KR101552644B1 - Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils - Google Patents

Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils Download PDF

Info

Publication number
KR101552644B1
KR101552644B1 KR1020140021162A KR20140021162A KR101552644B1 KR 101552644 B1 KR101552644 B1 KR 101552644B1 KR 1020140021162 A KR1020140021162 A KR 1020140021162A KR 20140021162 A KR20140021162 A KR 20140021162A KR 101552644 B1 KR101552644 B1 KR 101552644B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
soft ground
layer
lightweight
soil
embankment
Prior art date
Application number
KR1020140021162A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150099962A (en
Inventor
윤길림
김선빈
Original Assignee
한국해양과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양과학기술원 filed Critical 한국해양과학기술원
Priority to KR1020140021162A priority Critical patent/KR101552644B1/en
Publication of KR20150099962A publication Critical patent/KR20150099962A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101552644B1 publication Critical patent/KR101552644B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G16INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
    • G16ZINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G16Z99/00Subject matter not provided for in other main groups of this subclass

Landscapes

  • Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 개시한다. 상기 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법은 풍하토층, 점토층, 모래층 및 성토가 순차적으로 적층된 가상의 연약지반층 을 설정하는 연약지반층 설정 단계(S110); 상기 연약지반층 중 상기 성토 하중을 받는 상기 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법을 각각 적용시켜 개량하는 연약지반개량 단계(S120); 상기 성토 하중으로 인한 상기 각 공법에 따라 개량된 연약지반층의 변형거동을 3차원 수치 해석을 적용시켜 분석하는 3차원 수치 해석 단계(S130); 및 상기 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법을 각각 적용시켜 개량된 연약지반층의 성토 하중으로 인한 침하 발생 상태를 비교하는 비교 단계(S140)를 포함하고, 상기 3차원 수치 해석은 유한요소해석 모델을 이용하여 상기 성토 하중으로 인한 상기 경량혼합토층 내에 발생되는 과잉간극수압의 발생과 소산 및 압밀현상을 적용시키는 것을 특징으로 한다.A method for analyzing soft ground improvement of a bubble mixed lightweight soil is disclosed. The soft ground improvement analysis method of the bubble-mixed lightweight soil may include: a soft ground layer setting step (S110) of setting a virtual soft ground layer in which a wind load layer, a clay layer, a sand layer, and a clayey are sequentially stacked; A soft ground improvement step (S120) of applying a certain portion of the clay layer receiving the embankment load among the soft ground layers by applying the SCP method, the lightweight mixed soil method, and the DCM method; A three-dimensional numerical analysis step (S130) of applying the three-dimensional numerical analysis to the deformation behavior of the soft ground layer modified according to each of the above-mentioned methods due to the embankment load; And a comparing step (S140) of comparing a subsidence occurrence due to the embankment load of the improved soft ground layer by applying the SCP method, the lightweight mixed soil method, and the DCM method to a certain portion of the clay layer, Is characterized by using the finite element analysis model to apply excessive pore water pressure generated in the lightweight mixed soil layer due to the embankment load, dissipation and consolidation.

Description

기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법{Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soft soil improvement analysis method for light-

본 발명은 연약지반개량 분석 방법에 관한 발명으로, 보다 상세하게는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for analyzing soft ground improvement, and more particularly to a method for analyzing soft ground improvement in a bubble mixed lightweight soil.

현재 국내외적으로 대규모 신항만건설 사업과 항로 유지 등을 위한 준설공사로 해양 준설토 발생량이 지속적으로 증가하는 추세에 있으며, 산업시설의 확충과 항만, 택지개발 등과 같은 기반시설의 신설 및 확장사업에 해양 준설토를 매립과 성토재료로서 활용하는 방안이 적극적으로 요구되고 있다. Currently, the dredging of marine dredged soil is continuously increasing due to the construction of a large-scale new port construction project and the maintenance of the marine route. In addition to the expansion of industrial facilities and the establishment and expansion of infrastructure facilities such as harbor and residential land development, And it is actively demanded to utilize it as landfill and embankment material.

가용할 수 있는 육상토나 해사가 고갈되고 있으며, 발생준설토 처리를 위한 대규모 부지의 확보 곤란, 해양환경 피해 최소화를 위한 환경규제 강화등으로 발생준설토의 재활용에 대한 요구가 증가한 것이다.The demand for recycling of dredged soils has increased due to the exhaustion of available onshore tobacco and marine products, the difficulty of securing large-scale sites for the treatment of dredged dredged soil, and the strengthening of environmental regulations to minimize damage to the marine environment.

해양준설토를 재활용하는 방법은 여러 가지 측면에서 고려할 수 있으나, 최근 항만과 공항건설하업 중 대심도 연약지반처리 대책으로 주목받고 있는 경량지반재료로 활용하는 방안을 들 수 있다. Although the method of recycling marine dredged soil can be considered in various aspects, it can be considered to utilize the marine dredged material as lightweight ground material, which has been attracting attention as a treatment for soft ground in the port and airport construction business.

외해에 매립이 진전될수록 연약점토층의 층후가 증대되는 경우가 많으며, 이에 따라 지반의 압밀침하량이 증가하고 계획고를 유지하기 위해 추가성토 및 매립이 요구된다. 또한 일본 하네다 공항 외해 확장공사 사례에서 알려진 바와 같이 과거에는 고려하지 않았던 대심도 연약점토층의 압밀침하 문제도 고려하여야 한다. As the landfill progresses, the layer of soft clay layer is often increased. Therefore, the consolidation settlement of the ground increases and additional embankment and landfill are required to maintain the planned height. In addition, as is known from the case of the Haneda Airport Outer Sea Expansion Project in Japan, the consolidation settlement problem of the unconsolidated soft clay layer, which had not been considered in the past, should be considered.

이러한 문제를 해결하는데 있어 침하와 변형의 원인이 되는 하중 자체를 경감시키는 방안이 유효한 수단이 될 수 있다. In order to solve this problem, it is an effective means to reduce the load itself which causes settlement and deformation.

연약지반상에서 일반적인 토사를 사용하여 성토 혹은 옹벽 및 교대의 뒤채움을 하는 경우 지반내 응력증가에 따른 침하, 활동 파괴, 측방 유동 등의 문제가 발생할 수 있으나, 이를 경량지반재료로 대치하는 경우 침하와 측방유동 감소, 토압경감 등의 효과를 기대할 수 있게 된다.In case of backfilling of embankment or retaining wall and alternation using general soil on soft ground, problems such as settlement, activity fracture, lateral flow due to increase of stress in ground can occur. However, when replacing with lightweight ground material, Lateral flow reduction, and earth pressure reduction.

이러한 맥락에서 해양이나 육상에서 발생하는 준설토를 경량지반재료로 재활용하는 방안으로 준설토와 고화재 및 경량화재를 혼합한 경량혼합토(LWFS)에 대한 연구가 수행된바 있다(土田, 1996; 土田, 1999; Kim & Lee, 2002; Yoon & Kim, 2004; Yoon & Yoo, 2004; Yoon & Yoo, 2005; Song, 2008; Hwang et al., 2010).   In this context, a study on lightweight mixed soil (LWFS), which is a mixture of dredged soil with high fire and light fire, has been carried out as a way to recycle dredged soil from marine or terrestrial land as lightweight ground material (Tsuda, 1996; Kim and Lee, 2002; Yoon & Kim, 2004; Yoon & Yoo, 2004; Yoon & Yoo, 2005; Song, 2008; Hwang et al., 2010).

이들 연구에서는 지반재료로 활용하기 위해 요구되는 경량혼합토의 공학적 특성을 구명하고자 다양한 시험조건에 대한 실내시험을 수행하여 경량혼합토의 물리·역학적 특성을 고찰하였다. 시공성 측면에서 유동상태인 경량혼합토의 수중 타설조건에 대한 재료분리와 밀도증가 및 강도감소 등의 문제를 해결하기 위해 수조타설실험을 통한 적정 타설유속 및 혼합토의 유동가 등이 제시되기도 하였다. In this study, the physical and mechanical properties of lightweight mixed soil were investigated by conducting laboratory tests on various test conditions in order to investigate the engineering properties of lightweight mixed soil required for use as a ground material. In order to solve the problems such as material segregation, density increase and strength reduction for underwater casting condition of lightweight mixed soil in terms of workability, proper casting flow rate and flow rate of mixed soil were suggested through experiment of water tank casting.

한편, 본 발명에서는 임의의 현장조건에서의 연약지반을 개량하는 공사에 적용되는 경량혼합토(LWFS) 공법과 SCP(Sand compaction pile) 공법 및 경량혼합토(LWFS) 공법과 DCM(Deep cement mixing)공법을 각각 비교하여, 경량혼합토(LWFS) 공법이 SCP(Sand compaction pile) 공법을 적용하는 수준 이상의 침하관리 및 DCM(Deep cement mixing) 공법과 비교시 과잉간극수압 발생량에 따른 잔류침하를 최소화시킬 수 있는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 제공하고자 한다.
In the present invention, a lightweight mixed soil (LWFS) method, a sand compaction pile (SCP) method, a lightweight mixed soil (LWFS) method, and a deep cement mixing (DCM) (LWFS) method is compared with the DCM (Deep cement mixing) method which is more than the level of application of the SCP (Sand compaction pile) method and the bubble which can minimize the residual settlement due to the excessive pore water pressure generation And to provide an analysis method of soft ground improvement of mixed lightweight soil.

