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

날로 늘어가는 폐비닐은 가장 큰 환경문제가 되어가고 있으며, 특히 농촌에서 발생하는 영농폐비닐은 수거인력 부족 및 재활용 인식부족 등으로 농경지에 방치 혹은 불법매립 되어, 이로 인한 문제점이 갈수록 심화되고 있다. 따라서 폐비닐은 재활용하는 것이 환경보전의 관점에서 가장 이상적이며, 본 연구에서는 폐비닐 재활용의 적용범위를 보다 확장시키기 위한 사전연구로 비닐스트립의 지반보강재로서의 적용성을 분석하였다. 본 연구에서는 비닐스트립과 시멘트로 보강된 모래시편에 대한 일축압축강도시험과 공진주/비틂전단시험을 수행하여 정적 및 동적 보강효과를 분석하였다. 상대밀도 40%와 60%의 모래질 흙에 다양한 보강조건의 시편을 제작하여 비닐스트립 혼합률과 시멘트 혼합률에 따른 일축압축강도와 전단탄성계수/감쇠비의 변화를 분석하였다. 시험결과 비닐스트립-시멘트 혼합 보강기법의 정적 및 동적 보강효과를 확인하였고, 비닐스트립 및 시멘트의 최적 혼합조건을 제시하였다.

캔틸레버 옹벽의 안정성 평가에서 중요한 변수는 옹벽에 작용하는 주동토압과 옹벽과 함께 움직이는 뒷굽 상부의 뒤채움토사의 무게이다. 캔틸레버 옹벽의 뒷굽 길이가 충분히 길면, 뒷굽 끝단에서의 연직면에 Rankine 토압이 작용한다고 가정하여 옹벽의 안정성을 평가해도 이론적으로 문제가 되지 않는다. 그러나 뒷굽이 짧은 캔틸레버 옹벽에 대하여 이와 같은 방법을 적용하는 것은 이론적으로 옳지 않으며, 주동토압을 실제보다 크게 산정하므로써 비경제적인 설계를 초래한다. 본 연구에서는 한계해석방법을 사용하여 캔틸레버 옹벽에 토압이 작용하는 메카니즘을 조사하고 이를 토대로 주동토압의 크기 및 합력의 위치, 뒤채움토사의 무게를 산정하였으며, 산정결과를 기존의 방법과 비교하였다. 뒷굽길이가 짧을 경우, 옹벽에 대한 안정성은 한계해석방법에 비해 기존의 Mohr원 방법은 최대 3.7%, Teng 방법은 최대 32% 크게 산정되었다.

굴착공 저면에 형성된 슬라임은 현장타설말뚝의 과도한 침하 및 지지력 감소를 야기하므로 콘크리트 타설 전 해당 슬라임에 대한 조사가 요구된다. 본 연구에서는 굴착공 내 전기적 특성을 이용하여 굴착공 저면에 형성된 슬라임을 평가하기 위한 기법으로써 슬라임미터(slime meter)를 개발하였다. 슬라임미터는 전극 및 온도센서가 설치된 프로브 및 로터리엔코더가 설치된 프레임으로 구성되어 굴착공 심도에 따라 온도영향이 고려된 전기비저항을 평가할 수 있다. 슬라임미터의 적용을 위하여 직경 3m, 심도 46.9m의 굴착공에 대해 시험시간 및 위치가 서로 다른 총 3회의 현장실험이 수행되었다. 3회의 현장실험 모두 굴착공 내 유체에서 일정한 전기비저항이 측정되었으나 슬라임 표면이 존재하는 심도에서 전기비저항이 급격히 증가하는 결과를 보였으며, 해당 심도 및 지반 굴착심도의 차를 이용하여 슬라임의 두께를 산정할 수 있었다. 슬라임 두께 산정 결과, 동일 실험위치에서의 슬라임 두께는 시간 경과에 따라 증가하였으며 가장자리에서의 슬라임이 중앙부의 슬라임보다 두껍게 평가되었다. 본 연구에서 개발된 슬라임미터는 간소화된 장비구성으로 굴착공 내 전기비저항을 평가하여 슬라임 두께를 산정하므로 향후 굴착공 저면의 슬라임 평가를 위한 기법으로써 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

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 접선탄성계수도 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 상관관계식을 공시체 조건별로 구하였다. 심층혼합시료의 입경이 굵어지면 각각의 탄성계수가 증가하는 경향이 나타났으며, 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.

최근 해상 작업을 위한 새로운 시공기술로서 대형원형강재 가물막이 공법이 제안되었다. 본 구조물은 원형 형상의 가물막이이기 때문에 가물막이의 형상에 따른 침투해석 연구가 필요하다. 그러므로, 본 연구에서는 흐름해석을 수행하여 원형 가물막이에 대하여 벽체 내부로의 침투 유량을 산정하였다. 흐름해석에 이용된 수치모델링은 2열의 널말뚝을 가진 가물막이에 대하여 제안된 이론해와 비교하여 검증하였다. 흐름조건의 경우 축대칭 흐름조건의 침투유량이 2차원 흐름조건의 침투유량과 비교하여 1.55배 크게 나타났으므로 2차원 축대칭 흐름조건을 적용하였다. 벽체 반경, 벽체의 지중 근입깊이 그리고 벽체 내외부의 수위차 등을 변화시키며 변수연구를 수행한 결과, 침투유량은 벽체의 근입깊이와 벽체 반경이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났다. 최종적으로, 대형원형강재 가물막이의 침투유량을 산정할 수 있는 간이식을 제안하였다.

본 연구에서는 케이블 인발하중이 작용하는 현수교의 앵커리지 종류 중 터널식 앵커리지의 인발거동 특성을 축소모형실험과 수치해석을 통하여 분석하였다. 터널식 앵커리지는 국내외 적용사례가 적고 파괴형태 및 안전율 등 설계기법이 명확히 정립되어 있지 않아 설계기법 개선과 관련한 연구가 필요한 실정이다. 이에 국내 최초로 터널식 앵커리지가 적용된 울산대교를 대상으로 형상 및 구조를 단순화하여 축소모형실험을 수행하였다. 모형실험에서 앵커리지 구체와 주변 암반을 석고혼합물로 구현하였고, 평면 변형률 조건에서 인발 거동 특성을 조사하였다. 모형실험결과 터널식 앵커리지의 최종 인발 파괴모드는 울산대교의 설계시 가정한 바와 달리 쐐기(wedge)형태로 나타났다. 이를 검증하기 위해 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 수치해석을 시행하였고, 모형실험결과와 동일한 인발 파괴 거동을 확인할 수 있었다. 수치해석에서는 추가적으로 모형재료의 포아송비 및 주변암반의 강도 변화에 따른 영향을 조사하였다. 그 결과 극한 인발상태까지는 포아송비에 따른 영향이 적은 것으로 나타났고, 주변암반의 강도가 앵커리지 구체의 강도보다 10배 이상 큰 특수한 경우에 한하여 앵커리지가 주변 암반의 경계면을 따라 빠져나오는 소위 플러그(plug)형태의 파괴모드가 발생할 수 있음을 확인하였다.