KR101607865B1 - 기포혼합 경량토의 연약지반처리 및 뒤채움재 수치해석기법 및 이를 수행하는 기록매체 - Google Patents

Abstract

기포처리토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법 및 기록매체를 개시한다. 상기 기포처리토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법은 기반암, 풍화토층, 퇴적층(점토층, 모래층) 및 매립층 등의 지층조건을 설정하는 지반조건 설정 단계(S110); 상기 지층 중 성토 하중을 받는 연약지반층의 일정부분을 SCP 공법, 기포혼합 경량토 공법, DCM 공법, CGS 공법 등의 개량공법을 통해 연약지반을 개량하는 연약지반개량 설정 단계(S120); 연약지반 개량구간 상에 방파제, 호안, 접안시설 등의 항만구조물 혹은 교대와 같은 구조물을 적용하고, 상기 구조물에 작용하는 하중을 설정하는 구조물 적용 단계(S130); 상기 각 공법에 대해 연약지반층 및 구조물의 거동분석을 위한 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140); 수치해석 결과로부터 개량구간의 침하와 측방유동 및 상기 구조물의 변형거동, 토압분포 등을 비교 분석하는 수치해석결과 분석단계(S150)를 포함하고, 상기 2차원 혹은 3차원 수치해석은, 유한요소해석 모델을 이용하여 기포혼합 경량토공법 적용 시 굴착과 성토, 구조물 시공, 뒤채움, 하중재하 등으로 인한 지반내 과잉간극수압의 발생과 소산, 그리고 이에 따른 압밀현상, 구조물 변형거동 등을 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

기포혼합 경량토의 연약지반처리 및 뒤채움재 수치해석기법 및 이를 수행하는 기록매체{Numerical Analysis method of Light-weight Air Foamed Soils Using Dredged Soils for Ground Treatment and Backfill, and The Recording Medium}

본 발명은 연약지반의 처리 및 구조물 뒤채움 수치해석 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기포처리 경량토의 연약지반처리 및 뒤채움재 수치해석기법 및 이를 수행하는 기록매체에 관한 것이다.

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.

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.

해양준설토를 재활용하는 방법은 여러 가지 측면에서 고려할 수 있으나, 최근 항만과 공항 건설업 중 대심도 연약지반처리 대책으로 주목받고 있는 경량지반재료로 활용하는 방안을 들 수 있다.

외해에 매립이 진전될수록 연약점토층의 층후가 증대되는 경우가 많으며, 이에 따라 압밀침하량이 증가하고 계획고를 유지하기 위해 추가성토 및 매립이 요구된다. 또한 하네다 공항 외해 전개사어의 사례에서 알려진 바와 같이 과거에는 고려하지 않았던 대심도 연약점토층의 압밀침하 문제도 고려하여야 한다. 이러한 문제를 해결하는데 있어 침하와 변형의 원인이 되는 하중 자체를 경감시키는 방안이 유효한 수단이 될 수 있다.

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.

이러한 맥락에서 해양 준설토를 경량지반재료로 재활용하는 방안으로 해양 준설토와 고화재 및 경량화재를 혼합한 경량혼합토(Light-weighted Foam Soils, LWFS)에 대한 연구가 국내외에서 수행된 바 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).

이들 연구에서는 현장발생토를 지반재료로 활용하기 위해 요구되는 기포혼합 경량토의 공학적 특성을 구명하고자 다양한 시험조건에 대한 실내시험을 수행하여 기포혼합 경량토의 물리역학적 특성을 고찰하였다. 시공성 측면에서 유동상태인 기포혼합 경량토의 수중 타설조건에 대한 재료분리와 밀도증가 및 강도감소 등의 문제를 해결하기 위해 수조타설실험을 통한 적정 타설유속 및 혼합토의 유동가 등이 제시되기도 하였다.

한편, 본 발명에서는 기포혼합 경량토(LWFS)를 연약지반개량 및 구조물 뒤채움 재료로 적용 시 잔류침하와 측방유동, 토압 저감효과 등을 검토하기 위한 수치해석 방법 및 기록매체를 제공하고자 한다.

이를 위해 임의의 연약지반 조건에서 연약한 지반을 개량하는 방법으로 기포혼합 경량토(LWFS) 공법과 SCP(Sand compaction pile) 공법, DCM(Deep cement mixing) 공법, 사석치환+CGS(Compaction Grouting System) 공법을 비교하며, 임의의 교대현장 조건에 대해 구조물 뒤채움재로서 기포혼합 경량토(LWFS)와 양질의 토사를 적용하는 경우를 상호 비교하도록 한다.

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). 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). 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). 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). 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). 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). 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).