1. Hwang, J. H., An, Y. K. and Kim, T. H. (2010), Effect of water on the lightweight air-mixed soil containing silt used for road embankment, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 26, No. 2, pp. 23~32 (in Korean).1. Hwang, J. H., An, Y. K. and Kim, T. H. (2010), Effect of water on a lightweight air-mixed soil containing silt used for road embankment, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 26, No. 2, pp. 23 ~ 32 (in Korean). 2. Kim, Z. C. and Lee, C. K. (2002), Mechanical characteristics of light-weighted foam soil consisting of dredged soils, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 18, No. 4, pp. 309~317 (in Korean).2. Kim, Z. C. and Lee, C. K. (2002), Mechanical characteristics of light-weighted foamed soil composed of dredged soils, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 18, No. 4, pp. 309 ~ 317 (in Korean). 3. Lee, M. A. (2013), Assessment the applicability of lightweight air-trapped soil for the abutment backfill, Master's thesis, Korea Maritime University, pp. 27~28 (in Korean).3. Lee, M. (2013), Assessment of applicability of lightweight air-trapped soil for abutment backfill, Master's thesis, Korea Maritime University, pp. 27 ~ 28 (in Korean). 4. Song, J. H. (2008), Analysis of compressive strength of lightweight air-mixed soil according to the properties of soil, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 24, No. 11, pp. 157~166 (in Korean).4. Song, J. H. (2008), Analysis of compressive strength of lightweight air-mixed soil according to the properties of soil, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 24, No. 11, pp. 157 ~ 166 (in Korean). 5. Yoon, G. L. and Kim, B. T. (2004), Compressibility and strength of the lightweight air formed soils, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 20, No. 4, pp. 5~13 (in Korean).5. Yoon, G. L. and Kim, B. T. (2004), Compressibility and strength of the lightweight air formed soils, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 20, No. 4, pp. 5 ~ 13 (in Korean). 6. Yoon, G. L and You, S. K. (2004), Deformation and strength characteristics of lightweight soil using in situ soils, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 20, No. 9, pp. 125~132 (in Korean).6. Yoon, G. L and You, S. K. (2004), Deformation and strength characteristics of lightweight soil using in situ soils, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 20, No. 9, pp. 125 ~ 132 (in Korean). 7. Yoon, G. L and You, S. K. (2004), Behaviors of lightweight foamed soils considering underwater curing and water pressure conditions, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 21, No. 4, pp. 21~29 (in Korean).7. Yoon, G. L and You, S. K. (2004), Behaviors of lightweight foamed soils considering underwater curing and water pressure conditions, Journal of the Korean Geotechnical Society, Vol. 21, No. 4, pp. 21 ~ 29 (in Korean). 8. 土田(1996), 港灣空港事業における輕量混合處理土工法の開發と適用事例. 運輸省港灣技術硏究所, pp. 1~252 (in Japanese).8. Tsuda (1996), Development and Application of Lightweight Mixed-Handling Method in Port-Airport Business. Ministry of Transport and Technology Bay Industrial Research Institute, pp. 1 to 252 (in Japanese). 9. 土田(1999), 建設發生土を活用した輕量混合處理土の空港事業への適用, 運輸省港灣技術硏究所, pp. 1~186 (in Japanese). 9. Tsuda (1999), Application of lightweight mixed treatment soil using construction soil to airport operations, Ministry of Transport and Communications, pp. 1 to 186 (in Japanese).

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 임의의 현장조건에서의 연약지반에 적용되는 경량혼합토(LWFS) 공법과 SCP(Sand compaction pile) 공법 및 경량혼합토(LWFS) 공법과 DCM(Deep cement mixing)공법을 각각 비교하여, 경량혼합토(LWFS) 공법이 SCP(Sand compaction pile) 공법을 적용하는 수준 이상의 침하관리 및 DCM(Deep cement mixing) 공법과 비교시 과잉간극수압 발생량에 따른 잔류침하를 최소화시킬 수 있는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(LWFS) method, a sand compaction pile (SCP) method, a lightweight mixed soil (LWFS) method and a DCM (deep cement mixing) method, which are applied to soft grounds under arbitrary site conditions, In comparison with the settlement management and the DCM (Deep cement mixing) method, the lightweight mixed soil (LWFS) method is applied to the sand compaction pile (SCP) method and the bubble mixing which minimizes the residual settlement due to the excess pore water pressure And to provide a method for analyzing the improvement of the soft ground of a lightweight soil.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법은 풍하토층, 점토층, 모래층 및 성토가 순차적으로 적층된 가상의 연약지반층을 설정하는 연약지반층 설정 단계(S110); 상기 연약지반층 중 상기 성토 하중을 받는 상기 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법을 각각 적용시켜 개량하는 연약지반개량 단계(S120); 상기 성토 하중으로 인한 상기 각 공법에 따라 개량된 연약지반층의 변형거동을 3차원 수치 해석을 적용시켜 분석하는 3차원 수치 해석 단계(S130); 및 상기 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법을 각각 적용시켜 개량된 연약지반층의 성토 하중으로 인한 침하 발생 상태를 비교하는 비교 단계(S140)를 포함하고, 상기 3차원 수치 해석은, 유한요소해석 모델을 이용하여 상기 성토 하중으로 인한 상기 경량혼합토층 내에 발생되는 과잉간극수압의 발생과 소산 및 압밀현상을 적용시키는 것을 특징으로 한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method for analyzing soft ground improvement in a bubble-mixed lightweight soil, comprising the steps of: setting a soft ground layer in which a wind pile layer, a clay layer, a sand layer, S110); A soft ground improvement step (S120) of applying a certain portion of the clay layer receiving the embankment load among the soft ground layers by applying the SCP method, the lightweight mixed soil method, and the DCM method; A three-dimensional numerical analysis step (S130) of applying the three-dimensional numerical analysis to the deformation behavior of the soft ground layer modified according to each of the above-mentioned methods due to the embankment load; And a comparing step (S140) of comparing a subsidence occurrence due to the embankment load of the improved soft ground layer by applying the SCP method, the lightweight mixed soil method, and the DCM method to a certain portion of the clay layer, Characterized in that the generation and dissipation and consolidation of excess pore water pressure generated in the lightweight mixed soil layer due to the embankment load are applied by using a finite element analysis model.

상기 연약지반층 설정 단계(S110)는 상기 각 공법에 따라 개량된 연약지반층에 동일한 조건의 변위 경계조건, 응력-간극수압 연계해석을 위한 수리 경계조건을 적용시키는 것을 특징으로 한다.
In the soft ground layer setting step (S110), a displacement boundary condition of the same condition and a hydraulic boundary condition for a stress-pore hydraulic pressure connection analysis are applied to the soft ground layer improved according to each of the above methods.

상기 연약지반층 설정 단계(S110)는 상기 성토하중에 의한 과잉간극수압이 점토층 상부에서의 간극수압이 0이 되도록 소산시키는 것을 특징으로 한다.
In the soft ground layer setting step (S110), excess pore water pressure due to the embankment load is dispersed so that the pore water pressure at the upper part of the clay layer becomes zero.

상기 연약지반층 설정 단계(S110)는 Modified Cam-Clay(MCC) 모델을 적용하여 압밀시 연약점토지반의 침하특성이 이루어지도록 설정하는 단계인 것을 특징으로 한다.
The soft ground layer setting step (S110) is a step of setting a settling characteristic of the soft clay ground during consolidation by applying a Modified Cam-Clay (MCC) model.

본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 이용한 결과, 연약지반개량에 경량혼합토 공법을 적용하는 경우, SCP공법을 적용하는 수준 이상의 침하관리가 가능하며, 특히 개량구간내 측방유동을 현저하게 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 이는 경량혼합토가 갖는 경량성 및 소정의 강도, 변형특성에 기인한다는 것을 알 수 있다.As a result of using the soft ground improvement analysis method of the bubble mixed lightweight soil according to the embodiment of the present invention, when the lightweight mixed soil method is applied to the soft ground improvement, it is possible to manage the settlement more than the application level of the SCP method, The flow can be significantly reduced. It can also be seen that this is due to the light weight and the desired strength and deformation characteristics of the lightweight mixture.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 이용하면 DCM(Deep cement mixing) 공법과 같이 자체 하중이 크고 투수성이 작은 재료를 이용하여 연약지반을 개량할 경우, 단기 압밀침하는 최소화할 수 있으나 점진적인 과잉간극수압 소산에 따른 장기적인 잔류침하가 발생할 수 있다는 것을 분석할 수 있다는 이점을 갖는다.  Further, when the soft ground improvement analysis method of the bubble mixed lightweight soil according to the embodiment of the present invention is used, when the soft ground is improved by using a material having a large self-load and a small water permeability like the DCM (Deep cement mixing) It is possible to analyze that the consolidation settlement can be minimized, but the long-term residual settlement due to progressive excess pore pressure dissipation can be analyzed.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 이용하면 경량혼합토의 목표성능에 따라 침하발생 수준을 조절할 수 있는 것으로 검토되었다. 경량혼합토의 일축압축강도 증가에 따라 발생 침하량은 감소하며, 항복하중 이내에서 선형적인 관계를 나타내었다. Also, it has been investigated that it is possible to control the sinking occurrence level according to the target performance of the lightweight mixed soil by using the method of analyzing the soft ground improvement of the bubble mixed lightweight soil according to the embodiment of the present invention. As the unconfined compressive strength of lightweight mixed soil increased, the settlement amount decreased and linear relationship within the yield load was shown.

한편, 상재하중에 대한 축차응력이 경량혼합토의 일축압축강도를 초과하는 경우 발생침하는 현저히 증가하며, 실제 침하량은 급격한 변형율 연화(strain hardening) 거동으로 일반적인 해석에서 얻은 결과보다 더 크게 나타날 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
On the other hand, if the shear stress on the overburden load exceeds the uniaxial compressive strength of the lightweight mixed soil, the occurrence subsidence significantly increases and the actual settlement amount may be larger than the result obtained by the general analysis due to the rapid strain hardening behavior Can be confirmed.

