3174.7 3157.6 3637.8 5915.3 3362.9 4402.2 4685.9 11396.4 19 60 30 10 3281.5 6517.0 6510.1 10924.6 5026.9 8030.1 8933.2 15058.7 20 60 40 0 6776.7 7000.6 10108.7 11203.4 8768.6 9513.4 13333.4 16189.6 Table 4. Elasticity modulus by curing time of 7 and 28 days
Case
Secant elasticity modulus by stabilizer content (MPa) Tangent elasticity modulus by stabilizer content (MPa) Curing time 7 days Curing time 28 days Curing time 7 days Curing time 28 days
8% 10% 12% 14% 8% 10% 12% 14% 8% 10% 12% 14% 8% 10% 12% 14%
1 47.6 61.1 72.1 75.1 50.0 69.5 75.4 90.9 51.0 66.5 72.3 77.8 51.9 75.9 80.3 83.7 2 58.0 63.4 94.2 99.8 56.5 94.8 102.3 106.5 64.7 69.3 95.0 121.8 74.8 109.9 112.6 129.2 3 62.6 78.8 97.6 130.3 74.7 125.4 145.0 159.0 63.4 98.6 143.2 169.5 104.0 139.4 174.6 180.2 4 61.9 86.1 147.7 175.7 83.8 153.2 166.8 178.7 61.5 102.2 180.4 186.1 132.1 163.0 184.0 231.9 5 79.3 97.2 162.0 184.5 88.0 163.3 203.4 211.4 74.3 162.4 229.2 234.5 135.5 167.2 232.6 257.5 6 99.7 170.9 178.9 184.1 116.9 223.3 228.9 262.2 87.6 184.7 243.8 247.9 141.9 221.1 266.1 287.4 7 27.5 49.9 66.6 78.3 36.9 83.3 109.5 119.1 25.2 52.6 77.8 95.4 44.2 86.1 141.0 148.9 8 53.2 69.9 72.5 90.0 65.2 106.1 121.6 144.6 47.5 81.8 106.4 117.3 67.5 101.4 146.7 171.4 9 106.8 121.8 124.2 175.6 69.4 125.3 138.4 172.7 103.3 126.7 138.4 204.7 110.7 122.6 170.1 249.4 10 130.7 144.8 158.2 193.4 116.2 160.0 167.8 192.8 157.2 173.9 201.5 220.5 127.6 197.2 232.9 309.8 11 172.1 186.5 212.1 228.5 126.8 193.6 215.4 258.0 202.2 219.7 228.9 267.7 210.5 238.7 252.2 329.7 12 52.7 75.9 90.0 109.6 51.8 57.0 72.3 97.9 49.9 64.0 81.0 103.2 78.9 86.2 103.0 134.9 13 90.6 109.2 134.6 156.8 99.5 104.0 105.9 123.2 91.4 141.5 171.5 186.9 96.6 110.2 152.4 166.9 14 104.4 183.6 210.0 212.7 103.4 188.6 228.8 237.2 114.8 208.9 220.7 233.2 157.8 250.1 256.5 271.2 15 169.8 188.9 227.7 229.1 160.3 223.9 237.2 292.2 234.5 243.8 254.0 281.3 248.7 305.4 317.5 341.7 16 78.0 92.5 95.0 131.5 85.4 132.9 158.6 195.0 78.4 100.0 137.4 148.5 123.1 184.0 197.6 252.8 17 88.2 115.2 119.0 134.9 97.1 139.7 173.3 203.8 138.8 152.4 155.4 166.7 127.8 191.2 226.0 279.8 18 120.2 141.4 146.0 156.6 112.6 144.7 175.7 235.0 157.0 160.9 195.2 210.6 189.3 275.3 283.2 304.3 19 124.7 164.7 200.2 201.9 136.8 203.5 209.2 238.6 218.5 240.1 246.3 257.3 230.1 292.3 295.9 317.8 20 180.3 202.0 211.3 235.2 229.4 235.4 238.0 285.9 265.7 268.7 280.3 291.4 271.6 307.9 314.1 329.3
(a) Strength of 7 days (b) Esec of 7 days (c) Etan of 7 days
(d) Strength of 28 days (e) Esec of 28 days (f) Etan of 28 days
Fig. 1. Strength and elasticity modulus by each specimen
(a) Strength by unit weight (b) Esec by unit weight (c) Etan by unit weight
(d) Strength by water content (e) Esec by water content (f) Etan by water content Fig. 2. Strength and elasticity modulus by unit weight and water content
(a) Strength (b) Relation of Esec-Etan
(c) Secant elasticity modulus (d) Tangent elasticity modulus Fig. 3. Strength and elasticity modulus by curing time
험 결과를 Fig. 2에 나타내었다. Fig. 2(a)∼(c)에서 단위 중량이 증가할수록(자갈질 및 모래질 함유량이 많아질 수록) 강도 및 탄성계수가 증가하는 경향을 나타내었고, 함수비가 증가할수록(점토함유량이 많아질수록) 강도 및 탄성계수가 감소하는 경향을 Fig. 2(d)∼(f)에서 알 수 있다.
