KR102566540B1

KR102566540B1 - 지반 개량재, 지반 개량재 제조 방법 및 지반 개량 공법

Info

Publication number: KR102566540B1
Application number: KR1020220146441A
Authority: KR
Inventors: 김갑부
Original assignee: 주식회사 부시똘; 주식회사 사이똘; 김갑부
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2023-08-16

Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되도록, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 최대 입경을 D_max, 최소 입경을 D_min이라 할 때, D_max에서 D₁까지 입경을 갖는 제1 입자 그룹, D₁에서 D₁보다 작은 D₂까지 입경을 갖는 제2 입자 그룹, D₂에서 D_min까지 입경을 갖는 제3 입자 그룹을 포함하도록 제조되는 토사를 포함하는, 지반 개량재가 제공된다.

Description

지반 개량재, 지반 개량재 제조 방법 및 지반 개량 공법{Material for improving ground, manufacturing method of material for improving ground and construction method for improving ground}

본 발명은 지반 개량재, 지반 개량재 제조 방법 및 지반 개량 공법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 토사의 입경 분포를 조절하여 토사의 입자들이 복합 중심 단면체를 형성할 확률을 높여 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진시킬 수 있는 지반 개량재, 지반 개량재 제조 방법 및 지반 개량 공법에 관한 것이다.

도로, 교량, 건물 등의 구조물을 지반 상에 축조하는 경우, 구조물의 기초지반으로서 충분한 지지력을 가지고 있어야 한다. 충분한 지지력을 가지고 있지 않은 연약 지반의 경우에는 이를 개량하여야 하는데, 개량 공법으로 양질의 토사로 연약 지반을 치환하는 공법이 있다.

그리고, 제방, 도로 건설이나 건물 등의 지반고를 맞추기 위해 성토 공사를 수행하는 경우에도 양질의 토사를 성토하여 성토체를 형성하게 된다.

이와 같이, 연약 지반을 치환하는 공법이나 성토 공사에는 양질의 토사를 성토하게 되는데, 성토에 사용되는 토사를 구성하는 입자의 입경 분포에 따라 성토체의 강도가 달라지게 된다.

따라서, 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진하기 위하여 토사의 입경 분포를 조절할 필요가 있다.

이와 관련하여, 본 발명자는 대한민국 등록특허공보 제10-1426496호를 통해 큰 입자가 정사면체 배열을 이루고 그 사이에 작은 입자가 배치되는 확률을 높여 입자 간의 접촉력이 증진되도록 토사의 입경 분포를 조절함으로써 지반 강도를 개선시킬 수 있는 지반 개량재를 개발한 바 있다.

이와 같이, 정다면체의 각 꼭지점에 큰 입자를 위치시켜 서로 접하게 하고, 정다면체의 중심부에 작은 입자를 위치시키되 큰 입자와 접하게 하여 모든 입자가 서로 접촉하게 구성한 다면체를 '체중심 다면체(body centered polyhedron)'라고 정의한다. 지반 개량재를 구성하는 토사의 입경을 조절하여 혼합함으로써 토사의 입자들이 체중심 다면체를 형성할 확률을 높임으로써 접촉력을 증가시켜 지반 강도를 증진시킬 수 있다.

그런데, 정다면체의 한 면의 꼭지점에 위치하는 입자를 공유하면서 체중심 다면체가 반복적으로 형성되는 경우, 공유하는 면의 중심부에 빈 공간이 발생하게 되는데 이러한 빈 공간에 또 다른 입자를 채워 지반 개량재의 접촉을 보강할 필요가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1426496호(2014.08.06 공고)

본 발명은 토사의 입경 분포를 조절하여 토사의 입자들이 복합 중심 단면체를 형성할 확률을 높여 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진시킬 수 있는 지반 개량재, 지반 개량재 제조 방법 및 지반 개량 공법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되도록, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 최대 입경을 D_max, 최소 입경을 D_min이라 할 때, D_max에서 D₁까지 입경을 갖는 제1 입자 그룹, D₁에서 D₁보다 작은 D₂까지 입경을 갖는 제2 입자 그룹, D₂에서 D_min까지 입경을 갖는 제3 입자 그룹을 포함하도록 제조되는 토사를 포함하되,

상기 D₁, D₂는 다음 [식]으로 산출되고,

[식]

여기서,

상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D₁ 입경의 누적통과율 P₁은,

단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의수준 10%가 적용된 상기 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위이고,

상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D₂ 입경의 누적통과율 P₂는, 상기 단위 복합중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준 10%를 적용한 범위인, 지반 개량재가 제공된다.

상기 D_min은 다음의 [식]에 의해 결정될 수 있다.

[식]

상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정사면체인 경우, 상기 m₁ = 4.45이고, 상기 m₂ = 1.452이며, 상기 P₁은 1.951 ~ 1.729이며, 상기 P₂는 0.8 ~ 0.654일 수 있다.

상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정육면체인 경우, 상기 m₁ = 1.366이고, 상기 m₂ = 1.775이며, 상기 P₁은 40.416 ~ 35.474이며, 상기 P₂는 14.556 ~ 11.909일 수 있다.

상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정팔면체인 경우, 상기 m₁ = 2.414이고, 상기 m₂ = 2.681이며, 상기 P₁은 8.588 ~ 7.276이며, 상기 P₂는 1.499 ~ 1.226일 수 있다.

상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정십이면체인 경우, 상기 m₁ = 1.802이고, 상기 m₂ = 1.426이며, 상기 P₁은 35.516 ~ 33.276이며, 상기 P₂는 25.507 ~ 20.870일 수 있다.