도 1의 (a)는 준설토 초기함수비 150%, 시멘트 함유율 18%에 대한 재령기간에 따른 응력-변형거동을 나타낸 예시도이며, 도 1의 (b)는 준설토 초기함수비 150%, 재령기간 28일에 대한 시멘트 함유율 6, 9, 12, 18%의 응력-변형거동 관계를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 LWFS 공법, SCP 공법, DCM 공법이 각각 적용된 연약지반층을 상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 연약지반층의 3차원 수치 모델에 적용시킨 예시도이다.
도 5는 최종성토(6m) 후 2년이 경과한 시점에 해당하는 성토구간의 침하와 성토체 끝단에서의 히빙을 각각 나타낸 예시도이다.
도 6은 지반 내 수평변위를 보인 예시도이다.
도 7의 (a)는 단계별 성토 및 시간경과에 따른 성토부 중심 및 점토층 상부지점에서의 침하(압밀) 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 7의 (b)는 성토부 중심 및 점토층 최하단 지점에서의 시간이력 과잉간극수압 그래프이다.
도 8은 성토 완료후 시간경과에 따른 잔류침하()를 각 공법의 성토완료 시점의 침하량()을 기준으로 도시한 결과를 나타낸 예시도이다.
도 9는 연약지반개량 공법별 성토 완료 후 2년 경과시점의 성토부 최상단의 침하 프로파일을 나타낸 예시도이다.
도 10은 제체 하단부 단면에서의 측방유동 프로파일을 나타낸 예시도이다.
도 11은 경량혼합토의 일축압축강도별 시간이력 침하곡선을 나타낸 예시도이다.
Fig. 1 (a) is an illustration showing the stress-strain behavior of the dredged soil with the initial water content ratio of 150% and the cement content ratio of 18% Strain behavior behavior of cement content ratios of 6, 9, 12 and 18%.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of analyzing soft ground improvement in a bubble mixed lightweight soil according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view illustrating the state of the soft ground layer to which the LWFS method, the SCP method, and the DCM method are respectively applied.
FIG. 4 is an exemplary diagram applied to a three-dimensional numerical model of the soft ground layer shown in FIG.
FIG. 5 is an illustration showing the subsidence of the embankment corresponding to the point of 2 years after the final embankment (6 m) and the hives at the end of the embankment, respectively.
6 is an exemplary view showing the horizontal displacement in the ground.
7 (a) is a graph showing settlement (consolidation) curves at the center of the embankment and the point at the upper part of the clay layer according to the elapsed embankment and the passage of time, FIG. 7 (b) The history is an excess pore water pressure graph.
FIG. 8 is a graph showing the result of showing the residual settlement () over time after completion of the embankment with respect to the settling amount () at the completion of embankment in each method.
FIG. 9 is an exemplary view showing the settlement profile at the top of the embankment at the end of two years after completion of the embankment by the soft ground improvement method.
10 is an exemplary view showing the lateral flow profile at the lower end section of the article.
11 is an exemplary view showing a time-history settlement curve for each uniaxial compressive strength of a lightweight mixed soil.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It is to be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

먼저, 본 발명의 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 설명하기 앞서, 준설점토를 활용한 경량혼합토의 공학적 특성에 대해 간략하게 설명하도록 한다.First, before explaining the soft ground improvement analysis method of the bubble mixed lightweight soil of the present invention, the engineering characteristics of the lightweight mixed soil using the dredged clay will be briefly described.

일반적으로, 경량혼합토는 해양 준설토를 비롯한 건설발생토를 원료토로 하여 물(해수)과 시멘트 등의 고화재를 혼합하여 유동화시킨 것에 경량화제를 혼합하여 제작한 6~12kN/m3 정도의 단위중량을 갖는 지반재료를 말한다. Generally, a lightweight mixed soil is a mixture of water (seawater) and cement such as marine dredged soil as a raw soil material, which is a construction soil, and is mixed with a lightweight agent, and a unit weight of about 6 to 12 kN / m 3 .

경량화재에 따라 기포혼합처리토와 발포 Beads 혼합처리토로 구분되는데 전자는 슬러리 상태의 토사에 기포와 고화재를 혼합하는 것이며, 후자는 슬러리상 토사에 직경 1~3mm의 발포 스티로폴 입자를 고화재와 혼합하는 것이다. 경량기포혼합토의 특징은 다음과 같다.The former is a mixture of bubble-mixed soil and a mixed foamed beads. The former is a mixture of bubbles and solidified fire in slurry-state soil, and the latter is a mixture of foamed styrofoam particles of 1 to 3 mm in diameter in a slurry- It is to blend. The features of the lightweight foamed composite soil are as follows.

a) 자연지반재료와는 달리 적절한 밀도와 강도로 조정할 수 있는 균질의 지반재료이므로 지반의 압밀침하량을 저감시킬 수 있다.a) Because it is homogeneous ground material which can be adjusted with proper density and strength, unlike natural ground material, it is possible to reduce settlement settlement of ground.

b) 수중분리를 방지하므로 배합설계 함으로써 주변해역의 오탁을 억제할 수 있다.b) Preventing segregation in the surrounding area by mixing design because it prevents separation in water.

c) 적당한 유동성을 갖고 있어 펌프압송에 의한 다짐의 필요가 없어 원하는 형상으로 타성이 가능하다.c) It has moderate fluidity and it is not necessary to compaction by pump feeding, so that it can be tacked to desired shape.

d) 함수비가 큰 준설토를 원료로 유용하게 활용한다.
d) Use dredged material with high water content as a raw material.

1) 경량혼합토의 응력-변형거동 특성1) Stress-strain behavior of lightweight mixed soil

경량혼합토의 응력-변형거동은 일반적으로 초기함수비가 증가함에 따라 파괴시 변형율이 증가하고, 최대압축강도는 감소하며, 반대로 시멘트 함유율이 증가할수록 파괴시 변형율은 감소하고, 최대압축강도는 증가한다.The strain - strain behaviors of lightweight mixed soil generally increase as the initial water content increases, and the maximum compressive strength decreases. On the other hand, as the content of cement increases, the strain decreases and the maximum compressive strength increases.

또한 축변형율 1~2% 범위에서 최대강도가 발현되고 이후 파괴에 이른 후 변형율 연화(strain softening) 현상을 나타낸다. 특히 파괴 후에는 급격한 응력저하 양상을 나타내는 취성적 파괴양상을 나타내며, 시멘트 함유량이 많을수록 그러한 경향이 뚜렷하게 나타나는 것으로 알려져 있다. 이는 경량혼합토의 강도특성이 시멘트 고화제에 의한 고결화 작용에 지배되기 때문인 것으로 판단된다.Also, the maximum strength is expressed in the range of 1 to 2% of axial strain, and strain softening phenomenon occurs after the fracture. Especially, it is known that after the fracture, it shows a brittle fracture pattern showing a rapid decrease in stress, and it is known that the tendency is more apparent when the cement content is larger. It is considered that the strength characteristics of the lightweight mixed soil is dominated by the cementation by the cement solidifying agent.

도 1은 Yoon&Yoo(2004)가 수행한 경량혼합토의 일축압축시험 결과 중 일부를 나타낸 것으로서 상기 경량혼합토의 응력-변형거동 특성을 잘 보여주고 있다.FIG. 1 shows a part of the unconfined compression test results of the lightweight mixed soil performed by Yoon & Yoo (2004), which shows the stress-strain behavior characteristics of the lightweight mixed soil.

도 1의 (a)는 준설토 초기함수비 150%, 시멘트 함유율 18%에 대한 재령기간에 따른 응력-변형거동을 나타낸 것이며, (b)는 준설토 초기함수비 150%, 재령기간 28일에 대한 시멘트 함유율 6, 9, 12, 18%의 응력-변형거동 관계이다.
Fig. 1 (a) shows the stress-strain behavior of the dredged soil with the initial water content of 150% and the cement content of 18%. (B) shows the cement content of the dredged soil at an initial water content ratio of 150% , 9, 12, and 18%, respectively.

2) 경량혼합토의 압축강도특성2) Compressive strength characteristics of lightweight mixed soil

다음으로, 경량혼합토는 밀도와 시멘트 함유량 및 양생압력이 클수록 압축강도가 크게 발현되며, 준설토의 초기함수비가 높을수록 감소하는 것으로 알려져 있다. 특히 해양 준설토를 재활용한다는 측면에서 해저지반개량 등을 위해 경량혼합토를 수중에 타설하는 경우 수압에 의한 강도특성 변화에 주목할 필요가 있다.Secondly, it is known that lightweight mixed soils show higher compressive strength with increasing density, cement content and curing pressure, and decrease with increasing initial water content of dredged soil. Especially, in case of recycling of marine dredged soil, it is necessary to pay attention to the change of strength characteristics by water pressure when lightweight mixed soil is poured into water for the improvement of seabed ground.

Yoon&Yoo(2005)의 시험결과에 의하면 양생압력에 50kPa에서 100kPa까지 증가함에 따라 일축압축강도는 3~14%의 강도 증가율을 보였으며, 삼축압축강도는 18~32%의 강도 증가율이 나타났다고 보고된 바 있다. According to Yoon and Yoo (2005), the uniaxial compressive strength increased by 3 ~ 14% and the triaxial compressive strength increased by 18 ~ 32% as the curing pressure increased from 50kPa to 100kPa have.

이는 공시체의 양생 초기과정에서 양생기간이 완료될 때까지 공시체의 표면에 작용하는 정수압력으로 인해 공시체의 구성요소의 하나인 기포가 압축되어 공시체의 밀도가 증가된 데 따른 것으로 알 수 있다.This is due to the increase in the density of the specimen due to the compression of bubbles, one of the components of the specimen, due to the hydrostatic pressure acting on the surface of the specimen until the curing period is completed in the initial stage of curing of the specimen.