3.2 재령에 따른 특성
Fig. 3(a)의 재령에 따른 강도결과에서 장기강도는 초 기강도보다 43% 정도 증가하는 것으로 나타났다. 그리 고 (c)와 (d)에서 할선탄성계수는 14%, 접선탄성계수는 19% 증가하는 것으로 나타났고, 접선탄성계수가 할선 탄성계수보다 25% 정도 크게 나타나는 것을 (b)에서 알 수 있다. 이와 같이 탄성계수의 재령에 따른 증가가 비 교적 적은 이유는 응력-변형률 관계가 비교적 다양한
형태로 나타났기 때문이다. 즉 초기변형률에서 깨끗한 쌍곡선 형태 혹은 변형률이 커짐에 따라 응력이 증가하 는 경향을 나타나지 않은 시료(예를 들면 S자 모양의 그래프 등)가 초기 상태에서 간혹 나타나 간극이 많은 암반의 응력-변형률 그래프 같은 형태가 있어 접선탄성 계수가 할선탄성계수보다 크게 나타났기 때문이다. 따 라서 초기변형률의 영향으로 접선탄성계수가 할선탄성 계수보다 크게 나타났기 때문이다.
3.3 안정재 혼합비에 따른 특성
안정재 혼합비 증가에 따른 심층혼합시료의 강도특 성을 알아보기 위하여 안정재 혼합비 8%에 대한 강도, 할선탄성계수, 접선탄성계수를 Fig. 4와 같이 정규화하 여 그 특성을 파악하였고, 그 결과를 Table 5에 나타내 었다. 재령 7일 강도는 34%, 80%, 141%로 증가하였고,
Table 5. Properties by stabilizer content increase
Stabilizer (%) 8→10 (2%↑) 8→12 (4%↑) 8→14 (6%↑)
Strength increase ratio (%) 7days 34 80 141
28days 38 82 168
Secant elasticity modulus (MPa) 33 55 70
Tangent elasticity modulus (MPa) 37 69 90
(a) Strength of 7 days (b) Strength of 28 days
(c) Secant elasticity modulus (d) Tangent elasticity modulus Fig. 4. Normalization for stabilizer 8%
재령 28일 강도는 38%, 82%, 168%로 증가하였다. 안정 재 혼합비가 증가할수록 강도는 크게 증가하였다. 또한 할선탄성계수는 33MPa, 55MPa, 70MPa, 접선탄성계수 는 37MPa, 69MPa, 90MPa씩 증가하는 것으로 나타나 안정재가 2% 증가할 때마다 약 20∼30MPa 정도로 증 가하는 것으로 나타났다.