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연약지반처리공법인 SCP, DCM 등의 공법과 기포혼합 경량토 공법의 상호 비교 및 구조물 뒤채움재로서 양질의 토사를 사용하는 경우와 기포혼합 경량토를 사용하는 경우를 비교하여 기포혼합 경량토의 연약지반개량효과 및 구조물 뒤채움재로서의 적용성 평가를 할 수 있는 수치해석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법은 기반암, 풍화토층, 퇴적층(점토층, 모래층) 및 매립층 등의 지층조건을 설정하는 지반조건 설정 단계(S110); 상기 지층 중 성토 하중을 받는 연약지반층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법, CGS 공법 등의 개량공법을 통해 연약지반을 개량하는 연약지반개량 설정 단계(S120); 연약지반 개량구간 상에 방파제, 호안, 접안시설 등의 항만구조물 혹은 교대와 같은 구조물을 적용하고, 상기 구조물에 작용하는 하중을 설정하는 구조물 적용 단계(S130); 상기 각 공법에 대해 연약지반층 및 구조물의 거동분석을 위한 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140); 수치해석 결과로부터 개량구간의 침하와 측방유동 및 상기 구조물의 변형거동, 토압분포 등을 비교 분석하는 수치해석결과 분석단계(S150)를 포함한다. 또한, 상기 2차원 혹은 3차원 수치해석은 굴착과 성토, 하중재하 등으로 인한 지반내 과잉간극수압의 발생과 소산, 그리고 이에 따른 압밀현상을 효과적으로 모델링할 수 있는 유한요소해석 모델(Abaqus ver. 6.10)을 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)에서는 모델의 이산화를 위해 지하수위 하부에 위치하는 지층 및 개량체에 대하여 응력-간극수압 연계요소를 적용하는 것을 특징으로 한다.

상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)에서는 지반경계에 대한 변위 경계조건과 응력-간극수압 연계해석을 위한 수리 경계조건을 적용시키는 것을 특징으로 한다.

상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)에서는 상기 성토 및 구조물 하중에 의한 과잉간극수압이 점토층 상부의 배수층에서 간극수압이 0이 되도록 소산시키는 것을 특징으로 한다.

상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)에서는 점토층에 대해 Modified Cam-Clay(MCC) 모델을 적용하여 압밀 시 연약지반의 침하특성이 모사될 수 있도록 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 준설토 활용 기포혼합 경량토의 연약지반개량공법 및 구조물 뒤채움공법 수치해석 방법이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법을 통해 연약지반 개량 및 구조물 뒤채움 재료로 경량지반재료를 활용 시 하중을 경감시킴으로써 침하와 측방유동을 감소시키고 토압경감으로 인한 구조물의 안정성 확보 효과를 제시한다는 이점을 갖는다.

즉, 본 발명은 국내외적으로 대규모 신항만건설 사업과 항로 유지 등을 위한 준설공사로 해양 준설토 발생량이 지속적으로 증가하는 현사에 맞춰, 산업시설의 확충과 항만, 택지개발 등과 같은 기반시설의 신설 및 확장사업에 해양 준설토를 매립과 성토재료로서 활용하는 방안에 부합되는 발명일 수 있다.

