1. 서 론

흙은 생성환경과 조건에 따라 구성성분에 차이가 있어 흙의 종류에 따라 압축 발생 시 다양한 공학적 특성이 나타난다. Sabkha는 중동지역의 대표적인 연약지반으로 염분함량이 높고 전단강도와 지지력은 매우 작으며 동시에 높은 압축성을 나타낸다. Juillie and Sherwood (1983)의 연구에 의하면 표준관입시험의 N치가 Muddy sabkha에서 0～4, Sandy sabkha에서 2～10으로 나타나 Sabkha층이 매우 느슨한 지반임을 알 수 있다. 일반적으로 느슨한 Sabkha층 상부에 구조물 축조 시 지지력과 침하가 토목설계 기준에 부합되지 않아 자연상태 그대로 구조물을 설치하기 어렵고, 파괴 가능성이 커 일반적인 조건에서도 그 위험도가 허용치를 초과한다(Khan and Hasnain, 1981; Dhowian et al., 1987; Al-Amoudi, 1992). Sabkha의 압축특성을 확인하기 위해 Al-Shamrani and Dhowian(1996)은 일차 압축 및 이차 압축 시의 침하특성에 관한 비교연구를 수행하였고, 사브카층의 압축성을 감소시키기 위하여 선행재하(Pre-loading)를 실시하여 선행압축 시 일차와 이차 압축 침하가 감소한다는 것을 입증하였다(Al-Shamrani and Dhowian, 1997). Aiban et al.(2006)은 지반의 강도 증진을 목적으로 한 토목섬유(Geotextile)의 사용이 Sabkha층의 지반을 보강하는 효과가 있음을 확인하였다. 즉, 이들 연구는 모두 외부간극의 감소와 보강재와 입자 간의 마찰을 증진하여 지반을 안정화 하고자 한 것이다. 그러나 하중 작용 시 입자파쇄에 의한 흙 입자의 부피감소가 대변형 침하의 원인 중 하나임을 밝히지는 못하였다. 반면 본 연구는 Sabkha층의 침하원인 중 하나인 입자파쇄 현상을 설명하고자 한다. Sabkha층에서 입자파쇄가 발생하면 흙 입자의 내부간극이 외부로 노출되어 순수한 흙 입자의 부피가 감소한다. 삼축압축시험에서 발생된 음(-)의 간극수압은 흙 입자의 부피변화가 발생됨을 의미하며, 이를 흙의 삼상(三相) 그림으로 표시하면 입자파쇄에 의한 부피의 변화를 명확히 이해할 수 있다. 즉, 지반의 침하(압축)가 단순히 외부간극의 감소가 아니라 입자파쇄에 의해 노출된 내부간극의 영향을 받는다는 것을 삼축압축시험의 결과를 통하여 분석하였다.

2. 현장지반 조건

실내시험에 사용된 Sabkha 시료는 아랍에미리트연합(UAE)의 Ruwais 지역의 석유화학단지 조성현장에서 채취되었다. Sabkha층은 초기에 지표면에 노출되어 있었으나 상부 구조물 축조 시 충분한 지지력의 확보를 위하여 현장 인근 바다에서 모래(Seabed층)를 5m 두께로 준설하였다. 준설토층은 통일분류법(USCS)에서 SM으로 분류되었고 주로 패각류(Shell fragments)가 많이 포함되어 있었다. Sabkha층은 채취된 시료에 따라 SM 또는 ML로 분류되어 조립토와 세립토의 성질이 혼재되어 나타났다. 준설토층은 인근 바다에서 축적된 흙이 성토된 것이지만 동일한 기후와 생성과정으로 수중 퇴적되어, 구성 성분이 표층에 퇴적 노출된 Sabkha층과 유사하다.