3.4 지반구성비에 따른 특성
3.4.1 지반종류에 따른 특성
지반종류별 안정재 혼합비의 영향을 알아보기 위하 여 Fig. 5에 안정재 혼합비에 따른 평균 강도 및 탄성계 수를 나타냈다. 점토질 지반은 강도증가가 크게 발생하 지 않았고, 모래질 지반은 일정한 강도증가를 나타내었 다. 또한 자갈질 지반은 안정재 14%에서 갑자기 증가하
(a) Strength (b) Secant elasticity modulus (c) Gravel mixed ground Fig. 5. Properties by ground condition
(a) Clayey ground(b) Sandy ground(c) Gravel mixed ground
(d) Clayey ground (e) Sandy ground (f) Gravel mixed ground
Fig. 6. Normalization for stabilizer 8% by ground condition
는 경향을 나타내었다. 이것은 모래질 지반과 자갈질 지 반은 점토질 지반에 비해 안정재 양이 어느 정도 많아지 면 세멘테이션 효과가 크게 나타나 강도 증가가 일어나 기 때문이라고 판단된다. 탄성계수는 모든 지반에서 비 교적 일정하게 증가하는 경향이 나타나지만 특히 자갈 질 지반은 재령에 따른 차이가 많이 발생하는 것을 알 수 있다. 이와 같은 현상은 점토질 지반은 안정재 혼합 효과가 모래질과 자갈질에 비해 현저하게 떨어지기 때 문 인 것으로 그 원인을 판단할 수 있다. 또한 자갈질
지반의 자갈 자체의 강도 지배효과에 의해 강도 및 탄성 계수 발현 특성이 비교적 불규칙적으로 나타났다.
Table 6과 Fig. 6에는 안정재 증가에 따른 강도 및 탄 성계수를 안정재 8%에 대하여 정규화하여 강도증가 효 과를 나타내었다. 강도와 탄성계수의 증가효과는 점토 질과 자갈질이 비슷하게 나타났고, 모래질에서 비교적 크게 발생하는 것으로 나타났다. 점토질의 강도증가효 과는 비교적 낮은 상관성을 나타내었고, 자갈질 지반과 유사하게 안정재 혼합비 12%까지는 비교적 낮은 증가
Table 6. Properties by stabilizer content increase
Stabilizer (%) 8→10 (2%↑) 8→12 (4%↑) 8→14 (6%↑)
Strength increase ratio (%)
Clay 23 35 114
Sand 69 137 246
Gravel 20 53 115
Elasticity modulus (MPa)
Clay 2 4 43 59
Sand 40 68 102
Gravel 34 47 67
(a) Strength (b) Secant elasticity modulus (c) Tangent elasticity modulus Fig. 7. Properties by sand content
Fig. 8. Strength and elasticity modulus relation
비를 나타내다가 14%에서 크게 증가하는 것으로 나타 났다. 탄성계수는 강도와 유사한 증가효과를 보였고, 점 토질과 자갈질은 약 20MPa로 증가하였으며, 모래질은 30MPa로 안정재 증가에 따라 일정하게 증가하는 것으 로 나타났다.
3.4.2 모래함유량에 따른 특성
강도 증가효과가 가장 두드러지게 나타나는 모래질 성 분에 대하여 영향을 알아보기 위하여 모래함유량이 0%, 20%, 40%, 60%, 80%(점토함유량 100%, 80%, 60%, 40%, 20%)로 구성된 Case1 5 공시체에 대한 특성을 Fig. 7과
같이 분석하였다. 모래함유량이 증가할수록 지수적으로 증가하는 경향을 보였고, Fig. 7(a)에서 강도는 안정재 혼합비와 재령이 증가할수록 증가하는 경향을 보였다.
또한 탄성계수는 안정재 혼합비와 재령이 증가할수록 모래함유량에 따라 증가하는 경향이 크게 나타나는 것 을 Fig. 7(b)∼(c)에서 알 수 있다.
3.5 강도에 따른 탄성계수 특성
강도와 탄성계수의 관계를 Fig. 8과 같이 나타내었다.