상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정이십면체인 경우, 상기 m₁ = 1.108이고, 상기 m₂ = 5.831이며, 상기 P₁은 47.681 ~ 39.393이며, 상기 P₂는 2.299 ~ 1.881일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되는 지반 개량재를 제조하는 방법으로서, 제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 상기 복합 중심 다면체의 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정하는 단계와; 상기 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)과 제3 토사의 평균 입경(D_3,50)의 입경비가 상기 복합 중심 다면체의 중간 입자와 작은 입자의 입경비(m₂)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제3 토사를 선정하는 단계와; 상기 제1 토사, 상기 제2 토사 및 상기 제3 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하는 단계와; 상기 입경 가적 곡선 상에서 D1 입경의 누적통과율 P1이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D2 입경의 누적통과율 P2가 상기 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계와; 상기 범위를 만족하는 경우 상기 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함하는, 지반 개량재 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되는 지반 개량재를 제조하는 방법으로서, 제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 상기 복합 중심 다면체의 큰 입자와 작은 입자의 입경비(m_t)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정하는 단계와; 상기 제1 토사와 상기 제2 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하는 단계와; 상기 입경 가적 곡선 상에서 D₁입경의 누적통과율 P₁이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D₂ 입경의 누적통과율 P₂가 상기 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계와; 상기 범위를 만족하는 경우 상기 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함하는, 지반 개량재 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 방법에 따라 제조된 지반 개량재를 개량 대상 지반에 다지면서 포설하는 단계를 포함하는, 지반 개량 공법이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 토사의 입경 분포를 조절하여 토사의 입자들이 복합 중심 단면체를 형성할 확률을 높여 치환 공법이나 성토에 의해 형성되는 성토체의 강도를 증진시킬 수 있다.

도 1은 정다면체와 그 내부에 배치되는 쌍대 다면체를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 체중심 육면체와 복합 중심 육면체를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 단위 복합 중심 육면체를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 복합 중심 육면체의 꼭지점 입자와 체중심 입자와 관계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 복합 중심 육면체의 꼭지점 입자와 면중심 입자와 관계를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입경 가적 곡선의 입경 결정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입경 가적 곡선의 누적통과율 결정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입경 가적 곡선을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법의 순서도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법의 순서도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 지반 개량재, 지반 개량재 제조 방법 및 지반 개량 공법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 정다면체와 그 내부에 배치되는 쌍대 다면체를 도시한 도면이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 체중심 육면체와 복합 중심 육면체를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 단위 복합 중심 육면체를 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 복합 중심 육면체의 꼭지점 입자와 체중심 입자와 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 복합 중심 육면체의 꼭지점 입자와 면중심 입자와 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5에는, 정사면체(12), 쌍대 정사면체(14), 정육면체(16), 쌍대 정팔면체(18), 정팔면체(20), 쌍대 정육면체(22), 정십이면체(24), 쌍대 정이십면체(26), 정이십면체(28), 쌍대 정십이면체(30), 체중심 육면체(31), 꼭지점 입자(32), 체중심 입자(34), 복합 중심 육면체(35), 면중심 입자(36), 단위 복합 중심 육면체(37)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 지반 개량재는, 복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되도록, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 최대 입경을 D_max, 최소 입경을 D_min이라 할 때, D_max에서 D₁까지 입경을 갖는 제1 입자 그룹, D₁에서 D₁보다 작은 D₂까지 입경을 갖는 제2 입자 그룹, D₂에서 D_min까지 입경을 갖는 제3 입자 그룹을 포함하도록 제조되는 토사를 포함하되, D₁, D₂는 다음 식으로 산출되고,

[식]

여기서,

입경 가적 곡선 상에서 D₁ 입경의 누적통과율 P₁은, 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의수준 10%가 적용된 상기 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위이고, 입경 가적 곡선 상에서 D₂ 입경의 누적통과율 P₂는, 단위 복합중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준 10%를 적용한 범위이다.

연약 지반을 치환하는 공법이나 성토 공사에는 토사로 이루어진 지반 개량재가 사용될 수 있다. 여기서, 지반 개량재의 의미는 강도가 증진된 토사를 포함하는 개념이며, 구조물의 기초재, 연약 지반의 치환재, 성토 공사의 성토재, 되메움재 등 지반의 강도를 증진하기 위해 사용되는 토사를 의미한다.

토사를 성토하여 형성되는 성토체의 강도를 결정짓는 것은 토사를 매우 밀실하게 다져주는 것이며, 다짐이 잘 될수록 강도가 증진되고 단위중량도 높아진다.

토사를 다짐하여 형성되는 성토체 강도의 주요 요소는 토사를 구성하는 입자끼리의 마찰(미끌림) 저항과 입자끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항으로 구성될 수 있다.

지반 강도를 개선하기 위해서는 지반 개량재를 구성하는 입자 간의 마찰력을 높아야 하고, 이러한 마찰력을 높이기 위해서는 입자 간의 실질적인 유효한 접촉이 많아야 한다.

본 발명을 도출하는데 있어 토사를 구성하는 입자가 구(求) 형태라고 가정하고, 이러한 구 형태의 입자의 안정적인 배열로부터 지반 강도를 개선시킬 수 있는 실제 지반 개량재를 구성하는 토사의 입도 분포를 제시하고자 한다.

도 1에는 정사면체(12), 정육면체(16), 정팔면체(20), 정십이면체(24), 정이십면체(28) 5가지의 정다면체가 도시되고, 각 정다면체 내부에는 해당 정다면체와 대응하는 쌍대 다면체가 도시되어 있다.

토사를 구성하는 입자들이 구(求) 형태라고 가정할 때, 이상적으로 동일한 크기의 구 형태의 입자들이 서로 접촉하면서 정다면체 배열을 이루고 정다면체 배열의 입자 사이에 다른 입자가 접촉되면서 배치되는 경우 입자 간의 마찰력이 극대화될 수 있을 것이다.

즉, 가상의 정다면체의 각 꼭지점에 '꼭지점 입자(32)'가 서로 접촉하면서 위치하여 정다면체 배열을 이루고, 정다면체의 중심에 '체중심 입자(34)'가 꼭지점 입자(32)와 접촉하면서 중심에 위치하며, 정다면체의 각 면의 중심에 '면중심 입자(36)'가 꼭지점 입자(32)와 접촉하면서 위치하는 경우, 입자끼리 접촉이 증대되어 마찰(미끌림) 저항과 입자끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항이 극대화될 수 있다.