Table 1은 표층에 노출된 Sabkha층 중 ML로 확인된 지반의 특성을 나타낸 것이며 공학적으로 매우 불리한 조건임을 알 수 있다. 지반조사결과 200번체 통과량이 60∼80%이며 표준관입시험(SPT)의 N치가 1∼10으로 나타났다. Peck은 내부마찰각이 28.5° 이하일 경우, Meyerhof는 30° 이하일 경우, 상대밀도가 20% 이하인 매우 느슨한 사질 지반으로 규정하였는데 현장지반은 내부마찰각이 28°인 매우 느슨한 지반으로 확인되었다.

Table 2는 준설 성토된 현장 하부지반의 지층분포와 지층별 특성을 나타낸 것이다. Sabkha층 하부의 원지반은 Cemented sandstone이나 Siltstone이 물리･화학적 작용으로 생성된 조밀한 모래질 암반으로 구성되었다.

3. 입자파쇄 침하거동

Terzaghi et al.(1996)은 입자에 항복응력이 발생하면 흙의 구조가 깨지고 파열이 발생하여 입자 간 결합이 깨진다고 하였다. 화강암계 풍화 퇴적토인 화강풍화토(Miura and Ohara, 1979), 조개나 산호의 유해로 이루어진 카보네이트계 모래(Golightly and Hyde(1988), Coop(1990)) 등은 낮은 구속압에서도 입자 파쇄가 발생하고, 이에 따른 높은 압축성을 나타내기 때문에 입자파쇄가 강도 및 변형특성에 중요한 영향을 미친다. 특히, 탄산질 모래(Carbonate sand) 지반이나 석회질 모래(Calcarious sand)는 석영질 모래보다 입자파쇄가 잘 일어난다. Lee and Seed(1967)는 입자파쇄가 발생하면 모래의 압축성은 현저하게 증가하고, 관계는 명확히 구분되는 점을 가진 곡선이 되며, 이 지점 이후의 직선 기울기는 정규압밀 점토의 직선 기울기와 근사하다. 이 지점은 압축시 압력과 간극비의 관계가 탄성영역에서 소성영역으로 이동할 때의 압축응력이다. Kwag(1999)은 Fig. 1(a)에서와 같이 이 지점을 압축항복응력()이라고 소개하였으며, 모든 모래에서 항복응력의 위치는 입자파쇄가 현저히 발생하기 시작하는 위치와 거의 일치한다고 하였다. 이 방법에 따른 압축항복응력은 Casagrande (1936)에 의한 선행압밀압력보다 약간 작은 값을 나타낸다고 하였다. 본 논문에서는 편의상 압축항복응력을 로 표기한다.

일반적으로 지반에 재하된 하중이 증가할 경우, 임계하중에서 흙 입자의 파쇄가 발생하게 된다. 이때 Fig. 1(b)에서와 같이 급격한 침하가 발생된다.

흙 입자의 파쇄가 발생하는 시점의 하중을 입자파쇄하중()이라 할 수 있으며 입자파쇄하중은 Fig. 1(a)에서 정의한 압축항복응력()과 같은 지점에서 나타난다. 입자파쇄가 발생하면 급격한 침하가 발생하고 간극비도 감소하여 입자파쇄 이전 하중에서의 최종침하량보다 더 큰 침하가 발생한다. 만일 다공질 입자가 파쇄되면 파쇄로 인해 노출된 간극에 의해 간극수압이 감소하게 된다. 즉, 입자파쇄가 발생할 경우 흙 입자의 공학적 특성에 따라 간극수압이 순간적으로 변하게 되고 지반의 지지력도 순간적으로 감소하게 되어 상부 구조물의 안전에 영향을 줄 수 있다. 입자파쇄 발생은 입도의 변화, 입자형상 등의 변화뿐만 아니라 체적변화를 동반하고 강도, 압축성, 투수성과 같은 흙의 공학적 성질의 변화를 일으키므로 입자파쇄의 발생 유무와 그 정도를 확인할 필요가 있다.