도 1은 종래에 제시된 재령기간, 시멘트 함유율에 따른 기포혼합 경량토의 응력-변형거동을 나타낸 그래프이다.
도 2는 종래에 제시된 경량혼합토의 압축강도특성을 나타낸 그래프이다.
도 3은 종래에 제시된 기포혼합 경량토의 압축강도-변형계수 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기포혼합 경량토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 방파제 구조물에 연약지반 개량 공법들(LWFS, SCP, DCM)이 적용된 예시도로서, (a)는 경량혼합토공법, (b)는 SCP 공법, (c)는 DCM 공법이 적용된 방파제 구조물을 나타낸다.
도 6은 호안 구조물에 연약지반 개량공법이 적용된 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토 공법, (b)는 사석치환+CGS 공법이 적용된 호안 구조물의 예시도이다.
도 7은 접안시설 구조물에 연약지반개량공법 및 구조물 뒤채움이 적용된 예시도로서, (a)는 경량혼합토공법, (b)는 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 예시도이다.
도 8은 교대 뒤채움에 적용된 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토 공법, (b)는 일반적인 양질의 토사로 뒤채움된 교대 구조물의 예시도이다.
도 9는 연약지반개량 공법이 적용된 방파제의 유한해석모델을 나타낸 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법이 적용된 방파제의 유한해석모델, (b)는 SCP 공법이 적용된 방파제의 유한요소해석모델을 나타낸다.
도 10은 연약지반개량 공법이 적용된 호안 구조물의 유한해석모델을 나타낸 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법, (b)는 사석치환+CGS 공법이 적용된 호안 구조물의 유한요소해석모델을 나타낸다.
도 11은 연약지반개량 공법이 적용된 접안시설의 유한해석모델을 나타낸 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법이 적용된 방파제의 유한해석모델, (b)는 DCM 공법이 적용된 접안시설의 유한요소해석모델을 나타낸다.
도 12는 교대부의 유한해석모델을 나타낸 예시도를 나타낸다.
도 13은 교대부의 유한해석 시 구체적인 시공과정을 나타낸 예시도를 나타낸다.
도 14는 방파제의 연직변위 등고선을 나타낸 예시도로서, (a)는 지반개량 무처리된 방파제의 연직변위 등고선, (b) 기포혼합 경량토공법이 적용된 방파제의 연직변위 등고선, (c)는 SCP 공법이 적용된 방파제의 연직변위 등고선을 나타낸 예시도이다.
도 15의 (a)는 연약지반개량공법들의 압밀침하 상태를 나타낸 그래프이며, (b)는 연약지반개량공법들의 과잉간극수압을 나타낸 그래프이다.
도 16은 연약지반개량공법들의 측방유동 프로파일을 나타낸 예시도이다.
도 17은 기포혼합 경량토의 일축압축강도별 압밀곡선을 나타낸 그래프이다.
도 18은 도 6의 연직변위 등고선을 나타낸 예시도이다.
도 19는 도 6의 수평변위 등고선을 나타낸 예시도이다.
도 20은 도 6의 연직응력 등고선을 나타낸 예시도이다.
도 21은 도 6의 시간이력에 따른 압밀침하 및 과잉간극수압을 나타낸 그래프이다.
도 22는 기포혼합 경량토공법 및 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선을 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토공법(부분치환)이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선, (b)는 기포혼합 경량토법(전구간 치환)이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선, (c)는 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선이다.
도 23은 기포혼합 경량토공법 및 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선을 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토공법(부분치환)이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선, (b)는 기포혼합 경량토공법(전구간 치환)이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선, (c)는 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선이다.
도 24는 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 침하 등고선을 각각 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토뒤채움 시 침하 등고선, (b)는 양질의 토사로 뒤채움 시 침하 등고선이다.
도 25는 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 수평변위 등고선을 각각 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토 뒤채움 시 수평변위 등고선, (b)는 양질의 토사로 뒤채움 시 수평변위 등고선이다.
도 26은 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 배면 지표침하곡선을 나타낸 것으로서, 뒤채움 직후와 하중재하 후 2년 경과시점에서의 지표침하곡선을 각각 나타낸다.
도 27은 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 전면벽체 수평변위를 높이에 따라 나타낸 것으로서, 뒤채움 직후와 하중재하 시 전면벽체 수평변위를 각각 나타낸다.
도 28은 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 배면에 작용하는 토압분포를 나타낸 것으로서, 뒤채움 직후와 하중재하 시 토압을 각각 나타낸다.

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.

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.

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.

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.

본 발명의 준설토 활용촉진을 위한 연약지반개량공법 및 구조물 뒤채움공법 수치해석 방법을 설명하기에 앞서, 기포혼합 경량토의 특징으로 설명하도록 한다.

일반적으로, 기포혼합 경량토 해양 준설토를 비롯한 건설발생토를 원료토로 하여 물(해수)과 시멘트 등의 고화재를 혼합하여 유동화시킨 것에 경량화재를 혼합하여 제작한 6~12kN/m3 정도의 단위중량을 갖는 지반재료를 말한다.

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 특징을 표 1에 기재한 바와 같다.

[표 1]

다음으로, 기포혼합 경량토의 응력-변형거동 특성은 다음과 같다.

기포혼합 경량토의 응력-변형거동은 일반적으로 초기함수비가 증가함에 따라 파괴 시 변형율이 증가하고, 최대압축강도는 감소하며, 반대로 시멘트 함유율이 증가할수록 파괴시 변형율은 감소하고, 최대압축강도는 증가한다. 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 때문이다.

도 1을 참조하면, 윤길림과 유승경(2004)이 수행한 기포혼합 경량토의 일축압축시험 결과 중 일부를 나타낸 것으로서 상기 경량혼합토의 응력-변형거동 특성을 잘 보여주고 있다. 여기서, 도 1(a)는 준설토 초기함수비 150%, 시멘트 함유율 18%에 대한 재령기간에 따른 응력-변형거동을 나타낸 것이며, 도 1(b)는 준설토 초기함수비 150%, 재령기간 28일에 대한 시멘트 함유율 6, 9, 12, 18%의 응력-변형거동 관계이다.

기포혼합 경량토의 압축강도 특성은 다음과 같다.

기포혼합 경량토는 밀도와 시멘트 함유량 및 양생압력이 클수록 압축강도가 크게 발현되며, 준설토의 초기함수비가 높을수록 감소한다. 고화재의 첨가량을 조정하여 일축압축강도를 1,000kPa 정도까지 확보할 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히 해양 준설토를 재활용한다는 측면에서 해저지반개량 등을 위해 기포혼합 경량토를 수중에 타설하는 경우 수압에 의한 강도특성 변화에 주목할 필요가 있다.