위에서, 꼭지점 입자(32)로 이루어진 정다면체 배열의 중심에 체중심 입자(34)를 배치시킨 형태의 다면체를 '체중심 다면체(body centered polyhedron)'로 정의하고, 꼭지점 입자(32)로 이루어진 정다면체 배열의 각 면의 중심에 면중심 입자(36)를 배치시킨 형태의 다면체를 '면중심 다면체(face centered polyhedron)'로 정의할 수 있는데, 이러한 체중심 다면체와 면중심 다면체를 결합한 형태를 '복합 중심 다면체(combined centered polyhedron)'로 정의할 수 있다.

토사를 구성하는 입자들이 구(求) 형태라고 가정할 때, 토사의 입자들로 복합 중심 다면체로 반복적으로 배열될 때 입자끼리의 마찰(미끌림) 저항과 입자끼리의 맞물림에 의한 인터로킹 저항을 극대화할 수 있을 것이다.

도 1을 참고하면, 면중심 다면체의 경우 정다면체의 각 꼭지점에 꼭지점 입자(32)가 배치되고, 해당 정다면체 내부의 쌍대 다면체의 각 꼭지점에 면중심 입자(36)가 배열된 형태이다.

쌍대 다면체는 하나의 다면체에 대하여 각 면의 중심을 꼭지점으로 하는 새로운 다면체를 원래의 다면체의 쌍대 다면체라고 한다. 정다면체의 쌍대 다면체는 아래의 [표 1]와 같다.

정다면체	쌍대 다면체
정사면체(12)	정사면체
정육면체(16)	정팔면체
정팔면체(20)	정육면체
정십이면체(24)	정이십면체
정이십면체(28)	정십이면체

본 실시예를 설명함에 있어, 정다면체를 중심으로 지반 개량재의 입경 가적 곡선 결정의 일반적 이론을 기술하고, 정다면체 중 하나의 정다면체(예를 들면, 정육면체(16))를 선택하여 선택된 정다면체를 중심으로 지반 개량재의 입경 가적 곡선의 결정 방법을 기술하고자 한다.

본 실시예에서는 정다면체 중 정육면체(16)를 중심으로 지반 개량재의 입경 가적 곡선의 결정 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 1의 (b)에는 정다면체 중 정육면체(16)와 그 내부에 배치되는 쌍대 다면체가 도시되어 있고, 도 2에는 정육면체(16)를 기반으로 한 체중심 육면체(31)와 복합 중심 육면체(35)가 도시되어 있다.

도 2의 (a)를 참조하면, 체중심 육면체(31)는, 각 꼭지점에 꼭지점 입자(32)가 서로 접촉되도록 배치된 정육면체(16) 배열의 중심에 꼭지점 입자(32)와 서로 접촉하는 체중심 입자(34)가 배치된 형태이다.

그런데, 정육면체(16)의 한 면의 꼭지점 입자(32)를 공유하면서 체중심 육면체(31)가 반복적으로 형성되는 경우, 공유하는 면의 중심부에 빈 공간이 발생하게 된다.

이에 따라, 체중심 육면체(31)에서 정육면체(16)와 쌍대를 이루는 쌍대 다면체의 각 꼭지점에 꼭지점 입자(32)와 서로 접촉하는 면중심 입자(36)를 배치하여 복합 중심 육면체(35)를 형성함으로써, 복합 중심 육면체(35)가 한 면을 공유하면서 반복적으로 형성하는 경우 서로 접촉하는 입자들로 빈 공간을 메울 수 있다.

상술한 복합 중심 육면체(35) 이외에도 나머지 정사면체(12), 정십이면체(24), 정이십면체(28)에 대해서도 동일하게 복합 중심 사면체, 복합 중심 십이면체, 복합 중심 이십면체를 구성할 수 있다.

위에서는 이상적인 구(求) 형태의 입자에 대한 복합 중심 다면체를 제시하고 있으나 실제 토사는 완전한 구 형태가 아닌 다양한 형태의 입경을 갖는 입자들의 집합체이므로, 지반 개량재를 구성하는 실제 입자들을 구 형태라 가정하고 위에서 제시한 복합 중심 다면체와 같은 입자 배열을 형성할 확률을 높일 수 있도록 토사의 입경 분포를 조절할 필요가 있다.

이하에서는, 정육면체(16) 기반의 복합 중심 육면체(35)를 중심으로 지반 강도를 개선시킬 수 있는 실제 지반 개량재를 구성하는 토사의 입도 분포를 결정하는 방법을 설명한다. 나머지 정사면체(12), 정십이면체(24), 정이십면체(28)에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.

입도 분포를 결정하는 방법을 설명하기에 앞서 복합 중심 다면체에서의 m₁과 m_t, m₂를 정의하면 다음의 [식 1], [식 2] 및 [식 3]과 같다.

[식 1]

[식 2]

[식 3]

위의 [식 1], [식 2] 및 [식 3]에서, '복합 중심 다면체의 큰 입자'는 복합 중심 다면체를 구성하는 꼭지점 입자(32), 체중심 입자(34), 면중심 입자(36) 중 '가장 큰 입경'을 갖는 입자를 의미하고, '복합 중심 다면체의 중간 입자'는 꼭지점 입자(32), 체중심 입자(34), 면중심 입자(36) 중 '중간 크기 입경'을 갖는 입자를 의미하며, '복합 중심 다면체의 작은 입자'는 꼭지점 입자(32), 체중심 입자(34), 면중심 입자(36) 중 '가장 작은 크기 입경'을 갖는 입자를 의미한다.

위의 m₁, m_t, m₂는 복합 중심 사면체, 복합 중심 육면체, 복합 중심 팔면체, 복합 중심 십이면체, 복합 중심 이십면체의 기하학적 해석에 의해 도출될 수 있다. 이에 대해서는 아래의 [표 2]에 기재되어 있다.