4. Sabkha층 모래의 특성

4.1 현장 Sabkha층의 입자파쇄 특성

Table 2에 나타난 성토후 지반의 지층분포에서 지표하 GL-1.5m, GL-7.0m, GL-7.5m에서 3개의 시료를 채취하여 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진 촬영과 표준압밀시험을 수행하였다. 채취된 각 시료입자의 형상과 크기는 Fig. 2(a), (c), (e)와 같이 나타났다.

Fig. 2(a) 시료(GL-1.5m)는 상부 준설토층에서 채취한 시료이며 Fig. 2(c)(GL-7.0m) 및 Fig. 2(e)(GL-7.5m)의 시료는 Sabkha층에서 채취한 시료로, 모두 표준압밀시험 전에 촬영한 사진이다. 30배율 확대 촬영한 전자주사현미경 사진 분석결과, Fig. 2(a)에 비하여 Fig. 2(c)와 2(e)에서는 상부 흙의 압력으로 인한 일차 입자파쇄가 발생하여 입자표면이 올록볼록한 형상을 이루고 있으며 수많은 기공이 관찰되었다.

입자파쇄가 발생하는 하중을 확인하기 위하여 3개 시료에 대해 표준압밀시험을 수행하였고, Fig. 1(a)와 같이 압축항복응력을 결정하였다. 하중은 10kPa부터 1,280 kPa까지 전단계의 1배만큼 증가시켜, 총 14단계의 재하(Loading)와 제하(Unloading)를 반복하였고 각 하중단계별 지속시간은 24시간으로 설정하였다. 하중증가에 따른 각 시료의 침하결과는 Fig. 2(b), (d), (f)와 같이 나타났다. Fig. 2(b)는 일차 입자파쇄가 발생하지 않은 상부 준설된 탄산질 모래가 표준압밀시험에 의해 압축항복되어 입자파쇄된 것이고, Fig. 2(d)와 2(f)는 상부 준설된 모래의 하중에 의해 일차 입자파쇄가 발생된 탄산질 모래에 표준압밀시험을 수행하여 추가 입자파쇄가 발생된 경우이다.

시험결과 Table 3과 같이 Sabkha층의 심도별 압축항복응력을 확인하였다. 재료의 압축항복응력은 GL-1.5m의 상부측 시료에서 상대적으로 크게, GL-7.0m와 GL-7.5m의 하부측 시료에서 작게 나타났다.

전자주사현미경 분석 결과, 입자파쇄가 발생되지 않은 상부 탄산질 모래(GL-1.5m)는 기공이 거의 나타나지 않은 반면 일차 입자파쇄가 발생된 하부 모래(GL-7.0m, GL-7.5m)의 경우 많은 기공이 형성되어 있음을 확인하였다. 이러한 구조로 인하여 낮은 하중에서도 입자파쇄가 잘 일어날 수 있으며, 입자파쇄 발생 시 침하량도 커질 수 있다. GL-7.0m와 GL-7.5m의 변곡점 형태는 Fig. 2(b)와 다르게 나타났는데, 유기물 함량이 높은 탄산질 모래는 세립일수록 동일하중에서 상대적으로 더 큰 침하가 나타나기 때문인 것으로 판단된다(Fig. 3∼6).

4.2 석영질 모래와 탄산질 모래의 화학조성

Sabkha층은 석영질 모래와 비교하여 구성 원소의 종류와 함유량에도 차이가 존재한다. Fig. 3∼Fig. 6은 석영질 모래와 Sabkha층 현장모래의 화학조성 및 원소 함유량을 측정한 것이다. 그 결과 주문진 표준사에서는 규소가 29.07% 함유되어 있으나 칼슘은 존재하지 않았으며 나트륨은 0.29%로 미량만 확인되었다. 반면 현장 Sabkha층의 시료에서는 규소가 8.19∼14.36%, 칼슘이 9.30∼15.42%, 나트륨은 1.46∼6.08% 함유되어 있었다. 한편 시료의 채취심도가 깊을수록 규소함유량은 감소하고, 칼슘과 나트륨은 증가하였고 특히 석영질 모래에서는 검출되지 않았던 염소가 0.99%에서 6.33%로 크게 증가하여 Sabkha층의 다양한 화학조성 변화와 특징을 확인할 수 있다.