윤길림과 유승경(2005)의 시험결과에 의하면 양생압력이 50kPa에서 100kPa까지 증가함에 따라 일축압축강도는 3~14%의 강도 증가율을 보였으며, 삼축압축강도는 18~32%의 강도 증가율을 나타낸다. 이는 공시체의 양생 초기과정에서 양생기간이 완료될 때까지 공시체의 표면에 작용하는 정수압력으로 인해 공시체의 구성요소의 하나인 기포가 압축되어 공시체의 밀도가 증가된 데 따른 것으로 분석하고 있다.

한편, 기포혼합 경량토의 구속압 영향에 따른 압축강도 특성은 연구자별로 서로 상이한 결과를 보여주고 있다. 먼저 일본의 항만기술연구소에서 수행한 실험결과(土田, 1996)에서는 삼축압축시험(UU-test) 결과 전단강도(

)가 일축압축강도의 1/2 정도로 나타난다고 보고하였다. 이는 기포혼합 경량토의 전단강도가 구속압의 영향을 받지 않는다는 결과로서,

인 재료로 취급해야 함을 의미한다.

이와는 반대로 김주철과 이종규(2002), 윤길림과 김병탁(2004)은 삼축압축시험 결과에서 기포혼합 경량토의 압축강도는 구속압 증가에 따라 비례하여 증가한다고 보고하였다. 이는 의기포혼합 경량토 전단강도가

인 재료임을 보여주는 것으로서 일본의 항만기술연구소의 연구결과와는 상이한 결과라 할 수 있다.

구속압 영향에기포혼합 경량토 따른 지반재료의 압축강도 특성은 설계시 고려해야 하는 매우 중요한 요소이므로, 향후 의 해당 특성 규명을 위한 추가적인 실험 및 분석을 요구한다.

기포혼합 경량토의 변형특성은 다음과 같다.

일반적으로, 재료의 응력-변형거동을 나타내는 중요한 해석변수로서 전단강도와 함께 변형계수가 중요한 요소이다. 경량혼합토의 변형계수는 할선탄성계수(

)로 나타내며, 일축 및 삼축압축강도 결과를 이용하여 다음과 같이 추정할 수 있다. 土田(1999)은 일본 내 점토를 이용하여 제작한 경량혼합토에 대해

는 일축압축강도의 100∼200배 정도라고 제시하였으며, 김주철과 이종규(2002)는

를 일축압축강도의 82.85배, 삼축압축강도의 22∼167배 정도로 제시하였다.

윤길림과 김병탁(2004)의 연구에서는 일축압축강도의 18∼120배로, 윤길림과 유승경(2004)의 연구에서는 일축압축강도의 130배, 삼축압축강도의 52배로 제시하였다. 이와 같이 연구자별로기포혼합 경량토 의

가 서로 다르게 평가된 것은 각각의 실험조건별로 고화재 함유율과 기포 함유율이 다르고, 사용한 준설토의 성분이 상이한 데서 원인을 찾을 수 있다. 또한 전반적으로 구속압력이 커지면

의 값이 작아지는 경향을 나타내고도 있다.

다음으로, 기포혼합 경량토의 장기변형 특성 및 투수특성에 대해 설명하도록 한다.

현재까지의 기포혼합 경량토 장기변형 및 투수특성에 관한 연구는 비교적 충분하지 않은 것으로 판단된다. 해당 특성에 대한 연구는 향후 추가적인 실험을 통해 확인이 필요할 것으로 여겨지며, 본 보고서에서는 기 보고된 연구결과에 대해서 정리하였다.

이민아(2013)의 연구에서는 전단크리프 시험 및 장기압축시험을 통한 경량혼합토의 크리프 특성에 대해 다음과 같이 보고한 바 있다. 전단크리프 시험조건은 목표단위중량 10kN/m3, 일축압축강도 500kPa의 기포혼합 경량토 대해 일축압축강도의 50%로 수직응력을 재하한 상태에서 최대전단강도의 70%와 80% 수준에서의 전단응력을 일주일 동안 재하하였다. 일차원 압밀시험을 이용한 장기압축시험 조건은 목표단위중량 10, 11kN/m3, 일축압축강도 240, 500kPa로 제작한 경량혼합토에 대해 항복하중의 0.5배와 1.5배 수준으로 재하하였다.

전단크리프 시험결과 전단변형은 재하초기에 대부분 나타나고 시간경과에 따른 추가 변위는 대단히 작은 수준으로 평가되었다. 장기압축시험 결과는 압축하중이 항복응력의 0.5배인 경우 크리프계수가 0.19∼0.31% 정도로 나타났으며, 항복응력의 1.5배로 압축하중을 재하한 경우 크리프계수는 0.74∼0.80% 정도로 제시되었다. 항복응력 이하의 응력에서 장기변형은 매우 작은 수준임을 알 수 있다.