기하학적 해석에 따르면, 복합 중심 사면체, 복합 중심 육면체(35), 복합 중심 팔면체, 복합 중심 이십면체는 꼭지점 입자의 입경(D_v) > 체중심 입자의 입경(D_c) > 면중심 입자의 입경(D_f) 순으로 큰 입자, 중간 입자, 작은 입자가 결정되나, 복합 중심 십이면체는 체중심 입자의 입경(D_c)> 꼭지점 입자의 입경(D_v) > 면중심 입자의 입경(D_f) 순서로서 체중심 입자가 큰 입자로 결정된다.

도 4는 복합 중심 육면체(35)의 꼭지점 입자(32)와 체중심 입자(34)와 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 복합 중심 육면체(35)의 꼭지점 입자(32)와 면중심 입자(36)와 관계를 설명하기 위한 도면으로서, 도 4와 도 5를 통해 복합 중심 육면체(35)의 m₁, m_t, m₂를 산출하는 방법을 살펴본다.

먼저, 도 4를 참조하면, 복합 중심 육면체(35)의 꼭지점 입자(32)의 입경을 D_v, 체중심 입자(34)의 입경을 D_c라 할 때, 가상의 정육면체(16)의 대각 방향에 위치하는 두 개의 꼭지점 입자(32)와 체중심 입자(34)의 중심은 정육면체(16)의 대각선에 놓이게 된다.

따라서, 정육면체(16)의 대각 방향에 위치하는 두 개의 꼭지점 입자(32)의 중심을 연결하는 선분 AB는 다음과 같고,

위 식으로부터 두 개의 꼭지점 입자(32) 사이에 놓이는 체중심 입자(34)의 D_c는 다음과 같다.

따라서, 복합 중심 육면체(35)의 꼭지점 입자(32)의 입경 D_v와 체중심 입자(34)의 입경 D_c의 입경비 m₁는 다음과 같다.

한편, 도 5를 참조하면, 복합 중심 육면체(35)의 꼭지점 입자(32)의 입경을 D_v, 면중심 입자(36)의 입경을 D_f라 할 때, 정육면체(16)의 한 면의 대각 방향에 위치하는 두 개의 꼭지점 입자(32)와 면중심 입자(36)의 중심은 한 면의 대각선 상에 놓이게 된다.

따라서, 정육면체(16)의 한 면의 대각 방향에 위치하는 두 개의 꼭지점 입자(32)의 중심을 연결하는 선분 CD는 다음과 같고,

두 개의 꼭지점 입자(32) 사이에 놓이는 면중심 입자(36)의 D_f는 다음과 같다.

위 값을 대입하면 복합 중심 육면체(35)의 꼭지점 입자(32)의 입경 D_v와 면중심 입자(36)의 입경 D_f의 입경비 m_t는 다음과 같으며,

상기 m₁과 m_t를 이용하여, 복합 중심 육면체(35)의 체중심 입자(34)의 입경 D_c와 면중심 입자(36)의 입경 D_f의 입경비 m₂는 다음과 같이 계산할 수 있다.

복합 중심 육면체(35)의 입자 간의 입경비인 m₁, m₂에 따르면, 입자의 크기의 순서대로 배열하면 다음과 같음을 알 수 있다.

이상적으로 저항력이 증진된 토사를 얻기 위해서는 위에 따라 결정된 입경비 m₁, m₂를 갖도록 토사를 구성하는 것이 좋다. 그러나, 실제 토사의 입자는 완전한 구(求)가 아닐 수 있으며, 토사는 다양한 입경을 갖는 입자들의 집합체이기 때문에 위와 같이 이상적인 토사를 구성하는 것이 어렵다. 다만, 토사의 입자가 구 형태라고 가정할 때 위와 같이 복합 중심 다면체(본 실시예에서는 복합 중심 육면체(35))를 형성하는 확률을 높일 수 있도록 토사의 입경을 조절하는 것이다.

도 6은 본 실시예에 따른 지반 개량재의 입경 가적 곡선의 입경 결정 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 지반 개량재의 입경 가적 곡선의 누적통과율 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 및 도 7에는 한 면의 꼭지점 입자를 공유하면서 반복적으로 복합 중심 다면체를 형성하는 확률을 높이기 위한 토사의 입적 가적 곡선이 도시되어 있다.

도 6 및 도 7에 있어서, 제1 입자 그룹은 복합 중심 다면체를 구성하는 입자 중 '큰 입자'에 대응되는 입자들로서 최대 입경 D_max에서 D₁까지의 큰 입자 그룹이고, 제2 입자 그룹은 복합 중심 다면체를 구성하는 입자 중 '중간 입자'에 대응되는 입자들로서 D₁에서 D₂까지의 중간 입자 그룹이며, 제3 입자 그룹은 복합 중심 다면체를 구성하는 입자 중 '작은 입자'에 대응되는 입자들로서 D₂에서 D_min까지의 작은 입자 그룹을 의미한다.

상술한 바에 따르면, 복합 중심 육면체(35)가 반복적으로 형성되는 경우, 제1 입자 그룹은 복합 중심 육면체(35)들의 꼭지점 입자(32)를 형성하는 입자들의 그룹이며, 제2 입자 그룹은 복합 중심 육면체(35)들의 체중심 입자(34)를 형성하는 입자들의 그룹이며, 제3 입자 그룹은 복합 중심 육면체(35)들의 면중심 입자(36)를 형성하는 입자들의 그룹이다.

도 6의 입경 가적 곡선을 참고하면, 반복적인 복합 중심 다면체를 형성할 접촉빈도가 높은 이상적인 입경비는 다음의 [식 4] 및 [식 5]와 같이 설정될 수 있다.