Sabkha층의 탄산질 모래는 화학조성과 비율이 주문진 표준사와는 상당한 차이를 나타내고 있어 다양한 공학적 특성의 차이가 존재할 수 있으므로, 석영질 모래의 거동과 탄산질 모래의 거동은 서로 상이하게 나타날 것으로 판단된다. 또한, Sabkha층의 심도에 따라서도 다양한 화학조성의 변화가 발생 될 수 있으므로, Sabkha층의 특징을 단순하고 일관되게 규정할 것이 아니라 다양한 조사와 연구를 통한 공학적 평가가 이루어져야 할 것이다.

5. 삼축압축시 입자파쇄 거동과 분석

5.1 입자파쇄에 따른 탄산질 모래의 거동

Sabkha층 탄산질 모래는 석영질 모래와 비교하여 화학적 구성성분에 차이가 있어 삼축압축시 그 결과도 서로 상이할 것으로 예상되었다. 일반적인 모래의 삼축압축시험 결과 느슨한 모래는 축차응력이 증가함에 따라 응력이 극한값으로 수렴하나, 촘촘한 모래는 최대응력에 도달한 후 감소하여 극한응력으로 수렴한다. 간극수압의 변화에서 느슨한 모래는 재하시 지속적인 부피감소에 따른 간극수압이 양(+)의 값으로 증가하나, 촘촘한 모래의 경우 초기 부피감소에 따른 양(+)의 간극 수압을 보인 후 부피팽창으로 인해 음(-)의 간극수압이 나타난다.

구성성분에서 석영질 모래와 차이가 있는 Sabkha 흙에서의 삼축압축시 특성을 확인하기 위하여 삼축압축시험을 수행하였다. 삼축압축시 시료의 구속압은 현장의 단위중량과 깊이로부터 산출되었다. 토압계수 산정시 일반적으로 사용되는 Jaky(1944)의 경험 공식을 이용하였고 초기구속압은 GL-1.5m에서 13.5kPa, GL-7.0m와 GL-7.5m에서는 같은 구속압 52.5kPa로 적용하였다.

삼축압축시험은 GL-1.5m 시료에서 3회, GL-7.0m와 GL-7.5m 시료에서 각각 2회씩 수행하였고 각 시료는 15% 이상의 축방향 변형이 발생되었다. 그 결과, 축차응력과 축방향 변형률의 관계인 Fig. 7과 간극수압과 축방향 변형률의 관계인 Fig. 8의 결과가 나타났다.

삼축압축시 발생된 축차응력과 최대 수직응력은 Table 4와 같이 정리되었으며, Table 3의 항복응력 결과와 같이 Sabkha층의 GL-1.5m 시료는 입자파쇄 발생을 위해 120∼140kPa의 상대적으로 큰 축차응력이 가해졌다. 반면 하부 GL-7.0m와 GL-7.5m 시료에서는 30∼60kPa의 상대적으로 작은 축차응력이 발생하였다. 

삼축압축시험은 축방향 변형을 증가시키면서 시험을 수행하므로 일반적으로 축차응력()이 증가하면 흙의 부피가 감소하게 되고 동시에 간극수압은 증가한다. 그러나 Fig. 8(a)에서는 음(-)의 간극수압이 발생하였다. 음(-)의 간극수압이 발생하기 위해서는 축차응력()이 인장력으로 발생하여 흙의 부피가 증가되어야 하나 느슨한 모래의 삼축압축시험에서는 축차응력()이 압축력으로 작용하며 시료의 부피는 감소한다. 현장 Sabkha층은 느슨한 지반이므로 다일러턴시(Dilatancy)는 발생되지 않으며 흙의 부피증가로 인한 음(-)의 간극수압 발생은 불가능하다.