황중호 등(2009)은 기포혼합 경량토의 투수성에 관한 연구결과를 보고한 바 있다. 대상 기포혼합 경량토의 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 제시되었다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 준설점토 준설토 활용 경량혼합토의 연약지반개량공법 및 구조물 뒤채움재 활용공법에 관한 수치해석 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 종래에 제시된 재령기간, 시멘트 함유율에 따른 경량혼합토의 응력-변형거동을 나타낸 그래프이다.

도 2는 종래에 제시된 기포혼합 경량토의 압축강도특성을 나타낸 그래프이다.

도 3은 종래에 제시된 기포혼합 경량토의 압축강도-변형계수 관계를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 기포처리토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 5는 방파제 구조물에 연약지반 개량 공법들(LWFS, SCP, DCM)이 적용된 예시도로서, (a)는 경량혼합토공법, (b)는 SCP 공법, (c)는 DCM 공법이 적용된 방파제 구조물을 나타낸다.

도 6은 호안 구조물에 연약지반 개량공법이 적용된 예시도로서, (a)는 경량혼합토공법, (b)는 사석치환+CGS 공법이 적용된 호안 구조물의 예시도이다.

도 7은 접안시설 구조물에 연약지반개량공법 및 구조물 뒤채움이 적용된 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법, (b)는 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 예시도이다.

도 8은 교대 뒤채움에 적용된 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법, (b)는 일반적인 양질의 토사로 뒤채움된 교대 구조물의 예시도이다.

도 9는 연약지반개량 공법이 적용된 방파제의 유한해석모델을 나타낸 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법이 적용된 방파제의 유한해석모델, (b)는 SCP 공법이 적용된 방파제의 유한요소해석모델을 나타낸다.

도 10은 연약지반개량 공법이 적용된 호안 구조물의 유한해석모델을 나타낸 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법, (b)는 사석치환+CGS 공법이 적용된 호안 구조물의 유한요소해석모델을 나타낸다.

도 11은 연약지반개량 공법이 적용된 접안시설의 유한해석모델을 나타낸 예시도로서, (a)는 기포혼합 경량토공법이 적용된 방파제의 유한해석모델, (b)는 DCM 공법이 적용된 접안시설의 유한요소해석모델을 나타낸다.

도 12는 교대부의 유한해석모델을 나타낸 예시도를 나타낸다.

도 13은 교대부의 유한해석 시 구체적인 시공과정을 나타낸 예시도이다.

도 14는 방파제의 연직변위 등고선을 나타낸 예시도로서, (a)는 지반개량 무처리된 방파제의 연직변위 등고선, (b) 기포혼합 경량토공법이 적용된 방파제의 연직변위 등고선, (c)는 SCP 공법이 적용된 방파제의 연직변위 등고선을 나타낸다.

도 15의 (a)는 연약지반개량공법들의 압밀침하 상태를 나타낸 그래프이며, (b)는 연약지반개량공법들의 과잉간극수압을 나타낸다.

도 16은 연약지반개량공법들의 측방유동 프로파일을 나타낸다.

도 17은 기포혼합 경량토의 일축압축강도별 압밀곡선을 나타낸 그래프이다.

도 18은 도 6의 연직변위 등고선을 나타낸 예시도이다.

도 19는 도 6의 수평변위 등고선을 나타낸 예시도이다.

도 20은 도 6의 연직응력 등고선을 나타낸 예시도이다.

도 21은 도 6의 시간이력에 따른 압밀침하 및 과잉간극수압을 나타낸 그래프이다.

도 22는 기포혼합 경량토공법 및 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선을 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토 공법(부분치환)이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선, (b)는 기포혼합 경량토공법(전구간 치환)이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선, (c)는 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 연직변위 등고선이다.

도 23은 기포혼합 경량토공법 및 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선을 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토공법(부분치환)이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선, (b)는 기포혼합 경량토 공법(전구간 치환)이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선, (c)는 DCM 공법이 적용된 접안시설 구조물의 수평변위 등고선이다.

도 24는 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 침하 등고선을 각각 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토 뒤채움 시 침하 등고선, (b)는 양질의 토사로 뒤채움 시 침하 등고선이다.

도 25는 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 수평변위 등고선을 각각 나타내며, (a)는 기포혼합 경량토 뒤채움 시 수평변위 등고선, (b)는 양질의 토사로 뒤채움 시 수평변위 등고선이다.

도 26은 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 배면 지표침하곡선을 나타낸 것으로서, 뒤채움 직후와 하중재하 후 2년 경과시점에서의 지표침하곡선을 각각 나타낸다.

도 27은 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 전면벽체 수평변위를 높이에 따라 나타낸 것으로서, 뒤채움 직후와 하중재하 시 전면벽체 수평변위를 각각 나타낸다.

