Journal of the Korean Geotechnical Society ISSN:1229-2427(Print) 2288-646X(Online) 한국지반공학회 논문집

지반조사를 통해 결정된 전단파 속도 주상도는 지반에 존재하는 물성치 공간 변동성에 의해 불확실성을 가지게 된다. 이러한 불확실성은 대상 지반에 존재 할 수 있는 전단파 속도 주상도들을 생성하고 생성된 주상도들에 대한 통계적 처리를 통해 평가·고려될 수 있다. 본 연구에서는 세종시에서 수행된 187개의 다운홀 시험에서 얻어진 전단파 속도 주상도들을 기반으로 존재 가능한 500개의 전단파 속도 주상도들(전단파 속도 랜덤필드)을 생성하고 이에 대한 통계적 분석을 통해 대상 지반의 전단파 속도 분포의 특성 및 물성치 공간 변동성에 의해 발생하는 불확실성을 평가·고려하는데 사용되는 깊이에 따른 변동계수 모델식을 제안하였다.

화강암이 기원암인 충적층 토양에서 표층에서부터 깊이에 따른 화학조성, 광물구성, 그리고 조직을 조사하여 포화대와 불포화대에서 토양 특성을 고찰하였다. 충적층 토양을 구성하는 쇄설성 입자는 석영, 정장석, 사장석, 흑운모이며, 입자 공극을 채우는 2차 광물은 일라이트와 카오린나이트이다. 충적층 토양의 화학적 풍화지수(CIA) 및 작열감량(LOI) 값은 59~70%와 0.82~5.08% 범위이며, 이들의 심도별 분포는 불포화대보다는 포화대에서 높은 특성을 보인다. 이는 불포화대보다는 포화대에서 물의 유입이 활발하여 물-암석 반응이 빠르게 진행된 결과로 해석된다.

본 연구는 수치해석 결과를 이용하여 토석류가 건물에 작용하는 충격압을 신뢰성 있게 예측할 수 있는 추정식을 개발하는 것이다. 이를 위해, 지형조건과 토석류 특성의 변화를 반영한 수치해석을 수행하였다. 액성지수 증가로 인한 토석류의 점성과 마찰각 감소는 접근 속도와 충격압의 증가시키는 것으로 나타났다. 수치해석 결과로 산정된 토석류의 접근 속도와 충격압에 대한 다중회귀분석을 수행하였다. 사면 경사각, 사면 높이, 토석류 유발량, 그리고 액성지수를 독립변수로 사용하였다. 변수들에 로그 변환을 적용한 후, F-검정과 t-검정을 통해 모델과 회귀계수의 적합도 및 통계적 유의성을 검증하였다. 다중회귀분석 결과, 액성지수와 사면 높이가 접근 속도에 가장 큰 영향을 미치는 주요 변수로 확인되었으며, 토석류 유발량과 액성지수는 충격압에 가장 큰 영향을 미치는 요인으로 분석되었다. 수치해석 결과를 바탕으로 도출된 충격압 및 접근 속도 추정식은 높은 적합도와 신뢰성을 보였다. 다만, 액성지수가 낮은 토석류(LI=1.3)의 경우, 모델의 예측 안정성이 저하되는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 토석류 방재 설계와 구조물 피해 저감 대책 수립을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.

지반강화를 위해 다양하게 활용되는 바이오폴리머 중 잔탄검은 미생물 기반 발효 과정에서 생산되는 생물 고분자 물질로, 지반의 강도 및 강성 증진에 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구는 바이오폴리머가 혼합된 흙의 동결-융해 과정 중 탄성파 속도 변화를 측정하고, 이를 통해 동결-융해 조건에서 바이오폴리머가 흙의 안정성 및 구조적 특성 변화에 미치는 잠재적 효과를 규명하는데 목적이 있다. 바이오폴리머 함량은 0~10%로 설정하였으며, 상대밀도와 포화도는 각각 60%와 30%로 고정하였다. 실험은 동결 4시간과 융해 20시간으로 구성된 주기를 5일간 반복하여 진행하였으며, 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트 센서를 활용하여 탄성파 신호를 수집하였다. 실험 결과, 탄성파 속도는 바이오폴리머 함량이 증가함에 따라 초기에는 겔 네트워크 형성으로 증가하다가, 최적 함량에서 최대값을 보이고 이후 과도한 겔 형성으로 감소하는 것으로 나타났다. 특히, 동결 상태에서는 낮은 함량에서 겔 네트워크 형성 불안정으로 속도가 감소하였고, 최적 함량에서 압축 저항성의 증가로 속도가 상승하는 경향을 보였으며, 최적 농도는 0.5~5% 범위에서 나타났다. 본 연구는 지반 강성 증진에 효과적인 바이오폴리머 함량를 선정하고 이를 동결-융해 현장에 적용하는데 유용한 자료로 활용될 것으로 기대된다.

유동성 채움재는 우수한 유동성과 자기다짐성으로 인해 뒷 채움재 및 구조용 채움재로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 리그노설포네이트를 유동성 채움재에 혼입하여, 개발된 유동성 채움재의 유동성, 경화특성, 압축강도특성을 평가하고, 도로 및 철도포장 하부층의 재료로서 활용하기 위해 반복 삼축압축실험을 수행하여 영구변형 특성을 평가하였다. 리그노설포네이트 혼입 시, 유동성은 증가하고, 경화시간은 지연되었다. 또한, 양생 3일 및 7일에서는 리그노설포네이트가 혼입된 채움재의 일축압축강도가 미혼입된 채움재보다 낮았으나, 양생 14일 이후 리그노설포네이트가 혼입된 채움재의 일축압축강도가 미혼입된 채움재보다 높은 것으로 나타났다. 반복 삼축압축실험 결과, 리그노설포네이트가 혼입된 채움재의 양생초기 단계에서는 높은 축차응력에서 상당한 영구변형이 발생하였으나, 양생 28일에는 미혼입된 채움재보다 안정적인 영구변형축적 양상을 보여주었다. 또한, 회귀분석 결과, 축차응력을 포함한 지수함수 기반의 영구변형 예측식이 높은 상관성을 보여주었으며, 실험에서 측정된 영구변형 축적 양상과 전반적으로 높은 일치하는 경향을 보여주었다.

하천에 설치된 제방의 홍수 시 안정성은 지반의 복잡한 수리학적 및 역학적 특성과 밀접한 관련이 있다. 제방은 일반적으로 충적층 기초 위에 주변에서 구할 수 있는 재료를 사용하여 축조되므로, 그 거동에는 자연재료의 고유한 변동성이 포함된다. 따라서 제방의 위험도를 평가하기 위해서는 주요 파괴모드에 대해 지반의 수리적 및 역학적 특성의 불확실성을 고려한 확률론적 해석이 필요하다. 본 연구에서는 수위 변화에 따른 제방의 내적 침식 및 사면 안정성의 확률론적 거동을 분석하였다. 이를 위해 포화-불포화 유한요소 침투해석과 한계평형법에 의한 사면안정 해석을 연동하여 Monte Carlo 시뮬레이션을 수행하였으며, 지반의 수리적 및 역학적 특성의 불확실성이 유출동수경사와 사면 안전율의 확률적 분포에 미치는 영향을 평가하였다. 연구 결과, 하천 제방의 정확한 확률론적 안정 해석을 위해서는 충적층 기초와 제체의 필수적인 수리적 특성인 포화투수계수의 불확실성을 고려하는 것이 중요함을 확인할 수 있었다.