한편, 경량혼합토의 구속압 영향에 따른 압축강도 특성은 연구자별로 서로 상이한 결과를 보여주고 있으며, 그 예로, 일본의 항만기술연구소에서 수행한 실험결과에서는 삼축압축시험(UU-test) 결과 전단강도(c)가 일축압축강도

Figure 112014017697593-pat00001
의 1/2 정도로 나타난다고 보고한 바 있다. On the other hand, the compressive strength characteristics according to the confining pressure effect of lightweight mixed soil have different results for each researcher. For example, UU-test results of the tests conducted by Japan's port technical research institute show that shear strength (c ) Is the uniaxial compressive strength
Figure 112014017697593-pat00001
Of the total population.

이는 경량혼합토의 전단강도가 구속압의 영향을 받지 않는다는 결과로서,

Figure 112014017697593-pat00002
인 재료로 취급해야 함을 의미한다. This is because the shear strength of the lightweight mixture is not affected by the confining pressure,
Figure 112014017697593-pat00002
It should be handled as a material.

이와는 반대로, Kim&Lee(2002), Yoon&Kim(2004)은 삼축압축시험 결과에서 경량혼합토의 압축강도는 구속압 증가에 따라 비례하여 증가한다고 보고 하였다. 이는 경량혼합토의 전단강도가

Figure 112014017697593-pat00003
인 재료임을 보여주는 것으로서 일본의 항만기술연구소의 연구결과와는 상이한 결과라 할 수 있다.
On the contrary, Kim & Lee (2002) and Yoon & Kim (2004) reported that the compressive strength of lightweight mixed soil increases proportionally with increasing confining pressure. This is because the shear strength of the lightweight mixture
Figure 112014017697593-pat00003
And it is a result different from the results of the port research institute in Japan.

3) 경량혼합토의 변형특성3) Deformation characteristics of lightweight mixed soil

다음으로, 재료의 응력-변형거동을 나타내는 중요한 해석변수로서 전단강도와 함께 변형계수가 중요한 요소이다. Next, as an important analysis parameter showing the stress-deformation behavior of the material, the shear strength and deformation coefficient are important factors.

경량혼합토의 변형계수는 할선탄성계수(

Figure 112014017697593-pat00004
)로 나타내며, 일축 및 삼축압축강도 결과를 이용하여 다음과 같이 추정된다.The deformation modulus of the lightweight mixed soil was determined by the shear modulus
Figure 112014017697593-pat00004
), And is estimated as follows using the uniaxial and triaxial compressive strength results.

土田(1999)은 일본 내 점토를 이용하여 제작한 경량혼합토에 대해

Figure 112014017697593-pat00005
는 일축압축강도의 100200배 정도라고 제시하였으며, 김주철과 이종규(2002)는
Figure 112014017697593-pat00006
를 일축압축강도의 82.85배, 삼축압축강도의 22~167배 정도로 제시하였다. Yoon & Kim(2004)의 연구에서는 일축압축강도의 18~120배로, Yoon & Yoo(2004)의 연구에서는 일축압축강도의 130배, 삼축압축강도의 52배로 제시하였다. Tsuda (1999) reported that a lightweight mixture made from clay in Japan
Figure 112014017697593-pat00005
Of the uniaxial compressive strength were 100200 times, and Kim, Joo-cheol and Lee (2002)
Figure 112014017697593-pat00006
Was 82.85 times the uniaxial compressive strength and 22 to 167 times the triaxial compressive strength. Yoon and Kim (2004) proposed a uniaxial compressive strength of 18 to 120 times, and Yoon & Yoo (2004) suggested 130 times of unconfined compressive strength and 52 times of triaxial compressive strength.

이와 같이 연구자별로 경량혼합토의

Figure 112014017697593-pat00007
가 서로 다르게 평가된 것은 각각의 실험조건별로 고화제 함유율과 기포 함유율이 다르고, 사용한 준설토의 성분이 상이한 데서 원인을 찾을 수 있다. 또한 전반적으로 구속압력이 커지면
Figure 112014017697593-pat00008
의 값이 작아지는 경향을 나타내고도 있다.In this way,
Figure 112014017697593-pat00007
Were different from each other. The cause of the difference in the content of solidifying agent and the content of air bubbles in each experimental condition and the difference in the components of the dredged soil used can be found. Also, when the overall restraint pressure increases
Figure 112014017697593-pat00008
The smaller the value is.

한편, 일본의 항만기술연구소의 연구결과(土田, 1996)에 의하면, 압축 전단 중 경량혼합토의 프아송비는 축변형 1~2% 범위에서 0.1 ~ 0.2 정도로 나타나 있는데, 이는 일반 지반재료의 프아송비와 비교시 현저히 작은 수준이라 할 수 있다.
On the other hand, according to the results of the Japan Institute of Port Technology (Tsuida, 1996), the pearl ratio of lightweight mixed soil in compressive shear is 0.1 ~ 0.2 at 1 ~ 2% axial strain, The comparison is remarkably small.

4) 경량혼합토의 장기변형 특성 및 투수특성4) Long-term deformation and permeability of lightweight mixed soil

Lee(2013)는 전단크리프 시험 및 장기압축시험을 수행하여 경량혼합토의 크리프 특성에 대해 고찰하였으며, Lee(2013)가 제시한 전단크리프 시험은 목표단위중량 10kN/m3, 일축압축강도 500kPa의 경량혼합토에 대해 일축압축강도의 50%로 수직응력을 재하한 상태에서 최대전단강도의 70%와 80% 수준에서의 전단응력을 일주일 동안 재하하였으며, 일차원 압밀시험을 이용한 장기압축시험은 목표단위중량 10, 11kN/m3, 일축압축강도 200, 500kPa로 제작한 경량혼합토에 대해 항복하중의 0.5배와 1.5배 수준으로 재하한 시험이다.Lee (2013) investigated the creep characteristics of lightweight mixed soil by performing shear creep test and long-term compression test. The shear creep test proposed by Lee (2013) showed that the target unit weight was 10 kN / m 3 , The shear stress at 70% and 80% of the maximum shear strength was loaded for one week under the condition of normal stress at 50% of the unconfined compressive strength for the mixed soil. The long term compression test using the one - , 11 kN / m 3 , uniaxial compressive strength of 200 and 500 kPa, respectively, at 0.5 and 1.5 times the yield load.

이 결과로, 전단크리프 시험결과 전단변형은 재하초기에 대부분 나타나고 시간경과에 따른 추가 변위는 대단히 작은 수준이라고 보고한 바 있으며, 장기압축시험 결과는 압축하중이 항복응력의 0.5배인 경우 크리프계수가 0.19 ~ 0.31% 정도로 나타났다고 보고하였으며, 항복응력의 1.5배로 압축하중을 재하한 경우 크리프계수는 0.74 ~ 0.80% 정도로 보고한 바 있다. 즉, 항복응력 이하의 응력에서 장기변형은 매우 작은 수준임을 알 수 있다.As a result, shear creep test results show that the shear deformation mostly appears at the initial stage of loading and the additional displacement over time is very small. The long - term compression test results show that the creep coefficient is 0.19 ~ 0.31%, and the creep coefficient was 0.74 ~ 0.80% when the compressive load was 1.5 times the yield stress. In other words, it can be seen that the long-term deformation at the stress below the yield stress is very small.

다른 예로, Hwang et al.(2009)은 경량혼합토의 투수성에 관한 연구결과를 보고한 바 있으며, 보고된 바에 따르면, 대상 경량혼합토의 목표단위중량과 일축압축강도는 각각 10kN/m3과 500kPa이며, 포화시 상태에 대한 투수시험결과 점토의 투수계수(3.0×10-6cm/sec)와 유사한 수준인 4.857×10-6cm/sec 정도로 나타났다고 보고한 바 있다.
As another example, Hwang et al. (2009) reported the results of a study on the permeability of lightweight mixed soils and reported that the target unit weight and unconfined compressive strength of the target lightweight mixture are 10 kN / m 3 and 500 kPa, respectively , And the permeability test for saturated condition was 4.857 × 10 -6 cm / sec similar to that of clay (3.0 × 10 -6 cm / sec).

이에 본 발명은 앞에서 간략하게 상술한 경량혼합토의 공학적 특성(예컨대, 경량혼합토의 응력-변형거동 특성, 경량혼합토의 압축강도특성, 경량혼합토의 변형특성, 경량혼합토의 장기변형 특성 및 투수특성)으로 인하여 경량혼합토 공법이 연약지반에 적용될 경우와 SCP 공법 및 DCM 공법 각각이 적용된 연악지반의 상태를 수치적으로 비교분석할 수 있는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 제시하고자 한다.Therefore, the present invention is based on the technical properties (for example, the stress-strain behavior characteristics of lightweight mixed soil, the compressive strength characteristics of lightweight mixed soil, the deformation characteristics of lightweight mixed soil, the long- This paper presents a method for the analysis of soft ground improvement in bubble - mixed lightweight soils, which can compare numerically the state of soft ground applied to soft ground by SCP method and DCM method respectively.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 3은 LWFS 공법, SCP 공법, DCM 공법이 각각 적용된 연약지반층을 상태를 나타낸 예시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 연약지반층의 3차원 수치 모델에 적용시킨 예시도이다. 도 5는 최종성토(6m) 후 2년이 경과한 시점에 해당하는 성토구간의 침하와 성토체 끝단에서의 히빙을 각각 나타낸 예시도이며, 도 6은 지반 내 수평변위를 보인 예시도이다. 도 7의 (a)는 단계별 성토 및 시간경과에 따른 성토부 중심 및 점토층 상부지점에서의 침하(압밀) 곡선을 나타낸 그래프이며, 도 7의 (b)는 성토부 중심 및 점토층 최하단 지점에서의 시간이력 과잉간극수압 그래프이다. 도 8은 성토 완료후 시간경과에 따른 잔류침하(