[식 4]

[식 5]

[식 4]에 의하면, D_max에서 D₁까지 큰 입경을 갖는 제1 입자 그룹의 평균 입경(AVG(D_l))과 D₁에서 D₁보다 작은 D₂까지 중간 입경을 갖는 제2 입자 그룹의 평균 입경(AVG(D_mid))의 입경비가 상기의 복합 중심 다면체의 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)와 같다고 설정하고,

[식 5]에 의하면, D₁에서 D₁보다 작은 D₂까지 중간 입경(D_mid)을 갖는 제2 입자 그룹의 평균 입경(AVG(D_mid))와 D₂에서 D_min까지 작은 입경(D_s)을 갖는 제3 입자 그룹의 평균 입경(AVG(D_s))의 입경비가 상기의 복합 중심 다면체의 중간 입자와 작은 입자의 입경비(m₂)와 같다고 설정하면, 반복적으로 복합 중심 다면체를 형성할 수 있는 확률을 높이기 위한 토사의 입경을 결정할 수 있을 것이다.

한편, 도 6를 참고하면, 입경 가적 곡선 상에서 입경은 log scale로 표시되므로, 다음의 [식 6], [식 7]이 성립되고,

[식 6]

[식 7]

위 [식 6], [식 7]를 정리하면, 다음의 [식 8], [식 9]가 도출된다.

[식 8]

[식 9]

위 [식 8], [식 9]에 의해 결정되는 D₁은 입경 가적 곡선 상에서 큰 입경을 갖는 제1 입자 그룹의 최소 직경이 되고, D₂는 제2 입자 그룹의 최소 직경이 되며, D₂ 이하의 직경이 제3 입자 그룹을 형성하게 된다.

제3 입자 그룹의 최소 직경인 D_min은 D₂/m₂이며, D₂/m₂ 미만의 입자들은 맞물리지 못하여 접촉빈도를 높이는데 기여를 할 수 없다.

따라서, 제3 입자 그룹의 최소 직경 D_min은 다음의 [식 10]과 같다.

[식 10]

이상의 방법에 따라, 지반 개량재를 형성하는 토사의 D_max가 결정되면 입경 가적 곡선의 입경을 구성하는 D₁, D₂, D_min을 결정할 수 있다.

이하에서는 위에서 산출된 D₁입경, D₂ 입경에 대해 입경 가적 곡선 상의 누적통과율 P₁, P₂을 결정하는 방법을 살펴본다.

상술한 바에 따라 복합 중심 다면체가 한 면을 공유하면서 반복적으로 형성하는 경우 입자 간의 접촉빈도를 높일 수 있는데, 이상적으로는 한 면을 공유하면서 반복적으로 배열되는 복합 중심 다면체의 입자의 구성이 실제 토사의 혼합 비율과 같아야 한다.

도 4에는 정육면체를 중심으로 한 '단위 복합 중심 육면체(37)'가 도시되어 있는데, 나머지 정다면체에 대해서도 '단위 복합 중심 사면체', '단위 복합 중심 팔면체', '단위 복합 중심 십이면체', '단위 복합 중심 이십면체'가 존재한다.

'단위 복합 중심 다면체'는 한 면을 공유하면서 반복적으로 사방으로 배열되는 복합 중심 다면체에서 하나'단위'를 이루는 부분을 의미하는데, 단위를 이루는 '단위 복합 중심 다면체'가 반복적 사방으로 배열되면 상기의 한 면을 공유하면서 반복적으로 사방으로 배열되는 복합 중심 다면체와 같게 되고, 이러한 '단위 복합 중심 다면체'의 입자 크기 별 상대 체적비로 실제 토사의 제1 입자 그룹, 제2 입자 그룹 및 제3 입자 그룹의 혼합 비율을 결정할 수 있다.

여기서, 복합 중심 다면체를 구성하는 큰 입자, 중간 입자, 작은 입자 간의 입경 별 체적비는, 상기의 [식 1], [식 2] 및 [식 3]에 따른 입경비 m₁, m_t, m₂로부터 도출된 입자 간 상대적인 입경을 통해 도출할 수 있고, 위와 같은 방식으로 산출된 복합 중심 다면체의 상대 체적비는 입경 가적 곡선 상에서 제1 입자 그룹, 제2 입자 그룹 및 제3 입자 그룹의 혼합 비율을 결정하게 된다. 이에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.

제1 입자 그룹, 제2 입자 그룹 및 제3 입자 그룹의 혼합 비율을 입경 가적 곡선 상에 표시하면, 제1 입자 그룹의 최소 입경(제2 입자 그룹의 최대 입경) D₁의 누적통과율 P₁는 아래의 [식 11]과 같이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 중간 입자의 상대 체적비(cV_mid)와 작은 입자의 상대 체적비(cV_s)를 더한 값이고, 제2 입자 그룹의 최소 입경(제3 입자 그룹의 최대 입경) D₂의 누적통과율 P₂는 아래의 [식 12]와 같이 작은 입자의 상대 체적비(cV_s)에 해당된다.

[식 11]

[식 12]

다만, 복합 중심 다면체에서 접촉 빈도를 높이기 위한 핵심적인 입자는 중간 입 입자와 작은 입자이며, 큰 입자에 중간 입자와 작은 입자를 추가하여 이상적인 양에 근접할수록 입자 간의 접촉빈도가 높아진다.

따라서, 중간 입자와 작은 입자의 양이 이상적인 양 이상으로 많아지면 초과한 양만큼 오히려 입자 간의 접촉의 방해요소로 작용할 수 있기 때문에 한계값을 설정하여 품질관리를 할 필요가 있다.

이에 따라 중간 입자에 대응되는 제2 입자 그룹에 일반적인 유의수준인 10%를 적용하여 다음의 [식 13]과 같이 누적통과율 P₁의 한계값을 설정하고, 작은 입자에 대응되는 제3 입자 그룹에 유의수준 10%를 적용하여 다음의 [식 14]과 같이 누적통과율 P₂의 한계값을 설정한다.

[식 13]

[식 14]

이상의 방법에 따라, 입경 가적 곡선 상 최대 입경 D_max = 25mm일 때 한 면을 공유하면서 반복적으로 복합 중심 육면체(35)가 형성되는 확률을 높이기 위한 토사의 입경 가적 곡선을 작성해 본다.