촘촘한 석영질 모래의 경우 재하시 초기 압축 후 팽창하므로 양(+)의 간극수압을 보인 후 음(-)의 간극수압이 나타난다. 그러나 Fig. 8(a)의 현장 탄산질 모래의 경우 Fig. 9와 같이 음(-)의 간극수압 후 양(+)의 간극수압이 나타났다. 이를 부피변화에 관하여 이해하면 시료의 부피 팽창 후 압축이 발생한 것이므로 일반적인 사질토의 거동과 차이가 있다.

5.2 입자파쇄에 따른 간극변화

현장 Sabkha 시료의 전자주사현미경 사진(Fig. 2(a), (c), (e))에서 석영질 모래에서는 나타나지 않는, 입자파쇄로 인한 미세한 간극이 관찰되었다. 간극수압의 변화는 흙의 간극과 직접적인 관련이 있으므로 Sabkha층 모래의 입자파쇄가 간극의 변화에 영향을 미친 것으로 판단된다. Fig. 2(c), (e)에서 입자파쇄로 인하여 간극이 증가됨을 알 수 있는데 이러한 미세간극의 증가가 간극수압에 영향을 미친 것으로 판단된다. Fig. 10은 내부간극이 존재하는 모래입자의 파쇄시 간극이 증가됨을 나타낸 것이다.

탄산질 모래는 입자파쇄시 내부간극이 노출되어 과잉간극수압이 감소하게 된다. 이는 다일러턴시(Dilatancy)로 인한 시료의 부피팽창이 원인이 아니고 입자파쇄로 인해 노출된 내부간극들이 물을 흡수하기 때문이다. 그러므로, 입자파쇄가 발생한 초기에 음(-)의 간극수압이 나타난 후 지속적 압축으로 인한 양(+)의 간극수압이 나타난다(Fig. 8(a)). 다공질 모래입자는 입자파쇄 발생 시 내부간극이 외부간극으로 변화됨과 동시에 부피가 감소하고 상대밀도는 증가하게 된다. Fig. 11은 입자파쇄로 인한 탄산질 모래의 부피변화를 나타낸 것이다. Fig. 11(a)는 초기상태를, Fig. 11(b)는 상부하중 재하시 입자파쇄로 인해 부피변화(침하)가 발생한 경우이다. 초기부피 인 흙에 입자파쇄가 발생하면 만큼 전체부피가 감소하여 가 된다.

전체부피 변화량()은 입자파쇄전 외부하중 재하시 상대밀도 증가로 인한 간극감소()와 입자파쇄시 흙 입자의 내부간극 노출로 인한 간극증가량()과 파쇄된 입자의 재배열로 인한 침하량()의 합과 같다. 그러므로 초기부피()와 입자파쇄 후 부피()와의 관계를 식 (1)∼(2)과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, ‘’는 파쇄된 입자에 대한 기호이다.

= (1)

=   (2)

Fig. 12는 입자파쇄 전후의 부피변화에 관한 식 (1)∼(2)를 흙의 삼상(三相)이론에 따라 나타낸 그림이다. 입자파쇄 발생 시 내부간극 노출로 인해 흙의 부피가 감소된다.   

5.3 입자파쇄 영역

Fig. 8(a)에 보인 바와 같이, 느슨한 탄산질 모래의 재하시 발생하는 과잉간극수압의 변화는 외부간극 감소시 상대밀도 증가로 인한 과잉간극수압 증가분과 입자파쇄에 따른 내부간극 노출로 인한 과잉간극수압 감소분의 합으로 나타난다. 입자파쇄가 발생하지 않은 Sabkha층 GL-1.5m의 탄산질 모래에 총 3번의 삼축압축시험을 수행한 결과, 모두 초기에 음(-)의 과잉간극수압이 발생하였다. 이는 입자파쇄시 내부간극 노출로 인해 발생된 과잉간극수압 감소량이 외부간극 감소와 상대밀도 증가로 인한 과잉간극수압 증가량보다 크기 때문이며, 음(-)의 과잉간극수압이 발생한 영역은 입자파쇄가 발생한 영역 내에 존재한다. 그러므로, 실제 입자파쇄가 발생한 영역은 Fig. 13∼15의 결과를 정리하여 Table 5에 나타낸 입자파쇄 우세영역보다 범위가 넓다. 느슨한 탄산질 모래의 과잉간극수압()은 하중 증가시 외부간극 감소로 인한 과잉간극수압 증가()와 입자파쇄에 따른 내부간극 노출로 인한 과잉간극수압 감소()와 파쇄입자의 재배열로 인한 과잉간극수압의 증가()의 합과 같다. 따라서, 입자파쇄는 과잉간극수압 변화의 중요한 요소이며, 이러한 변화는 입자파쇄 전후를 고려하여 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다.