도 28은 교대 뒤채움재로서 기포혼합 경량토와 양질의 토사로 뒤채움한 교대부의 배면에 작용하는 토압분포를 나타낸 것으로서, 뒤채움 직후와 하중재하 시 토압을 각각 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기포처리토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법(S100)은 지층조건을 설정하는 지반조건 설정단계(S110), 연약지반개량 설정단계(S120), 구조물 적용 단계(S130), 2차원 혹은 3차원 수치 해석단계(S140) 및 수치해석결과 분석단계(S150)를 포함한다.

상기 지반조건 설정단계(S110)는 기반암, 풍화토층, 퇴적층(점토층, 모래층) 및 매립층 등의 지층조건을 설정하는 단계일 수 있다.

상기 연약지반개량 설정단계(S120)는 상기 연약지반층 중 상기 성토 및 구조물 하중을 받는 상기 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법, CGS 공법 등을 각각 적용시켜 상기 연약지반층을 개량하는 단계일 수 있다.

상기 구조물 적용 단계(S130)는 상기 연약 점토층의 일정부분을 SCP 공법, 기포혼합 경량토 공법, DCM 공법, CGS 공법 등을 각각 적용시켜 연약지반 개량구간 상에 방파제, 호안, 접안시설 등의 항만구조물 혹은 교대와 같은 구조물을 적용하고, 상기 구조물에 작용하는 하중을 설정하는 구조물 적용 단계일 수 있다.

상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)는 설정된 기간 동안 상기 성토 및 구조물 하중으로 인해 연약지반 개량구간에 발생된 과잉간극수압 발생 및 소산, 그리고 이에 따른 지반 및 구조물의 변형거동을 분석하는 2차원 3차원 수치해석 단계일 수 있다.

상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)에서는 모델의 이산화를 위해 지하수위 하부에 위치하는 지층 및 개량체에 대하여 응력-간극수압 연계요소를 적용하는 것을 특징으로 하며, 지반경계에 대한 변위 경계조건, 응력-간극수압 연계해석을 위한 수리 경계조건을 적용시키는 단계 및 상기 성토 및 구조물 하중에 의한 과잉간극수압이 점토층 상부의 배수층에서 간극수압이 0이 되도록 소산시켜 적용시키는 단계를 포함할 수 있다. 점토층에 대해서는 Modified Cam-Clay(MCC) 모델을 적용하여 압밀 시 연약지반의 침하특성이 모사될 수 있도록 설정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 수치해석결과 분석단계(S150)는 상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)에서 도출된 정보를 이용하여 각 공법이 적용된 연약지반 개량구간 및 구조물의 변형거동, 토압분포 등을 비교 분석하는 단계일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 준설토 활용 기포혼합 경량토의 연약지반개량공법 및 구조물 뒤채움재 활용공법에 관한 수치해석 방법을 적용시킨 실험 예를 설명하도록 한다. 본 실험은 기포혼합 경량토공법의 연약지반개량 효과와 항만구조물 및 교대부 뒤채움재 적용성에 관한 시뮬레이션 실험이다.

먼저, 기포혼합 경량토공법의 연약지반개량 효과와 항만구조물 및 교대부 뒤채움재로서의 적용성을 검토하기 위해 대표적인 현장을 선정하여 수치해석을 통한 분석을 수행하였다. 대상 구조물은 방파제와 호안, 접안시설, 그리고 교대 구조물로 선정하였으며, 국내 설계사례를 토대로 하여 구체적인 현장조건 및 구조물 제원을 고려하였다. 기포혼합 경량토공법의 연약지반개량효과 분석을 위해 대표적인 연약지반개량공법인 SCP, DCM 등의 공법 적용 시 결과와 상호 비교하였으며, 기포혼합 경량토의 교대부 뒤채움재로서의 적용성 검토를 위해 구조물 뒤채움 재료로 가장 일반적으로 사용되는 양질의 토사로 뒤채움한 경우와 상호 비교하였다.

- 실험 예 Ⅰ(연약지반개량 효과분석) -

1. 환경조건

현장조건은 비배수 전단강도가 50kPa 이내인 두께 10m 내외의 연약점토층 상부에 방파제와 호안, 접안시설 등이 시공되는 경우로 고려하였다.

도 5 ~ 도 7은 본 실험에서 고려한 구체적인 검토단면을 나타낸다. 방파제와 호안의 경우 연약지반개량을 목적으로 기포혼합 경량토공법을 적용하는 조건이며, 접안시설은 연약지반개량 및 구조물 뒤채움용으로 활용하는 조건에 해당한다.

2. 수치해석 모델링

연약지반위의 성토 및 재하에 관한 해석에서는 상재하중으로 인한 연약지반 내 과잉간극수압의 발생 및 소산, 그리고 이에 따른 압밀현상 등이 해석모델에서 현실적으로 다루어져야 한다.