복합 중심 육면체(35)의 입경비는 상기 식에 따라 m₁ = 1.366, m₂ = 1.767로 결정되고, 지반 개량재를 구성하는 토사의 입경 가적 곡선 상 최대 입경 D_max = 25mm를 사용할 때, D₁, D₂, D_min은 다음과 같이 결정된다.

그리고, 복합 중심 육면체(35)가 한 면을 공유하면서 반복적으로 형성하는 경우 '단위 복합 중심 육면체(37)'의 입경 별 체적비는 다음과 같이 산출할 수 있다.

도 4를 참조하면, '단위 복합 중심 육면체(37)'는, 정육면체의 중심에 중간 입자인 체중심 입자(34) 1개, 정육면체(16)의 8개 꼭지점 각각에 큰 입자인 꼭지점 입자(32) 1/8조각, 정육면체(16)의 6개 면의 중심 각각에는 작은 입자인 면중심 입자(36) 1/2조각으로 구성되고, 이를 통합하면 각각 큰 입자인 꼭지점 입자(32) 1개(8개 꼭지점 ⅹ 꼭지점 입자(32) 1/8조각 = 꼭지점 입자(32) 1개), 중간 입자인 체중심 입자(34) 1개, 작은 입자인 면중심 입자(36) 3개(6개 면 ⅹ 면중심 입자(36) 1/2조각 = 면중심 입자(36) 3개)로 구성됨을 알 수 있다.

따라서, 상기 [식 1], [식 2] 및 [식 3]으로부터 산출된 m₁=1.366, m_t=2.414, m₂=1.767로부터 작은 입자(면중심 입자(36)), 중간 입자(체중심 입자(34)), 큰 입자(꼭지점 입자(32))의 상대적인 입경은 cD_s, cD_mid, cD_l은 각각 다음과 같이 산출된다.

그리고, 이러한 '단위 복합 중심 육면체(37)'의 상대적인 입경을 통해 큰 입자, 중간 입자, 작은 입자의 상대 체적비 cV_l:cV_mid:cV_s를 산출하면 다음과 같다.

상기 [식 11], [식 12]에 위의 체적비를 대입하면,

이고,

위 값들에 유의수준 10%를 적용한 상기 [식 13], [식 14]에 따른 누적통과율 P₁및 P₂ 다음의 범위를 갖는다.

D_max이 누적통과율 100%, P1, P2의 범위 및 Dmin의 누적통과율을 연결하면 일정 범위를 갖는 입경 가적 곡선이 도시되고 이러한 범위 내의 입경을 갖는 토사를 지반 개량재로 사용할 수 있다. 이상의 결과를 입경 가적 곡선에 표시하면 도 8과 같다.

위에서 제시한 방식에 따라 도출된 각 복합 중심 다면체에 대응하는 입경비, 단위 복합 중심 다면체의 입자 구성, 누적통과비율 P1, P2를 정리하면 다음의 [표 2]와 같다.

		정사면체	정육면ㅊ	정팔면체	정십이면체	정이십면체
m₁		4.45	1.366	2.414	1.802	1.108
m₂		1.425	1.775	2.681	1.426	5.831
단위 복합 중심 단면체	큰 입자	1개	1개	1개	1개	1개
	중간 입자	1개	1개	1개	1개	1개
	작은 입자	2개	3개	4개	6개	10개
P₁		1.951 ~ 1.729	40.416 ~ 35.474	8.588 ~ 7.276	35.516 ~ 33.276	47.681 ~ 39.393
P₂		0.8 ~ 0.654	14.556 ~ 11.909	1.499 ~ 1.226	25.507 ~ 20.870	2.299 ~ 1.881

본 실시예에 따른 지반 개량재의 설계자는 보강하고자 하는 지반에 따라 형성하고자 하는 복합 중심 다면체 중 하나를 선정하고, 위에서 제시한 [식]들과 위 [표 2]를 통해 그에 맞는 입경 가적 곡선을 도출할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법의 순서도이다.

본 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법은, 복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되는 지반 개량재를 제조하는 방법으로서, 제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 복합 중심 다면체의 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정하는 단계와; 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)과 제3 토사의 평균 입경(D_3,50)의 입경비가 복합 중심 다면체의 중간 입자와 작은 입자의 입경비(m₂)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제3 토사를 선정하는 단계와; 제1 토사, 제2 토사 및 제3 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하는 단계와; D₁입경의 누적통과율 P₁이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 입경 가적 곡선 상에서 D₂ 입경의 누적통과율 P₂가 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계와; 범위를 만족하는 경우 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함한다.

본 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법은 서로 입경이 다른 3 종류의 토사를 혼합하여 상술한 지반 개량재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

먼저, 제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 복합 중심 다면체의 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정한다(S10).

토사 평균 입경은, 해당 토사에 대해 입경 가적 곡선을 작성하였을 때 누적통과율 50%에 해당하는 입경으로서, 토사 제공 업체를 토사를 주문하는 경우 해당 토사의 입경 가적 곡선을 제공하기도 한다. 이 경우 토사 제공 업체에서 제공하는 입경 가적 곡선에서 평균 입경을 도출할 수 있다.

2종류의 토사의 입경 가적 곡선으로부터 제1 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비를 산출하고, 이 입경비가 상술한 복합 중심 다면체의 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는지를 확인하고, 이상이 되는 경우 제1 토사와 제2 토사를 임시 선정한다.

상술한 복합 중심 다면체의 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)에 일반적인 신뢰도 90%를 적용하여 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)에 0.9를 곱하였다

다음에, 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)과 제3 토사의 평균 입경(D_3,50)의 입경비가 복합 중심 다면체의 중간 입자와 작은 입자의 입경비(m₂)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제3 토사를 선정한다(S20).

위에서 선정된 제2 토사에 대해 보다 작은 평균 입경을 갖는 제3 토사를 선정하고, 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)과 제3 토사의 평균 입경(D_3,50)의 입경비가 복합 중심 다면체의 중간 입자와 작은 입자의 입경비(m₂)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는지 확인하고, 이상이 되는 경우 제1 토사, 제2 토사와 더불어 제3 토사를 선정한다.