= (3)

음(-)의 간극수압이 발생된 GL-1.5m(준설토층) 시료의 입자파쇄 전후 입자의 변화를 확인하기 위하여 전자주사현미경 사진을 촬영하였다(Fig. 16). 입자파쇄 후 사진인 Fig. 16(b)에서 입자의 파편화가 발생되었고 입자파쇄면에서 흙 입자 내부의 간극들이 외부로 노출된다.

Table 5는 음(-)의 간극수압이 발생된 영역을 기준으로 Sabkha GL-1.5m 시료의 입자파쇄 우세영역을 나타낸 것이다. 축방향 변형률에 나타난 입자파쇄 우세영역은 0.04∼3.54% 사이에서 나타났고, 입자파쇄의 우세영역의 크기는 1.50∼3.46%로 나타났다.

GL-7.0m 및 GL-7.5m의 Sabkha층 시료 역시 입자파쇄가 발생하였지만, 음(-)의 간극수압은 발생하지 않았다(Fig. 2 및 Fig. 9(b)∼(c)). 이 지층 시료는 초기 상태에 이미 상부토층의 하중으로 인하여 입자파쇄가 발생한 후였기 때문에, 하중이 증가되더라도 입자파쇄로 인한 내부간극의 노출량 증가분이 작다. 그러므로, 이에 따른 내부간극 노출 증가량 보다 외부간극의 감소량이 커서 과잉간극수압은 지속적으로 양(+)의 값을 나타낸다.

5.4 탄산질 모래의 축차응력과 간극수압의 관계

삼축압축시험시 촘촘한 석영질 모래는 축차응력이 가해지면 일시적으로 부피가 감소하나 축차응력이 지속적으로 증가하면 다일러턴시(Dilatancy) 발생으로 인하여 부피가 증가한다(Fig. 17(a)). 반면, 느슨한 탄산질 모래는 외부간극 감소로 인한 상대밀도 증가와 부피감소가 먼저 발생하고(STEP-1), 입자파쇄로 인한 부피감소가 추가적으로 발생하며(STEP-2), 파쇄된 입자의 재배열로 인한 부피감소가 발생하여(STEP-3), 시료의 전체부피가 초기보다 감소한다(Fig. 17(b)).

촘촘한 석영질 모래와 Sabkha층 GL-7.0m와 GL-7.5m 탄산질 모래의 삼축압축시험 결과(Fig. 7(b)∼(c))로부터 축차응력과 축방향 변형률의 관계로 나타내면 Fig. 18과 같이 나타낼 수 있다. Fig. 18(a)의 조밀한 석영질 모래와 Fig. 18(b)의 느슨한 탄산질 모래는 축차응력과 축방향 변형률의 관계가 유사하게 나타났으나, 시료의 축방향 변형률에 따른 과잉간극수압 변화는 상이하게 나타났다(Fig. 19(a) 및 19(b)). 석영질 모래는 초기에 부피가 감소한 후 증가하였고, 탄산질 모래는 축차응력 증가에 따른 외부간극 감소와 입자파쇄 및 파쇄입자의 재배열로 인하여 부피가 감소하였다. 또한 부피변화에 따른 간극수압의 변화는 Fig. 19와 같이 나타낼 수 있는데, 시료의 부피가 감소한 후 증가하는 촘촘한 석영질 모래의 간극수압은 증가한 후 점차 감소하였고(Fig. 19(a)), 입자파쇄의 영향으로 시료의 부피가 지속적으로 감소한 탄산질 모래는 간극수압이 지속적으로 증가하였다(Fig. 19(b)).