따라서, 본 발명의 실험에서는 이를 위해 응력-간극수압이 연계되는 해석모델링을 도입하였으며, 지반-지하수 상호작용 및 시공과정에 대한 모델링이 효율적으로 수행될 수 있는 범용 유한요소해석 프로그램인 Abaqus ver. 6.10을 사용하였다.

또한, 실제 현장에서 이루어지는 시공과정에 대한 상세한 모델링이 해석과정에 반영되도록 해석단계에 초기 지중응력(간극수압 포함) 해석 준설(굴착) 및 치환 단계별 성토 및 구조물 축조 과잉간극수압 소산 등이 순차적으로 이루어지도록 고려하였다.

해석에 적용한 유한요소모델 중 일부를 도 9과 도 10, 그리고 도 912에 각각 나타내었으며, 표 2에서는 해석에 적용한 지반 및 재료에 대한 물성을 정리하였다.

[표 2]

3. 해석결과 및 분석

도 14 및 도 17을 참조하면, 본 실험의 대상으로 한 방파제 단면에 대해 기포혼합 경량토를 연약지반개량 목적으로 활용하는 경우, 최대 침하는 지반개량 무처리 시의 1/6 ~ 1/7 수준이며, 히빙 발생량은 1/10 수준으로 나타났다.

여기서, 침하와 히빙 및 제체 하단부 측방유동 등 전반에 걸쳐 SCP 공법을 적용하는 수준 이상의 안전성을 확보하는 것으로 예상되었다. 특히 성토지반 하부의 수평변위가 현저하게 감소하는 것으로 나타나 제체 하단부 단면의 측방유동 억제효과가 큰 것으로 검토되었다.

기포혼합 경량토의 일축압축강도 변화에 따른 지반개량효과를 비교한 결과, 일축압축강도 증가시 기초지반의 강성증가로 침하량이 감소하는 것을 확인하였으며, 이에 따라 기포혼합 경량토의 목표성능을 고려하여 침하관리가 가능할 것으로 판단되었다.

도 18 내지 도 21을 참조하면, 호안 구조물 연약지반개량 적용 시 호안 구조물의 기초지반 연약지반처리를 위해 기포혼합 경량토공법 적용 시 사석치환+CGS 공법을 적용한 결과와 비교해 볼 때 제체 중심에서 23% 정도의 침하감소 효과를 기대할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 경량혼합토가 가진 경량성으로 굴착치환시 과잉간극수압 발생의 원인이 되는 상재하중이 경감되기 때문이다.

또한, 도 21에서 나타낸 것처럼 개량구간 하부의 연약점토층에서 발생되는 과잉간극수압이 비교대상 공법의 1/2.5 ~1/3 수준이어서 과잉간극수압 소산에 따른 압밀침하량이 감소하며, 압밀 완료시기도 현저히 단축된다.

상기 결과를 경제성과 시공성 측면에서 고려해 볼 때 기포혼합 경량토공법을 적용하는 경우, CGS 공법을 적용하지 않더라도 그 이상의 안전성을 확보하게 되므로 공사비 절감은 물론 시공성까지도 크게 향상될 수 있음을 도출할 수 있다.

이는 현장에서 발생된 준설토를 즉시 건설재료로 재활용한다는 환경적 측면에서의 장점과 아울러 경제성과 시공성을 모두 확보할 수 있는 조건에 해당되므로 향후 적용성이 큰 구조물로 평가되었다.

다음으로, 도 22 및 도 23을 참조하면, DCM 공법은 접안시설이 축조되는 구간 내 연약점토와 느슨한 모래층을 전부 치환하는 조건이며, 기포혼합 경량토공법은 연약점토층 구간을 전부 혹은 부분 굴착치환하는 조건과 구조물 뒤채움재료로 활용한 조건이다.

기포혼합 경량토공법을 적용하는 경우 기초 저면의 침하량은 DCM 공법 적용시 결과에 비하여 2~5배 가량 증가하며, 기초저면 블록의 수평변위(활동)는 반대로 0.5배 정도로 감소하는 것으로 예상되었다.

DCM 공법과 비교시 침하량이 다소 크게 평가된 것은 치환재료로 자체의 강성차이 때문인 것으로 이해할 수 있으며, 이 정도 수준의 침하량은 설계상 허용가능한 범위이므로 기포혼합 경량토공법의 적용성은 충분한 것으로 판단되었다. 또한, 기초저면 블록의 활동이 DCM 공법 적용시 결과에 비하여 작게 평가된 것을 통해 구조물 뒤채움 재료로서의 경량혼합토의 적용성을 확인하였다.