또한 지반종류별 강도와 탄성계수의 실내기준을 Table
Table 7. Laboratory design criterion stabilizer content
Laboratory design criterion by stabilizer content
8% 10% 12% 14%
Strength (kPa)
Clay 700 900 1100 1700
Sand 2500 4100 6000 8800
Gravel 4000 5300 6300 10200
(MPa)Esec
Clay 60 90 100 120
Sand 110 170 190 210
Gravel 130 170 190 230
Etan (MPa)
Clay 70 100 130 140
Sand 150 200 230 270
Gravel 190 250 260 300
*Strength result of Park et al. (2 014)
7과 같이 나타내었다. 점토질 지반의 강도와 탄성계수 의 관계에서 할선탄성계수와 접선탄성계수가 유사한 관계를 나타내었다. 이는 점토질 시료의 경우 응력-변형 률 곡선이 비교적 양호하게 나타나 할선탄성계수와 접 선탄성계수가 유사한 관계를 나타내었다고 판단된다.
한편 모래질의 할선탄성계수와 자갈질의 할선탄성계수 가 유사한 관계를, 모래질의 접선탄성계수와 자갈질의 접선탄성계수가 유사한 관계를 나타내었다. 이는 앞에 서 언급한 바와 같이 모래질 흙과 자갈질 흙의 경우 초 기변형률에서 깨끗한 쌍곡선 형태 혹은 변형률이 커짐 에 따라 응력이 증가하는 경향을 나타나지 않은 시료가 초기 상태에서 간혹 나타나 간극이 많은 암반의 응력- 변형률 그래프 같은 형태가 있어 접선탄성계수가 할선 탄성계수보다 크게 나타났기 때문이다. 따라서 초기변 형률의 영향으로 접선탄성계수가 할선탄성계수보다 크 게 나타났기 때문이다.
4. 결 론
본 연구는 심층혼합시료의 실내시험을 통해 재령, 안 정재 혼합비, 지반구성비에 따른 강도 및 탄성계수 특성 을 파악하였고, 현장에 활용 가능한 실내기준을 제시하 였다.
(1) 안정재 혼합비 8%∼14% 범위 내에서 모래성분 10%
증가함에 따라 탄성계수의 증가는 약 25.3∼35.3%
증가하였으며, 자갈성분 10% 증가함에 따라 탄성계 수의 증가는 약 23∼27.5% 증가하였다
(2) 재령에 따라 장기강도(재령28일)는 초기강도(재령7 일)보다 43% 정도 증가하는 것으로 나타났고, 할선
탄성계수는 14%, 접선탄성계수는 19% 증가하는 것 으로 나타났으며 접선탄성계수가 할선탄성계수보다 25% 정도 크게 나타났다.
(3) 안정재가 일정하게 증가할수록 단기강도(재령7일) 보다는 장기강도(재령28일)가 일정한 비로 증가하 는 경향이 뚜렷하였고, 점토질 시료의 경우 탄성계 수는 안정재가 2% 증가할 때마다 약 17∼25MPa 정 도로 증가하는 것으로 나타났으며, 모래질 시료의 경우 탄성계수는 안정재가 2% 증가할 때마다 약 23
∼50MPa 정도로 증가하는 것으로 나타났으며, 자 갈질 시료의 경우 탄성계수는 안정재가 2% 증가할 때마다 약 28∼39MPa 정도로 증가하는 것으로 나 타나 모래질 시료가 안정재 혼합비의 증가에 대한 영향을 가장 많이 받았다.
(4) 자갈질 지반은 안정재 14%에서 갑자기 증가하는 경 향을 나타내었고, 탄성계수는 모든 지반에서 비교 적 일정하게 증가하는 경향을 나타내었지만 자갈질 지반은 재령에 따른 차이가 많이 발생하였다.
감사의 글
이 논문은 2014년 2월 창원대학교 박사학위 논문(박 환기, 2014)에서 발췌하였습니다.
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Received : September 6th, 2018 Revised : October 11th, 2018 Accepted : October 13th, 2018