Figure 112014017697593-pat00009
)를 각 공법의 성토완료 시점의 침하량(
Figure 112014017697593-pat00010
)을 기준으로 도시한 결과를 나타낸 예시도이다. 도 9는 연약지반개량 공법별 성토 완료 후 2년 경과시점의 성토부 최상단의 침하 프로파일을 나타낸 예시도이며, 도 10은 제체 하단부 단면에서의 측방유동 프로파일을 나타낸 예시도이다. 도 11은 경량혼합토의 일축압축강도별 시간이력 침하곡선을 나타낸 예시도이다.FIG. 2 is a flow chart for explaining a soft ground improvement analysis method of a bubble mixed lightweight soil according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an example of a soft ground layer to which an LWFS method, a SCP method, and a DCM method are respectively applied . FIG. 4 is an exemplary diagram applied to a three-dimensional numerical model of the soft ground layer shown in FIG. FIG. 5 is an illustration showing the settling of the embankment zone corresponding to the point of 2 years after the final embankment (6 m) and the hives at the end of the embankment, and FIG. 6 is an illustration showing the horizontal displacement in the ground. 7 (a) is a graph showing settlement (consolidation) curves at the center of the embankment and the point at the upper part of the clay layer according to the elapsed embankment and the passage of time, FIG. 7 (b) The history is an excess pore water pressure graph. Fig. 8 is a graph showing the relationship between the residual settling time
Figure 112014017697593-pat00009
) At the settlement completion time of each construction method (
Figure 112014017697593-pat00010
) As a reference. FIG. 9 is an exemplary view showing the settlement profile at the top of the embankment at the end of two years after completion of embankment completion by the soft ground improvement method, and FIG. 10 is an exemplary view showing a lateral flow profile at the bottom end of the embankment. 11 is an exemplary view showing a time-history settlement curve for each uniaxial compressive strength of a lightweight mixed soil.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 준설점토 활용 경량혼합토의 연약지반개량 공법 수치해석 방법(S100)은 연약지반층 설정 단계(S110), 연약지반개량 단계(S120), 3차원 수치 해석 단계(S130) 및 비교 단계(S140)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the numerical analysis method S100 of the soft ground improvement method of the lightweight mixed soil using the dredged clay according to the embodiment of the present invention includes a soft ground layer setting step S110, an soft ground improvement step S120, Dimensional numerical analysis step S130 and a comparison step S140.

상기 연약지반층 설정 단계(S110)는 풍하토층, 점토층, 모래층 및 성토가 순차적으로 적층된 가상의 연약지반층을 설정하는 단계일 수 있다.The soft ground layer setting step (S110) may be a step of setting a virtual soft ground layer in which the wind pile layer, the clay layer, the sand layer, and the embankment layer are sequentially stacked.

상기 연약지반개량 단계(S120)는 상기 연약지반층 중 상기 성토 하중을 받는 상기 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법을 각각 적용시켜 개량하는 단계일 수 있다. In the soft ground improvement step (S120), a certain portion of the clay layer receiving the embankment load among the soft ground layers may be improved by applying the SCP method, the lightweight mixed soil method, and the DCM method.

상기 3차원 수치 해석 단계(S130)는 상기 성토 하중으로 인한 상기 각 공법에 따라 개량된 연약지반층의 변형거동을 3차원 수치 해석을 적용시켜 분석하는 단계일 수 있다.The three-dimensional numerical analysis step (S130) may be a step of analyzing the deformation behavior of the soft ground layer, which has been improved according to the above-mentioned respective methods due to the embankment load, by applying a three-dimensional numerical analysis.

여기서, 상기 3차원 수치 해석은 유한요소해석 모델을 이용하여 상기 성토 하중으로 인한 상기 연약지반층 내에 발생되는 과잉간극수압의 발생과 소산 및 압밀현상을 적용시킨 3차원 수치 해석일 수 있다.Here, the three-dimensional numerical analysis may be a three-dimensional numerical analysis using an excessive pore water pressure generated in the soft ground layer due to the embankment load and dissipation and consolidation using a finite element analysis model.

상기 비교 단계(S140)는 상기 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법을 각각 적용시켜 개량된 연약지반층의 성토 하중으로 인한 침하 발생 상태를 비교하는 단계일 수 있다.In the comparing step S140, a certain portion of the clay layer may be subjected to a SCP method, a lightweight mixed soil method, and a DCM method, respectively, so as to compare the subsidence occurrence due to the embankment load of the improved soft ground layer.

상기 연약지반층 설정 단계(S110)는 상기 각 공법에 따라 개량된 연약지반층에 동일한 조건의 변위 경계조건, 응력-간극수압 연계해석을 위한 수리 경계조건을 적용시킨 단계일 수 있다.The soft ground layer setting step (S110) may be a step of applying the same boundary boundary condition and the hydraulic boundary condition for the stress-pore hydraulic pressure coupling analysis to the soft ground layer modified according to each of the above-mentioned methods.

상기 연약지반층 설정 단계(S110)는 상기 성토하중에 의한 과잉간극수압이 점토층 상부에서의 간극수압이 0이 되도록 소산시키는 단계일 수 있다.In the soft ground layer setting step (S110), excess pore water pressure due to the embankment load may be dissipated so that the pore water pressure at the top of the clay layer becomes zero.

상기 연약지반층 설정 단계(S110)는 Modified Cam-Clay(MCC) 모델을 적용하여 압밀시 연약점토지반의 침하특성이 이루어지도록 설정하는 단계일 수 있다.
The soft ground layer setting step (S110) may be a step of setting a settlement characteristic of the soft clay ground during consolidation by applying a Modified Cam-Clay (MCC) model.

이하에서는, 동일한 환경 조건하에서 경량토혼합 공법(LWFS), SCP(Sand compation pile) 공법, DCM(Deep cement mixing) 공법에 따른 연약지반의 개량 효과를 수치실험을 통해 제시하고자 한다.
In the following, numerical experiments are carried out to demonstrate the effect of improving the soft ground according to the LWFS, SCP (sand compaction pile), and DCM (Deep cement mixing) method under the same environmental conditions.

-연약지반공법에 따른 연약지반의 개량 효과 수치실험-- Numerical Simulation of Improvement Effects of Soft Soils by Soft Soil Method -

1) 현장조건1) Field conditions

먼저, 본 실험에서는 도 3을 참조, 비배수 전단강도가 50kPa 정도인 두께 10m의 연약지반 상부에 높이 6m, 하부 폭 68m의 제방이 2H:1V 경사로 시공되는 경우를 대상으로 한다.First, in this experiment, the case of a girder having a height of 6 m and a width of 68 m in the upper part of a soft ground of a thickness of 10 m with an undrained shear strength of about 50 kPa is applied with a slope of 2H: 1 V.

여기서, 점토층 하부는 비교적 견고한 풍화토층이 존재하는 것으로 가정하였다. 연약지반 상부에는 장비주행성 확보 및 배수층 확보를 위해 1m 높이의 모래층이 포설되도록 하였으며, 연약지반개량공법은 DCM 공법과 SCP 공법 및 경량혼합토(LWFS) 공법을 각각 적용하여 보강 및 굴착치환되는 조건으로 간주하였다. Here, the lower part of the clay layer is assumed to have a relatively hard weathering layer. In the upper part of the soft ground, a sand layer of 1 m height was installed to secure the equipment running ability and the drainage layer. The soft ground improvement method was considered to be a condition of reinforcing and excavating substitution by applying DCM method, SCP method and lightweight mixed soil (LWFS) Respectively.

DCM 공법은 제방 하부로부터 수평방향 5m 범위까지 적용되도록 하였으며, SCP공법의 경우 직경 700mm의 모래말뚝을 풍화토 지반까지 포설하고 정사각형 배치로 치환율 30%를 확보하도록 하였다. 경량혼합토(LWFS) 공법의 경우 연약지반 선굴착 후 2H:1V 경사로 치환되는 조건을 고려하였다.
DCM method was applied to the range of 5m horizontally from the bottom of the bank. In case of SCP method, sand pile with diameter of 700mm was laid up to the weathered soil and the replacement rate was set to 30% by square arrangement. For the lightweight mixed soil (LWFS) method, the condition of 2H: 1V gradient after soft ground excavation was considered.

2) 해석조건2) Analysis condition

대상 검토단면에 대해 연약지반개량공법별 적용효과를 비교하고, 경량혼합토공법의 일축압축강도 특성에 따른 거동특성을 비교하기 위하여 표 1과 같은 해석조건을 선정하였다.In order to compare the application effects of the soft ground improvement method and the behavior characteristics according to the unconfined compressive strength characteristics of the lightweight mixed soil method, the analytical conditions as shown in Table 1 were selected.

[표 1][Table 1]

Figure 112014017697593-pat00011

Figure 112014017697593-pat00011

3) 경량혼합토의 연략지반개량공법 적용성 비교검토3) Comparison of Applicability of Lightweight Mixed Soil

연약지반위의 제방성토에 관한 해석시에는 성토로 인한 연약지반 내 과잉간극수압 발생 및 소산, 그리고 이에 따른 압밀현상 등이 해석모델에서 현실적으로 다루어져야 하며, 이를 위해 응력-간극수압이 연계되는 해석 모델링을 필요로 한다.In the interpretation of the embankment embankment on the soft ground, excessive pore water pressure generation and dissipation in the soft ground due to the embankment and the consolidation phenomenon should be treated in the analytical model. For this, analytical modeling in which the stress- need.

본 발명에서는 지반-지하수 상호작용 및 시공과정에 대한 모델링이 효율적으로 수행될 수 있는 범용 유한요소해석 프로그램인 Abaqus ver.6.10을 사용하였다.In the present invention, a general purpose finite element analysis program, Abaqus ver.6.10, which can efficiently perform the modeling of the ground-groundwater interaction and the construction process, is used.

해석 모델링에 있어서, 시공조건이 성토제방 중심을 기준으로 좌우 대칭조건이므로 우측 반단면만을 해석모델에 포함하였으며, 정사각형 배치로 고려한 SCP시공조건 상 종방향으로 동일한 조건이 반복되는 일종의 평면변형율 조건이 성립되므로 SCP 단일 행에 대한 3차원 모델링을 수행하였다.In the analytical modeling, only the right half section is included in the analytical model because the construction conditions are symmetrical with respect to the center of the embankment bank, and a kind of plane strain condition in which the same conditions are repeated in the longitudinal direction under the SCP construction conditions considered in the square arrangement Therefore, three-dimensional modeling of single row of SCP was performed.