- 실험 예 Ⅱ(구조물 뒤채움 적용 시 효과분석) -

1. 환경조건

현장조건은 내부마찰각이 30° 정도인 모래지반과 비배수 전단강도가 40kPa인 점토층이 각각 7m와 9m 정도의 층후로 형성되어 있고, 그 하부에 풍화암과 견고한 연암으로 형성된 지층조건에 교대 구조물이 시공되는 경우를 대상으로 하였다.

도 8은 본 실험에서 고려한 구체적인 검토단면을 나타내며, 경량혼합토는 교대 구조물 뒤채움재로 적용되는 조건에 해당한다.

2. 수치해석 모델링

본 발명의 실험에서는 실험 예과 같이 응력-간극수압이 연계되는 해석모델링을 적용하고 Abaqus ver. 6.10을 사용하였다.

시공과정에 대한 모델링은 초기 지중응력(간극수압 포함) 해석 → 교대부 배면 준설토 성토 → 굴착 및 기초파일, 교대구조물 시공 → 단계별 교대 뒤채움 및 노체 기층시공 → 하중재하 등이 순차적으로 이루어지도록 고려하였다.

해석에 적용한 유한요소모델을 도 11에 나타내었으며, 도 13은 구체적인 시공과정을 나타낸 그림이다. 표 3에서는 해석에 적용한 지반 및 재료에 대한 물성을 정리하였다.

[표 3]

3. 해석결과 및 분석

도 24 및 도 26을 참조하면, 경량혼합토를 교대 구조물 뒤채움 목적으로 활용하는 경우, 배면 발생침하는 양질의 토사를 사용하는 경우와 비교 시 1/2 ~ 2/3 수준이며, 최대 각변위는 1/2 이하 수준으로 감소하는 것으로 나타났다.

도 25 및 도 27을 참조하면, 교대 전면 구조체의 수평변위 역시 양질의 토사로 뒤채움한 경우와 비교하여 1/2 이하 수준으로 감소하는 것으로 나타났다. 이는 도 28의 교대 구조물 배면에 발생하는 토압분포도에서 나타난 바와 같이, 기포혼합 경량토를 적용하는 경우 전면벽체 배면에 작용하는 토압이 양질의 토사로 뒤채움한 경우에 비하여 1/2 이하로 발생되기 때문이다.

상기 수치실험 결과는 기포혼합 경량토를 교대 구조물 뒤채움재로 활용 시 양질의 토사로 뒤채움하는 기존의 공법과 비교하여 교대 구조물 배면의 침하감소 효과 및 토압감소를 기대할 수 있음을 보여준다.

본 발명에서 제시하는 기포처리토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

S100: 기포처리토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법
S110: 지반조건 설정단계
S120: 연약지반개량 설정단계
S130: 구조물 적용 단계
S140: 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계
S150: 수치해석결과 분석단계

Claims (5)

1. 기반암, 풍화토층, 퇴적층(점토층, 모래층) 및 매립층 등의 지층조건을 설정하는 지반조건 설정 단계(S110);
   상기 지층 중 성토 하중을 받는 연약지반층의 일정부분을 SCP 공법, 경량혼합토 공법, DCM 공법, CGS 공법 등의 개량공법을 통해 연약지반을 개량하는 연약지반개량 설정 단계(S120);
   연약지반 개량구간 상에 방파제, 호안, 접안시설 중 어느 하나의 항만구조물 또는 교대와 같은 구조물을 적용하고, 상기 구조물에 작용하는 하중을 설정하는 구조물 적용 단계(S130);
   상기 각 공법에 대해 연약지반층 및 구조물의 거동분석을 위한 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140); 및
   수치해석 결과로부터 개량구간의 침하와 측방유동 및 상기 구조물의 변형거동, 토압분포 등을 비교 분석하는 수치해석결과 분석단계(S150)를 포함하고,
   상기 2차원 혹은 3차원 수치 해석은,
   유한요소해석 모델(Abaqus ver. 6.10)을 이용하여 기포혼합 경량토공법 적용 시 굴착과 성토, 구조물 시공, 뒤채움, 하중재하 중 적어도 하나로 인하여 지반내 과잉간극수압의 발생과 소산, 그리고 이에 따른 압밀현상, 구조물 변형거동 중 적어도 하나 이상을 구현하며,
   상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)에서는 지반경계에 대한 변위 경계조건과 응력-간극수압 연계해석을 위한 수리 경계조건을 적용시키는 단계와, 상기 성토 및 구조물 하중에 의한 과잉간극수압이 점토층 상부의 배수층에서 간극수압이 0이 되도록 소산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포혼합 경량토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 2차원 혹은 3차원 수치해석 단계(S140)는,
   점토층에 대해 Modified Cam-Clay(MCC) 모델을 적용하여 압밀 시 연약지반의 침하특성이 모사될 수 있도록 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포처리토의 연약지반개량 및 뒤채움재 수치해석기법.
   
5. 삭제

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