Fig. 7∼Fig. 8에 나타난 현장 Sabkha층 3개 시료의 삼축압축시험시 축변형률과 간극수압의 관계를 그래프로 함께 나타내면 탄산질 모래의 입자파쇄 특성 및 내･외부 간극변화를 해석할 수 있다(Fig. 20).

즉, GL-1.5m 시료는 일차 입자파쇄가 발생하지 않은 상태였고 입자파쇄 발생 시 축변형률 증가에 따른 입자파쇄량은 크게 나타났으나 과잉간극수압은 가장 작게 나타났다. 이는 입자파쇄에 따른 내부간극 노출로 인해 과잉간극수압이 감소하였기 때문이다. GL-7.0m 시료는 일차 입자파쇄가 발생한 상태였고 축차응력 증가에 따라 과잉간극수압은 지속적으로 증가하였다. 이는 일차 입자파쇄가 있었기 때문에 추가 입자파쇄량이 미소하였기 때문이다. GL-7.5m 시료는 가장 심한 일차 입자파쇄를 경험하였고 축변형률 증가에 따른 입자파쇄량이 가장 미소하여 과잉간극수압 증가량이 가장 크게 발생하였다(Table 6).

이와 같은 결과는 Sabkha층 탄산질 모래의 현장상태와 하중증가에 따른 입자파쇄 발생정도와 내부간극의 노출 등이 간극수압의 변화에 복잡하고 다양하게 상호영향을 끼침을 의미한다. 

6. 결 론

Sabkha층 탄산질 모래는 석영질 모래에 비하여 생성원인 차이로 인한 입자파쇄가 쉽게 발생된다. 본 논문은 현장 Sabkha층에서 채취된 시료에 삼축압축시험을 수행하여 입자파쇄에 따른 탄산질 모래의 공학적 특성을 확인하였다. 삼축압축시험 결과, 탄산질 모래는 패각류 파편의 퇴적으로 생성되어 석영질 모래와는 상이한 공학적 특징이 나타났고 입자파쇄 발생과 간극수압 변화에서 다양한 특징들이 나타났다. 그 결과를 정리하면 다음과 같다.

(1)탄산질 모래는 노출되지 않은 많은 내부간극을 포함하고 있으며, 입자파쇄하중 이상 재하시 파쇄되어 내부간극이 외부간극으로 노출된다. 이는 탄산질 모래 거동해석시 고려해야 할 중요한 요소이다.

(2)탄산질 모래의 과잉간극수압은 외부간극 감소(상대밀도 증가)로 인한 간극수압증가와 입자파쇄에 따른 내부간극 노출로 인한 과잉간극수압 감소, 그리고 파쇄입자의 재배열로 인한 과잉간극수압 증가의 합이며, 내부간극의 노출량에 따라 음(-)의 값이 나타날 수 있다.

(3)삼축압축시험 결과 탄산질 모래에서 간극수압이 음(-)의 값을 나타낸 구간은 외부간극 감소에 비해 입자파쇄가 우세한 영역이며, 입자파쇄 우세영역의 크기는 1.50∼3.46%로 나타났다.

(4)탄산질 모래는 일차 입자파쇄 발생 여부에 따라 축차응력에 의한 과잉간극수압 소산 정도가 달라지며, 일차 입자파쇄가 발생되지 않은 경우 입자파쇄로 인한 내부간극 노출량이 커서 과잉간극수압은 작게 나타나고(GL-1.5m), 일차 입자파쇄가 발생된 경우 입자파쇄량이 미소하여 과잉간극수압 증가가 크게 발생한다(GL-7.0m와 GL-7.5m).