변위 경계조건에 있어서 해석단면의 좌우측면은 수평방향 변위를 구속하였으며, 바닥면은 수평과 연직방향 변위를 구속하였다. 평면에 수직한 종방향면은 종방향 변위를 구속하여 평면변형조건이 성립되도록 하였다. In the displacement boundary conditions, the left and right sides of the analytical section constrained the horizontal displacement and the floor constrained the horizontal and vertical displacements. The vertical plane perpendicular to the plane constrained the longitudinal displacement so that the plane deformation condition was established.

연계해석을 위한 수리 경계조건은 초기 및 시공 중 지하수위를 점토층 상부에 위치하도록 하였으며, 우측 수평면에 정수압이 일정하게 유지되도록 고려하였다. 성토하중에 위한 과잉간극수압은 점토층 상부에서 간극 수압이 0이 되도록 부여함으로써 소산되도록 하였다.The hydraulic boundary conditions for the linkage analysis were such that the groundwater level was located at the top of the clay layer during initial and construction and the hydrostatic pressure was kept constant on the right horizontal plane. The excess pore water pressure for embankment load was dissipated by giving the pore water pressure to 0 at the top of the clay layer.

한편, 모델의 이산화에서 지하수위 하부에 위치하는 연약지반과 하부 풍하토층, 경량혼합토, DCM, 모래말뚝은 8실점 응력-간극수압 연계요소(C3D8P)로 모델링하였으며, 지하수위 상부 모래층과 성토재는 8실점 가감적분 응력요소(C3D8R)로 모델링 하였다.On the other hand, in the discretization of the model, the soft ground, the lower ground layer, the lightweight mixed soil, the DCM, and the sand pile located at the bottom of the groundwater are modeled by the 8-point stress-pore pressure coupling factor (C3D8P) (C3D8R).

재료 모델링에 있어서 연약지반은 Modified Cam-Clay(MCC)모델을 적용하여 압밀시 연약점토지반의 침하특성이 모사되도록 하였으며, 성토재 및 점토층 하부 풍하토와 모래말뚝, 경량혼합토는 Mohr-Coulomb 모델을 적용하였다. In the material modeling, the soft ground was modeled by Modified Cam-Clay (MCC) model to simulate the settlement characteristics of the soft clay soil during consolidation. Mohr-Coulomb model was applied to the sandwich pile and sandy pile Respectively.

DCM은 상대적으로 강도와 강성이 매우 큰 재료임을 감안하여 탄성거동을 하는 것으로 고려하였다.
Considering that DCM is a relatively strong material with a high strength and rigidity, it is considered to have an elastic behavior.

본 발명에서 적용한 유한요소해석 모델과 해석적용 물성은 각각 도 3과 표 1에 표시한다. The finite element analysis model and analytical application properties applied in the present invention are shown in FIG. 3 and Table 1, respectively.

먼저, 표 1을 참조하면, 경량혼합토의 물성은 성토고 6m를 고려하여 목표일축압축강도를 120kPa로 고려한 것이며, 보수적인 견지에서

Figure 112014017697593-pat00012
인 재료로 취급하였다. 표 2는 경량혼합토에 대한 추가 매개변수 해석조건을 정리한 것으로서 목표일축압축강도를 105 ~ 180kPa로 고려시 적용한 경량혼합토의 물성을 나타내며, 표 3은 LWFS의 파라미터들의 상태를 나타낸 표이다.First, referring to Table 1, the physical properties of the lightweight mixed soil are considered as the target uniaxial compressive strength of 120 kPa considering the embankment height of 6 m. From the conservative point of view,
Figure 112014017697593-pat00012
Lt; / RTI > Table 2 summarizes the additional parameter analysis conditions for lightweight mixed soil. It shows the properties of lightweight mixed soil considering the target uniaxial compressive strength of 105 ~ 180kPa. Table 3 shows the state of parameters of LWFS.

[표 2][Table 2]

Figure 112014017697593-pat00013
Figure 112014017697593-pat00013

[표 3][Table 3]

Figure 112014017697593-pat00014
Figure 112014017697593-pat00014

연약지반 상 이루어지는 성토에 대한 현실적인 해석 모델링을 위해서는 실제 현장에서 이루어지는 시공과정에 대한 상세한 모델링이 해석과정에 고려되어야 한다.  For realistic analysis modeling of the embankment formed on the soft ground, detailed modeling of the actual construction process on site should be considered in the analysis process.

본 수치실험에서는 해석단계에 초기 지중응력과 간극수압 확보 후 굴착 및 치환, 그리고 단계별 성토가 순차적으로 이루어지도록 고려하였다. In this numerical experiment, it was considered that excavation and replacement, and step - by - step embankment were performed sequentially after securing initial underground stress and pore water pressure in the analysis stage.

각 단계별로 15일에 걸쳐 2m씩 성토가 되도록 하였으며, 원지반 성토조건과 SCP공법 적용의 경우 성토 후 10일의 방치기간을 갖도록 모델링하였다.
For each step, we made 2 m of cover over 15 days, and we modeled the embankment with SCP and 10 days after embankment.

이하에서는 앞에서 상술한 수치실험을 통해 경량혼합토공법 적용시 연약지반개량 효과를 SCP 공법이 적용된 경우와 DCM 공법이 적용된 경우에 대해 비교하도록 한다.In the following, numerical experiments described above will be used to compare the effect of soft soil improvement with the application of SCP method and DCM method.

본 발명에서는 경량혼합토공법 적용시 연약지반개량 효과 분석을 위하여 앞에서 상술한 수치실험 조건의 비교 대상으로 고려한 SCP공법과 DCM공법, 지반개량 무처리시 해석결과를 상호 비교하였다.  In the present invention, the SCP method, the DCM method, and the analysis result of the soil improvement without soil treatment are compared for the analysis of the soft soil improvement effect when applying the lightweight mixed soil method.

이 때 경량혼합토공법은 상기 설명한 바와 같이 목표단위중량과 일축압축강도를 11kN/m3 120kPa인 조건으로 검토하였으며, SCP공법은 치환율이 30%를 확보하는 조건을 갖도록 설정한다.At this time, as described above, the lightweight mixed soil method was studied under the condition that the target unit weight and the uniaxial compressive strength were 11 kN / m 3 120 kPa, and the SCP method was set to have a condition of securing a substitution rate of 30%.

도 5는 최종성토(6m) 후 2년이 경과한 시점에 해당하는 성토구간의 침하와 성토체 끝단에서의 히빙을 각각 나타낸 것이며, 도 6은 지반 내 수평변위를 보인 예시도이다.  FIG. 5 is a view showing subsidence of the embankment zone and heaving at the end of the embankment corresponding to two years after the final embankment (6 m), and FIG. 6 is an example showing the horizontal displacement in the ground.

도 5 및 도 6을 참조하면, 지반개량 무처리 시 성토구간내 최대침하는 615mm 정도이며, 이로 인한 지반 내 수평변위는 최대 249mm, 성토체 끝단에서의 히빙은 29mm 까지 발생할 수 있을 것으로 분석되었다.5 and 6, it was analyzed that the maximum settlement within the embankment area was about 615 mm when the ground improvement was not carried out, and the horizontal displacement in the ground due to the maximum displacement could be up to 249 mm and the heaving in the end of the embankment to 29 mm.

경량혼합토(LWFS) 공법을 적용하는 경우 최대침하는 92mm 정도로 무처리 시의 1/6 ~ 1/7 수준이며, 히빙은 3mm 정도로 약 1/10 수준, 지반내 최대수평변위는 8mm 정도로 1/30 이하로 감소하는 것으로 나타났다. When LWFS method is applied, the maximum settlement is about 92mm, 1/6 ~ 1/7 level at the untreated level, the heaving is about 1/10 level at about 3mm, and the maximum horizontal displacement in the ground is about 1/8 .

SCP공법 적용 시에는 최대침하가 148mm로 무처리 시의 약 1/4 수준이며, 히빙은 10mm 정도로 약 1/3 수준, 지반내 최대 수평변위는 42mm로 약 1/6 수준으로 감소하는 것으로 분석되었다.In SCP method, the maximum settlement is 148mm, about 1/4 of the untreated level, the heaving is about 1/3 level, and the maximum horizontal displacement in the ground is 42mm, which is about 1/6 .

DCM공법 적용 시에는 여타의 공법과 비교할 때 침하와 수평변위 및 히빙 등이 현저하게 감소하는 것으로 나타났다.When DCM method was applied, settlement, horizontal displacement, and hibbling were significantly decreased in comparison with other methods.

따라서, 경량혼합토 공법을 적용하는 경우, SCP공법을 적용하는 수준 이상의 침하관리가 가능하다는 것을 알 수 있으며, 특히 지반내 수평변위, 즉 측방유동이 현저하게 감소될 수 있음을 도출할 수 있다.Therefore, it can be seen that the settlement control over the level of applying the SCP method is possible when the lightweight mixed soil method is applied, and it can be deduced that the horizontal displacement in the ground, that is, the lateral flow can be remarkably reduced.

이는 경량혼합토의 프아송비가 0.15 수준으로 일반적인 지반의 프아송비 보다 2배 정도 작기 때문이라 여겨진다.It is believed that this is due to the fact that the pumice ratio of the lightweight mixture is 0.15, which is twice as small as that of the general ground.

도 7을 참조하면, 지반개량 무처리시의 경우 성토 완료 후 2년이 경과한 시점에서도 압밀이 진행중인 상태임을 예측할 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be predicted that consolidation is still in progress at the time of two years after completion of embankment in the case of no soil improvement.