다음에, 제1 토사, 제2 토사 및 제3 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성한다(S30). 본 단계에서, 토사 제공 업체에서 제공하는 각 토사의 입경 가적 곡선을 이용하여 제1 토사, 제2 토사 및 제3 토사의 일정 혼합 비율에 따라 혼합하였다고 가정하였을 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하여도 되고, 실제 제1 토사, 제2 토사 및 제3 토사를 혼합하여 혼합 토사에 대한 입경 가적 곡선을 작성하는 것도 무방하다.

다음에, 입경 가적 곡선 상에서 D₁ 입경의 누적통과율 P₁이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 입경 가적 곡선 상에서 D₂ 입경의 누적통과율 P₂가 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단한다(S40).

상기에서 제공한 방법에 따라 D₁, D₂를 결정하고, D₁, D₂의 누적통과율 P₁, P₂를 산출하여 위에서 제시한 [식 13], [식 14]의 범위 내에 존재하는지 확인한다.

다음에, 위에서 제시한 P₁, P₂의 범위를 만족하는 경우 혼합 토사를 지반 개량재로 선정한다(S50). 상기 S30 단계에서 제1 토사, 제2 토사 및 제3 토사를 실제 혼합한 경우는 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하고, 실제 혼합하지 않고 혼합 토사의 입격 가적 곡선을 작성한 경우는 본 단계에서 제1 토사, 제2 토사 및 제3 토사를 선정하여 혼합한다.

지반 개량재의 설계자는 보강하고자 하는 지반에 따라 형성하고자 하는 복합 중심 다면체 중 하나를 선정하고, 위에서 방식에 따라 제1 토사, 제2 토사 및 제3 토사를 선정하고 혼합하여 지반 개량재를 제조하게 된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법의 순서도이다.

본 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법은, 복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되는 지반 개량재를 제조하는 방법으로서, 제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 복합 중심 다면체의 큰 입자와 작은 입자의 입경비(m_t)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정하는 단계와; 제1 토사와 제2 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하는 단계와; 입경 가적 곡선 상에서 D₁ 입경의 누적통과율 P₁이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 입경 가적 곡선 상에서 D₂ 입경의 누적통과율 P₂가 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계와; 범위를 만족하는 경우 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함한다.

본 실시예에 따른 지반 개량재 제조 방법은 상기 실시예와 달리 서로 입경이 다른 2 종류의 토사를 혼합하여 상술한 지반 개량재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

먼저, 제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 복합 중심 다면체의 큰 입자와 작은 입자의 입경비(m_t)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정한다(S100).

상기 실시예와 달리 본 단계에서, 복합 중심 다면체의 큰 입자와 작은 입자의 입경비(m_t)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정를 선정한다. 큰 입자와 작은 입자로 구성된 2종류의 토사를 혼합하는 경우에 필요한 중간 입자의 생성이 가능하기 때문이다. 상술한 바와 같이, 토사 제공 업체에서 제공하는 입경 가적 곡선에서 평균 입경을 도출할 수 있고, 이를 이용하여 평균 입경비를 산출할 수 있다.

2종류의 토사의 입경 가적 곡선으로부터 제1 평균 입경과 제2 토사의 평균 입경의 입경비를 산출하고, 이 입경비가 상술한 복합 중심 다면체의 큰 입자와 작은 입자의 입경비(m_t)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는지를 확인하고, 이상이 되는 경우 제1 토사와 제2 토사를 임시 선정한다.

다음에, 제1 토사와 제2 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성한다(S200). 본 단계에서, 토사 제공 업체에서 제공하는 각 토사의 입경 가적 곡선을 이용하여 제1 토사와 제2 토사의 일정 혼합 비율에 따라 혼합하였다고 가정하였을 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하여도 되고, 실제 제1 토사와 제2 토사를 혼합하여 혼합 토사에 대한 입경 가적 곡선을 작성하는 것도 무방하다.

다음에, 입경 가적 곡선 상에서 D₁ 입경의 누적통과율 P₁이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 입경 가적 곡선 상에서 D₂ 입경의 누적통과율 P₂가 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단한다(S300).

다음에, 위에서 제시한 P₁, P₂의 범위를 만족하는 경우 혼합 토사를 지반 개량재로 선정한다(S400). 상기 S200 단계에서 제1 토사와 제2 토사를 실제 혼합한 경우는 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하고, 실제 혼합하지 않고 혼합 토사의 입격 가적 곡선을 작성한 경우는 본 단계에서 제1 토사와 제2 토사를 선정하여 혼합한다.

위에서 제시된 지반 개량재 제조 방법에 따라 제조된 지반 개량재를 지반 개량이 필요한 개량 대상 지반에 다지면서 포설하여 지반을 개량한다.

상술한 방법에 따라 토사 제공 업체에서 제조되는 지반 개량재는 개량 대상 지반으로 운반한 후 이를 다지면서 포설하여 지반을 개량할 수 있고, 위에서 지반 개량재의 재료로 선정된 제1 토사, 제2 토사, 제3 토사를 각각 개량 대상 지반으로 운반하여 현장에서 혼합하면서 포설하여 지반을 개량하는 것도 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

12: 정사면체 14: 쌍대 정사면체
16: 정육면체 18: 쌍대 정팔면체
20: 정팔면체 22: 쌍대 정육면체
24: 정십이면체 26: 쌍대 정이십면체
28: 정이십면체 30: 쌍대 정십이면체
31: 체중심 육면체 32: 꼭지점 입자
34: 체중심 입자 35: 복합 중심 육면체
36: 면중심 입자 37: 단위 복합 중심 육면체

Claims

복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되도록, 토사의 입경 분석을 통해 작성되는 입경 가적 곡선 상에서, 최대 입경을 D_max, 최소 입경을 D_min이라 할 때, D_max에서 D₁까지 입경을 갖는 제1 입자 그룹, D₁에서 D₁보다 작은 D₂까지 입경을 갖는 제2 입자 그룹, D₂에서 D_min까지 입경을 갖는 제3 입자 그룹을 포함하도록 제조되는 토사를 포함하되,
상기 D1, D2는 다음 [식]으로 산출되고,
[식]

여기서,

상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D1 입경의 누적통과율 P1은,
단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위이고,
상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D₂ 입경의 누적통과율 P₂는, 상기 단위 복합중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준 10%를 적용한 범위인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.
제1항에 있어서,
상기 D_min은 다음의 [식]에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.

