Permeability, Compaction and Shear Strength Characteristic Variations of Compacted Fine-Aggregate Mixture upon Mixing Ratio

Abstract

일반적으로 흙댐 코어 등에 사용되는 저투수성 재료는 투수계수 측면에서는 우수하지만 강도, 시공성, 획득성 등의 측면에서는 부족한 면이 있다. 이러한 점을 보완하기 위하여 서로 다른 두 흙을 인공적으로 혼합한 혼합토를 사용할 것을 제안하기 위하여 혼합토의 특성변화에 대하여 연구를 수행하였다. 김준현(2011)에 의해 제안된 두입자 모델을 기본으로 하여 연구를 진행하였으며 혼합토의 투수, 다짐 및 강도특성 변화를 파악하기 위하여 다양한 실험을 수행하였다. 각 실험은 모델검증시험과 실제흙적용시험 2가지가 수행되었다.

투수성 혼합토의 투수 특성 파악을 위하여 여러 혼합토에 대해 정수두, 변수두, 가압정수두 시험이 수행되었다. 모든 실험 결과 약간의 차이는 있었으나 대체적으로 세립토 혼합비율 30%에서 투수계수가 최소값을 가졌다. 즉, 세립토 비율이 30%보다 클 경우 오히려 투수계수가 증가하는 결과를 나타내었다.

시공성 혼합토의 시공성 파악을 위하여 수정다짐시험 및 하버드 미니어쳐 다짐시험을 수행하였다. 여러 혼합토에서 모두 세립토 혼합비율 30%에서 최대건조단위중량을 가지는 결과가 나타났다. 그리고 이보다 세립토 비율이 증가하는 경우 건조단위중량이 증가하여 다짐 효율이 떨어지는 것으로 나타났다.

강도 먼저 혼합토의 비배수강도 측정을 위하여 일축압축시험이 수행되었다. 일축압축시험은 불포화된 시료를 대상으로 수행되었으며 그 결과 시료의 함수비에 따라 실험 결과의 차이가 큰 영향을 받음을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 영향을 보다 확실하게 평가하기 위하여 불포화 시료에 대하여 직접전단시험을 수행하였다. 직접전단시험 결과 역시 함수비에 따라 큰 영향을 받았으며 이는 불포화토의 특성인 matric suction의 작용 때문인 것으로 생각된다. 이러한 matric suction의 영향은 세립토 혼합비율이 높을수록 더 크게 나타난다는 사실도 실험을 통해 확인할 수 있었다. 그리고 포화도가 낮아질수록 Matric suction이 크게 작용하여 흙의 유효응력이 증가하였음도 확인하였다. 이를 통하여 시공 초기의 불포화된 지반의 거동을 생각해 볼 수 있을 것이다. 다음으로 포화된 시료를 상대로 직접전단시험을 수행하여 혼합토의 강도정수를 비교하였다. 그 결과 세립토 혼합비율이 약 30~40% 이상에서는 세립토 비율이 증가함에 따라 점착력의 차이는 크게 나타나지 않았으나 마찰각은 크게 감소하였다. 따라서 약 30~40%의 세립토만을 사용하여 혼합토를 제작하는 것이 강도 측면에서 유리하다고 할 수 있다.

위와같이 여러 실험 결과 세립토 혼합비율 약 30%를 전후하여 혼합토의 투수, 다짐, 강도 특성이 크게 변화하였다. 그리고 모든 경우에서 혼합토를 사용할 경우가 우월한 특성을 가짐을 확인할 수 있었다. 따라서 댐 코어 등의 저투수성 재료로써 혼합토는 투수, 다짐, 강도 측면에서는 충분한 경쟁력을 가지며 세립토의 적정 혼합 비율은 약 30% 정도이다. 다만 세립토 혼합비율 30%를 전후하여 특성이 크게 변화하므로 정확한 혼합비율에 대해서는 각 혼합토에 대하여 추가적인 실험을 수행하여 판단하는 것이 적절하다고 생각된다. 그리고 본 논문에서 실험을 수행한 점성토는 카올리나이트, 부산점토 등으로 대부분 저소성 점토이다. 따라서 고소성 점토의 경우 거동이 크게 달라질 수 있으며 이와 같이 본 논문에서 고려하지 못한 다양한 시료에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.

Earth dam cores or impermeable layer of landfill requires the low permeability materials. Clays are commonly used for these impermeable layers but clay has demerits such as low shear strengths and poor constructabilities. According to the previous research performed by Kim(2011), fine-aggregate mixed soil has even lower permeability than the pure clay. And also this artificially mixed soil prospects to have advantages in shear strength and constructability. Permeability tests, compaction tests, uniaxial compression tests and direct shear test are performed to investigate the suitability of artificial soil for impermeable layer meanings. Joomoonjin sand and Kaolinite are used in the tests. From the test results, the 30% of finer soil ratio seemed very significant value. Permeability, compaction and shear strength characteristics of the soil mixture highly changes around 30% of finer soil mixing ratio. Recommended mixing ratio of finer soil is around 30% to take the advantages but accurate mixing ratio needs to be investigated by performing the additional experiments since the characteristic of the soil highly varies around this point. This research has shown that using artificially mixed soil have many advantages than using pure clay and could be apply to the actual construction site.