반면, 지반개량을 적용하는 경우 각 공법별로 정성·정량적인 차이가 있긴 하나 성토완료 후 1년 6개월 이내에 압밀이 완료됨을 예측할 수 있다.On the other hand, it is predicted that consolidation is completed within 1 year and 6 months after completion of embankment, although there are qualitative and quantitative differences in each method when applying the ground improvement.

또한, SCP공법 적용 시 단계별 성토단계에서 모래말뚝을 통해 배수가 진행되므로 지반 내 급격한 과잉간극수압은 발생하지 않는 것으로 나타났으며, DCM공법의 경우 개량체의 단위 중량이 크고 투수계수가 매우 작아 압밀진행 속도는 원지반 수준과 유사하나, 자체 강성이 매우 커서 총 침하량은 상대적으로 미소한 수준인 것으로 나타났다. 경량혼합토공법 적용 시 결과를 살펴보면, 자체의 단위중량이 작은 영향으로 굴착치환 단계에서 부의 간극수압이 일부 발생하기도 하며, 성토 시에도 과잉간극수압 발생량은 비교적 작은 수준임을 알 수 있다. 그 결과 성토 완료 후 약 70일 경과 시 과잉간극수압은 모두 소산되는 것으로 예상되었다.
In addition, in the SCP method, the surplus pore water pressure did not occur in the ground due to the progress of drainage through the sand pile in the step of embankment step. In the DCM method, the unit weight of the remediation body was large and the coefficient of permeability was very small, The progress speed is similar to the level of the ground level, but the own stiffness is so large that the total settlement is relatively small. As a result, the pore water pressure was partially generated in the excavation and replacement stage due to the small unit weight of the pavement, and the excess pore water pressure was also small in the embankment. As a result, the excess pore water pressure was expected to dissipate about 70 days after completion of the embankment.

도 8은 성토 완료후 시간경과에 따른 잔류침하(

Figure 112014017697593-pat00015
)를 각 공법의 성토완료 시점의 침하량(
Figure 112014017697593-pat00016
)을 기준으로 도시한 결과이다. Fig. 8 is a graph showing the relationship between the residual settling time
Figure 112014017697593-pat00015
) At the settlement completion time of each construction method (
Figure 112014017697593-pat00016
) As a reference.

도 7의 (b)의 과잉간극수압 소산 그래프에서 확인한 바와 같이 SCP공법의 경우 단계별 성토단계에서 과잉간극수압이 모두 소산되어 잔류침하는 거의 발생하지 않으며, 경량혼합토공법 적용 시 성토완료 후 과잉간극수압이 모두 소산되는 70일 이후 추가적인 잔류침하는 발생하지 않는 것으로 분석되었다. As shown in the graph of excess pore pressure dissipation in Fig. 7 (b), in the case of the SCP method, the excess pore water pressure was completely dissipated in the step-by-step embankment step and the residual settlement hardly occurred. It was analyzed that no additional residual settling occurred after 70 days of dissipation.

한편, DCM공법 결과에서는 점진적인 과잉간극수압 소산으로 성토 완료 후 1년 6개월에 걸쳐 잔류침하가 발생할 수 있음을 보여주고 있다. On the other hand, the results of the DCM method show that residual settlement can occur over 1 year and 6 months after completion of embankment due to progressive excess pore water dissipation.

DCM공법의 경우 자체 강성이 매우 크므로 시공단계에서의 정량적인 침하량은 크지 않지만, 개량체의 자중이 상대적으로 커서 시공완료 후 개량체 하부지층에서 잔류침하는 운영 중 지속적으로 발생할 수 있음을 예측할 수 있다.In the case of the DCM method, since the self-stiffness is very high, the amount of settlement at the construction stage is not large, but the self weight of the reformer is relatively large, so that it is predictable that the residual settling in the under- have.

본 발명에서 연약지반 하부지층을 비교적 견고한 풍화토로 고려한 결과 성토 완료 후 정량적인 잔류침하가 비교적 크지는 않았으나, 연약지반 하부에 압축성 지반이 존재하는 경우 DCM공법 적용시 상대적으로 큰 잔류침하가 발생할 수 있음을 예상할 수 있다. In the present invention, when the soft ground layer is considered as a relatively strong weathering layer, the quantitative residual settlement after the completion of the embankment is not relatively large. However, when the compressive ground is present under the soft ground, a relatively large settlement may occur when the DCM method is applied Can be expected.

따라서 대심도 연약지반의 경우 경량혼합토와 같은 경량지반재료를 활용하는 것이 보다 유리한 방법이라 할 수 있다.
Therefore, it is more advantageous to use lightweight ground materials such as lightweight mixed soil in the case of high degree of soft ground.

도 9 및 도 10은 연약지반개량 공법별 성토 완료 후 2년 경과시점의 성토부 최상단의 침하 프로파일과 제체 하단부 단면에서의 측방유동 프로파일을 각각 도시한 것이다. FIGS. 9 and 10 show the settlement profile at the uppermost embankment and the lateral flow profile at the lower end section of the embankment at the end of two years after completion of embankment, respectively, by the soft ground improvement method.

앞서 살펴본 바와 같이, 경량혼합토 공법이 SCP공법을 적용하는 수준이상의 침하관리가 가능하며, 제체사면의 측방유동을 현저하게 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
As mentioned above, it can be confirmed that the lightweight mixed soil method can control the settlement more than the SCP method, and the lateral flow of the slope can be significantly reduced.

이하에서는 경량혼합토의 성능조건, 즉 일축압축강도에 따른 지반개량효과를 비교하도록 한다. In the following, the performance condition of the lightweight mixed soil, that is, the soil improvement effect according to uniaxial compressive strength, is compared.

도 11은 경량혼합토의 일축압축강도별 시간이력 침하곡선을 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing a time-history settlement curve for each uniaxial compressive strength of a lightweight mixed soil.

도 11을 참조하면, 성토고 6m를 고려 시 작용하는 축차응력 수준은 약 114kPa이므로 경량혼합토의 일축압축강도 106kPa를 제외하면 일축압축강도가 축차응력 이상을 확보한 상태임을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that the uniaxial compressive strength secures the streak stress abnormality except for the uniaxial compressive strength 106 kPa of the lightweight mixed soil, because the continuous stress level acting on the embankment 6 m is about 114 kPa.

일축압축강도 조건별 정량적인 침하량을 비교하면, 일축압축강도 증가에 따라 침하량이 감소하며, 일축압축강도 120 내지 180kPa 범위에서는 최종침하량이 48 ~ 92mm 범위로 강도와 침하량과의 관계가 반비례하고 있음을 확인할 수 있다. Comparing the quantitative settlement amount by unconfined compressive strength condition, the settlement amount decreases with increasing uniaxial compressive strength. In the uniaxial compressive strength range of 120 to 180 kPa, the final settlement amount is in the range of 48 to 92 mm, and the relationship between strength and settlement amount is inversely proportional Can be confirmed.

한편, 경량혼합토의 일축압축강도가 106kPa인 조건의 경우에는 최종침하량이 160mm 정도로 나타나 침하량이 현저히 증가한 것을 볼 수 있는데, 이는 성토로 인한 축차응력이 치환재의 일축압축강도를 초과하여 항복상태에 이르렀기 때문인 것으로 예상할 수 있다.On the other hand, when the unconfined compressive strength of the lightweight mixed soil is 106 kPa, the final settlement amount is about 160 mm, and the settlement amount is remarkably increased. This is because the shear stress caused by the embankment exceeds the uniaxial compressive strength of the replacement material, As shown in Fig.

또한, 재료적 관점에서 경량혼합토는 항복하중 초과시 급격한 변형율 연화(strain softening) 거동을 하게 된다는 점을 고려하면 도 10의 해석결과 보다 더 큰 침하가 발생할 것임을 예상할 수 있다. From the viewpoint of material, it can be expected that the lightweight mixed soil will have a larger strain softening behavior when the yield load is exceeded, so that a greater settlement will occur than the analysis result of FIG. 10.

따라서 경량혼합토 공법을 적용하는 경우, 상재하중 수준을 고려하여 혼합토 내 발생응력이 항복응력을 초과하지 않도록 설정하는 것이 중요하다.
Therefore, it is important to set the yield stress in the mixed soil not to exceed the yield stress in consideration of the overburden load level when the lightweight mixed soil method is applied.

따라서, 본 발명에 따르면, 연약지반개량을 위해 경량혼합토공법을 적용하는 경우 SCP공법을 적용하는 수준 이상의 침하관리가 가능하며, 특히 개량구간내 측방유동을 현저하게 감소시킬 수 있다는 이점을 제공하며, 이는 경량혼합토가 갖는 경량성 및 소정의 강도, 변형특성에 기인한다는 것을 예측할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to control the settlement more than the level to which the SCP method is applied when the lightweight mixed soil method is applied for the improvement of the soft ground, in particular, the advantage that the lateral flow in the improvement section can be remarkably reduced, It can be predicted that this is due to the light weight and the desired strength and deformation characteristics of the lightweight mixture.

또한, DCM 공법과 같이 자체 하중이 크고 투수성이 작은 재료를 이용하여 연약지반을 개량하는 경우, 단기 압밀침하는 최소화할 수 있으나 과잉간극수압 소산이 천천히 진행되므로 장기적인 잔류침하가 발생할 수 있다는 점을 사전에 예측이 가능하다는 이점을 제공한다.In addition, when the soft ground is improved by using a material having a large self-load and a small permeability such as the DCM method, the short-time consolidation settlement can be minimized, but excessive pore water pressure dissipation is slow, It provides the advantage of being able to predict in advance.