[식]
제1항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정사면체인 경우,
상기 m₁ = 4.45이고, 상기 m₂ = 1.452이며,
상기 P₁은 1.951 ~ 1.729이며, 상기 P₂는 0.8 ~ 0.654인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.
제1항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정육면체인 경우,
상기 m₁ = 1.366이고, 상기 m₂ = 1.775이며,
상기 P₁은 40.416 ~ 35.474이며, 상기 P₂는 14.556 ~ 11.909인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.
제1항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정팔면체인 경우,
상기 m₁ = 2.414이고, 상기 m₂ = 2.681이며,
상기 P₁은 8.588 ~ 7.276이며, 상기 P₂는 1.499 ~ 1.226인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.
제1항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정십이면체인 경우,
상기 m₁ = 1.802이고, 상기 m₂ = 1.426이며,
상기 P₁은 35.516 ~ 33.276이며, 상기 P₂는 25.507 ~ 20.870인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.
제1항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정이십면체인 경우,
상기 m₁ = 1.108이고, 상기 m₂ = 5.831이며,
상기 P₁은 47.681 ~ 39.393이며, 상기 P₂는 2.299 ~ 1.881인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재.
복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되는 지반 개량재를 제조하는 방법으로서,
제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 상기 복합 중심 다면체의 큰 입자와 중간 입자의 입경비(m₁)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정하는 단계와;
상기 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)과 제3 토사의 평균 입경(D_3,50)의 입경비가 상기 복합 중심 다면체의 중간 입자와 작은 입자의 입경비(m₂)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제3 토사를 선정하는 단계와;
상기 제1 토사, 상기 제2 토사 및 상기 제3 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하는 단계와;
상기 입경 가적 곡선 상에서 D₁ 입경의 누적통과율 P₁이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D₂입경의 누적통과율 P₂가 상기 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계와;
상기 범위를 만족하는 경우 상기 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함하는, 지반 개량재 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정사면체인 경우,
상기 m₁ = 4.45이고, 상기 m₂ = 1.452이며,
상기 P₁은 1.951 ~ 1.729이며, 상기 P₂는 0.8 ~ 0.654인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정육면체인 경우,
상기 m₁ = 1.366이고, 상기 m₂ = 1.775이며,
상기 P₁은 40.416 ~ 35.474이며, 상기 P₂는 14.556 ~ 11.909인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정팔면체인 경우,
상기 m₁ = 2.414이고, 상기 m₂ = 2.681이며,
상기 P₁은 8.588 ~ 7.276이며, 상기 P₂는 1.499 ~ 1.226인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정십이면체인 경우,
상기 m₁ = 1.802이고, 상기 m₂ = 1.426이며,
상기 P₁은 35.516 ~ 33.276이며, 상기 P₂는 25.507 ~ 20.870인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정이십면체인 경우,
상기 m₁ = 1.108이고, 상기 m₂ = 5.831이며,
상기 P₁은 47.681 ~ 39.393이며, 상기 P₂는 2.299 ~ 1.881인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
복합 중심 다면체의 형성 확률이 증진되는 지반 개량재를 제조하는 방법으로서,
제1 토사의 평균 입경(D_1,50)과 제2 토사의 평균 입경(D_2,50)의 입경비가 상기 복합 중심 다면체의 큰 입자와 작은 입자의 입경비(m_t)에 0.9를 곱한 값 이상이 되는 제1 토사와 제2 토사를 선정하는 단계와;
상기 제1 토사와 상기 제2 토사를 혼합할 때 혼합 토사의 입경 가적 곡선을 작성하는 단계와;
상기 입경 가적 곡선 상에서 D₁ 입경의 누적통과율 P₁이 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비와 유의 수준 10%가 적용된 중간 입자의 상대 체적비를 더한 값의 범위를 만족하고, 상기 입경 가적 곡선 상에서 상기 D₂ 입경의 누적통과율 P₂가 상기 단위 복합 중심 다면체를 구성하는 작은 입자의 상대 체적비에 유의수준10%를 적용한 범위를 만족하는지 여부를 판단하는 단계와;
상기 범위를 만족하는 경우 상기 혼합 토사를 지반 개량재로 선정하는 단계를 포함하는, 지반 개량재 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정사면체인 경우,
상기 m₁ = 4.45이고, 상기 m₂ = 1.452이며,
상기 P₁은 1.951 ~ 1.729이며, 상기 P₂는 0.8 ~ 0.654인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정육면체인 경우,
상기 m₁ = 1.366이고, 상기 m₂ = 1.775이며,
상기 P₁은 40.416 ~ 35.474이며, 상기 P₂는 14.556 ~ 11.909인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정팔면체인 경우,
상기 m₁ = 2.414이고, 상기 m₂ = 2.681이며,
상기 P₁은 8.588 ~ 7.276이며, 상기 P₂는 1.499 ~ 1.226인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정십이면체인 경우,
상기 m₁ = 1.802이고, 상기 m₂ = 1.426이며,
상기 P₁은 35.516 ~ 33.276이며, 상기 P₂는 25.507 ~ 20.870인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 복합 중심 다면체의 정다면체가 정이십면체인 경우,
상기 m₁ = 1.108이고, 상기 m₂ = 5.831이며,
상기 P₁은 47.681 ~ 39.393이며, 상기 P₂는 2.299 ~ 1.881인 것을 특징으로 하는, 지반 개량재 제조 방법.
제8항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따라 제조된 지반 개량재를 개량 대상 지반에 다지면서 포설하는 단계를 포함하는, 지반 개량 공법.