또한, 경량혼합토의 목표성능에 따라 연약지반의 침하발생 수준을 조절할 수 있으며, 이를 통해 경량혼합토의 일축압축강도 증가에 따라 발생 침하량은 감소하며, 항복하중 이내에서는 선형적인 관계가 나타남을 알 수 있다. In addition, it is possible to control the settlement level of the soft ground according to the target performance of the lightweight mixed soil, and it can be seen that the occurrence settlement decreases with increasing uniaxial compressive strength of the lightweight mixed soil and linear relationship within the yield load .

또한, 상재하중에 대한 축차응력이 경량혼합토의 일축압축강도를 초과하는 경우 발생침하는 현저히 증가하며, 실제 침하량은 급격한 변형율 연화(strain hardening) 거동으로 일반적인 해석에서 얻은 결과보다 더 크게 나타날 수 있다는 것을 예측할 수 있다.In addition, when the shear stress on the overburden exceeds the uniaxial compressive strength of the lightweight mixed soil, the occurrence subsidence increases markedly, and the actual settlement amount can be larger than the result obtained by the general analysis due to the rapid strain hardening behavior Can be predicted.

따라서 연약지반개량을 위해 경량혼합토공법 적용시 상재하중 수준을 고려하여 혼합토 내 발생응력이 항복응력을 초과하지 않도록 계획하는 것이 중요하다.
Therefore, it is important to plan the yield stress in the mixed soil so that the yield stress does not exceed the yield stress in lightweight mixed soil method for the improvement of soft soil.

개시된 예시적인 실시형태들의 이전의 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 제조하거나 또는 사용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 이들 예시적인 실시형태들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 자명하게 될 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서 다른 실시형태들에 적용될 수도 있다.
The previous description of the disclosed exemplary embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these exemplary embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention.

S100: 연약지반층 설정 단계 S110: 연약지반개량 단계
S120: 3차원 수치 해석 단계 S140: 비교 단계
S100: Soft ground layer setting step S110: Soft ground improvement step
S120: Three-dimensional numerical analysis step S140: Comparison step

Claims (4)

연약지반 개량을 위한 복수의 시공방법에 대한 개량 효과를 비교 분석하여 최적의 시공방법을 결정하기 위한 처리를 컴퓨터나 전용의 하드웨어에 의해 수행시키도록 구성되는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법에 있어서,
상기 처리는,
풍하토층, 점토층, 모래층 및 성토가 순차적으로 적층된 가상의 연약지반층을 설정하는 연약지반층 설정단계;
상기 연약지반층 중 성토하중을 받는 상기 점토층의 일부에 경량혼합토(Light-weighted Foam Soils ; LWFS) 공법, SCP(Sand compaction pile) 공법 및 DCM(Deep cement mixing) 공법을 각각 적용하여 개량을 행하는 연약지반 개량단계;
상기 연약지반 개량단계에서 상기 경량혼합토 공법, 상기 SCP 공법, 상기 DCM 공법에 따라 개량된 각각의 상기 연약지반층에 대하여, 유한요소해석 모델을 이용하여 상기 성토하중으로 인해 경량혼합토층 내에 발생되는 과잉간극수압의 발생과 소산 및 압밀현상을 적용시키는 것에 의해 상기 성토 하중으로 인한 변형 거동을 응력-간극수압 연계해석에 기반한 3차원 수치해석을 통하여 각각 비교하고 분석하는 변형거동 분석단계;
상기 연약지반 개량단계에서 상기 점토층의 일부에 상기 경량혼합토 공법, 상기 SCP 공법, 상기 DCM 공법을 각각 적용하여 개량된 각각의 상기 연약지반층에 대하여 상기 성토하중으로 인한 침하발생 상태를 각각 비교하고 분석하는 침하발생 분석단계; 및
상기 변형거동 분석단계 및 상기 침하발생 분석단계의 비교 분석 결과에 근거하여 상기 연약지반 개량을 위한 최적의 시공방법을 결정하는 결정단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법.
In a soft ground improvement analysis method of a bubble mixed lightweight soil, which is configured to perform a process for determining an optimal construction method by a computer or dedicated hardware by comparing and analyzing the improvement effect on a plurality of construction methods for improving the soft ground, ,
The above-
A soft ground layer setting step of setting a hypothetical soft ground layer in which a ground layer, a clay layer, a sand layer, and a clay layer are sequentially stacked;
Light-weighted foam sheets (LWFS), sand compaction pile (SCP), and deep cement mixing (DCM) are applied to a part of the clay layer receiving the embankment load among the soft ground layers, Ground improvement stage;
For each of the soft ground layers modified according to the lightweight mixed soil method, the SCP method, and the DCM method in the soft ground improvement step, an excessive amount of excess ground particles generated in the lightweight mixed soil layer due to the embankment load, A deformation behavior analysis step of comparing and analyzing the deformation behavior due to the embankment load by applying the generation of the pore water pressure and the dissipation and consolidation phenomenon through the three-dimensional numerical analysis based on the stress-pore hydraulic interaction analysis;
In the soft ground improvement step, each of the soft ground layers improved by applying the lightweight mixed soil method, the SCP method, and the DCM method to a part of the clay layer is compared with the subsidence occurrence due to the embankment load, A settlement occurrence analysis step; And
And a determining step of determining an optimal construction method for improving the soft ground based on the comparison analysis results of the deformation behavior analysis step and the settlement occurrence analysis step. Way.
제 1항에 있어서,
상기 연약지반층 설정 단계는,
상기 각 공법에 따라 개량된 연약지반층에 동일한 조건의 변위 경계조건, 응력-간극수압 연계해석을 위한 수리 경계조건을 적용시키는 것을 특징으로 하는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법.
The method according to claim 1,
In the soft ground layer setting step,
And a hydraulic boundary condition for the stress-pore hydraulic pressure connection analysis is applied to the soft ground layer according to each of the above-mentioned methods.
제 2항에 있어서,
상기 연약지반층 설정 단계는,
상기 성토하중에 의한 과잉간극수압이 점토층 상부에서의 간극수압이 0이 되도록 소산시키는 것을 특징으로 하는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법.
3. The method of claim 2,
In the soft ground layer setting step,
Wherein the excess pore water pressure due to the embankment load is dispersed so that the pore pressure at the top of the clay layer becomes zero.
제 3항에 있어서,
상기 연약지반층 설정 단계는,
Modified Cam-Clay(MCC) 모델을 적용하여 압밀시 연약점토지반의 침하특성이 이루어지도록 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 분석 방법.
The method of claim 3,
In the soft ground layer setting step,
And modifying Cam-Clay (MCC) model to set settlement characteristics of the soft clay soil during consolidation.
KR1020140021162A 2014-02-24 2014-02-24 Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils KR101552644B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140021162A KR101552644B1 (en) 2014-02-24 2014-02-24 Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140021162A KR101552644B1 (en) 2014-02-24 2014-02-24 Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150099962A KR20150099962A (en) 2015-09-02
KR101552644B1 true KR101552644B1 (en) 2015-09-11

Family

ID=54241766

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140021162A KR101552644B1 (en) 2014-02-24 2014-02-24 Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101552644B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110849726B (en) * 2019-11-27 2022-06-17 东南大学 Method for obtaining compaction degree of roadbed soil under compaction action

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
김찬기 외 3인, '소성지수에 따른 점성토의 압밀특성에 관한 연구', 한국지반공학회논문집 제24권 8호, 2008.08, pp.99-109
유승경, ‘PVD에 의한 연약점토지반의 압밀촉진효과에 대한 수치해석’, 한국토목섬유학회논문집 제8권 1호, 2009.03, pp.19-24*
이민아, '경량기포토의 교대 뒷채움재 적용성 평가', 한국해양대학교 대학원 석사학위논문, 2013.02

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150099962A (en) 2015-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Han Recent research and development of ground column technologies
Black et al. Reinforced stone columns in weak deposits: laboratory model study
Jamsawang et al. Field and three-dimensional finite element investigations of the failure cause and rehabilitation of a composite soil-cement retaining wall
Dang et al. Numerical assessment of fibre inclusion in a load transfer platform for pile-supported embankments over soft soil
Dang et al. A parametric study of deep mixing columns and fibre reinforced load transfer platform supported embankments
Jung et al. Deep soil mixing in Sabkha soils for foundation support in United Arab Emirates
KR101552644B1 (en) Soft soil improvement analysis method of Light-weighted Foam Soils
KR101607865B1 (en) Numerical Analysis method of Light-weight Air Foamed Soils Using Dredged Soils for Ground Treatment and Backfill, and The Recording Medium
Watabe et al. History of land reclamation using dredged soils at Tokyo Haneda Airport
Chen et al. Field Experimental and Numerical Studies on Performance of Concrete–Cored Gravel Column-Supported Embankments
KR940002457B1 (en) Method and apparatus for increasing bearing capacity of soft soil and constructing cutoff wall
Ruggeri et al. Stiffness of wall-type grouting under transversal loading
Sayehvand et al. Use of Grouting Method to Improve Soil Stability Against Liquefaction--A Review
Juárez-Luna et al. Application of fracture mechanics to cracking problems in soils
Dembicki et al. Pylon foundation of a cable stayed bridge at the motorway ring road of Wrocław
Abas Performance and design optimization of stone column in sabkha soils
Takahashi Ground Improvement for Coastal Engineering
Makararotrit et al. Cement Admixed Clay Columns as a Solution for River Wall Stability Problems: A Case Study of Pasak River
Mitchell Recent developments in ground improvement for mitigation of seismic risk to existing embankment dams
Shukla et al. Applications of fibre-reinforced soil
Yoon et al. Numerical analysis of light-weight air foamed soils using dredged materials for soft ground improvement method
Abdul Razaq Evaluation of riverbank stabilization using rockfill and soil-cement columns
Galagoda et al. Targeted Ground Engineering for a Gas Plant in Pilbara Region, Australia
Khanal Seismic ground improvement of soft soil sites with compacted soil-cement panels and deep soil mixing panels
Liu et al. Research on Bearing Characteristics of Grid Composite Foundation Based on Silt Solidification

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190624

Year of fee payment: 5