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표제지

국문요지

목차

제1장 서론 11

1.1. 연구 배경 및 목적 11

1.2. 연구 동향 12

1.2.1. 국외 연구동향 12

1.2.2. 국내 연구 동향 15

1.3. 연구 방법 및 범위 16

1.4. 연구 내용 17

제2장 이론적 배경 19

2.1. 제체에서 발생하는 침투 19

2.2. 침투에 의한 파이핑 현상 21

2.3. 제체의 균열 및 파이핑 저항 22

2.3.1. 제체의 균열 22

2.3.2. 파이핑(Piping) 27

2.4. 한계동수경사에 의한 파이핑 해석 방법 30

2.5. 투수계수에 영향을 미치는 요소 31

2.6. 실험을 통해 한계유속을 결정하는 방법 32

2.7. 한계유속에 의한 파이핑 해석 방법 33

(1) Sichardt(1928)의 한계유속 33

(2) Abramov(1952)의 한계유속 33

(3) Schmieder(1975)의 한계유속 33

(4) Kovacs(1981)의 한계유속 34

제3장 실내실험 35

3.1. 실험 목적 및 범위 35

3.2. 시험장치 35

3.3. 시료 및 실험조건 38

3.3.1. 시료의 종류 38

3.3.2. 시료 특성 38

3.3.3. 실험조건 39

3.4. 실험방법 40

제4장 실험결과 및 분석 42

4.1. 시료 위치별 동수경사에 따른 수두변화 42

4.2. 수두손실을 고려한 동수경사의 보정 48

4.3. 동수경사에 따른 수두변화 55

4.4. 수두증분을 이용하여 파이핑 현상 추정 62

4.5. 유량을 이용한 파이핑 현상 추정 69

4.6. 유량 증분을 이용하여 파이핑 현상 추정 70

4.7. 동수경사에 따른 표면고 변화 77

4.8. 파이핑 발생 동수경사의 결정 84

4.9. 실험을 통해 구한 한계동수경사와 한계 유속 89

4.9.1. 실험값에 대한 타당성 91

4.9.2. 상대밀도에 따른 한계동수경사와 한계 유속 93

4.9.3. 한계유속 이론식의 평가 96

제5장 결론 103

참고문헌 104

ABSTRACT 107

표목차

표 1.1. 국외 연구동향 14

표 1.2. 국내 연구동향 16

표 2.1. 균열 영향인자 (J. L. sherard, 1953) 23

표 2.2. 제체의 균열 저항등급 (Resistance Category to cracking, Sherard, 1953) 26

표 2.3. 파이핑 영향인자 (J. L. Sherard, 1953) 27

표 2.4. 파이핑 저항등급 (Resistance Category to Piping) 29

표 3.1. 입도분석 시험 결과 38

표 3.2. 자갈, 모래, 실트 함유율 39

표 3.3. 파이핑 실험 시료 조건 40

표 4.1. 파이핑이 발생한 동수경사의 결정 방법 85

표 4.2. 실험을 통해 구한 한계유속 89

표 4.3. 이론식을 통해 구한 한계유속 96

그림목차

그림 1.1. 연구 진행 순서 18

그림 2.1. 제체의 침투 파괴 모식도(左) 및 침투파괴 메카니즘(右) 20

그림 2.2. 균열 발생 제체의 입도 및 소성도 24

그림 2.3. 균열이 발생하지 않은 제체의 입도와 소성도 24

그림 2.4. 재료의 입도 및 소성도에 따른 균열저항등급 25

그림 2.5. 재료의 입도 및 소성도에 따른 파이핑 저항등급 28

그림 2.6. 파이핑 취약등급(③등급)의 입도분포 30

그림 2.7. 한계동수경사에 의한 파이핑 31

그림 3.1. 시험장치 모식도 36

그림 3.2. 시험장치 전경 37

그림 3.3. 시료별 입도분포 39

그림 4.1. Case 1L 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 42

그림 4.2. Case 1D 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 43

그림 4.3. Case 2L 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 43

그림 4.4. Case 2D 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 44

그림 4.5. Case 3L 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 44

그림 4.6. Case 3D 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 45

그림 4.7. Case 4L 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 45

그림 4.8. Case 4D 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 46

그림 4.9. Case 5 - 50% 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 46

그림 4.10. Case 5 - 65% 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 47

그림 4.11. Case 5 - 75% 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 47

그림 4.12. Case 5 - 85% 시료의 적용 동수경사별 깊이에 따른 수두분포 48

그림 4.13. Case 1L 시료의 적용 동수경사와 환산동수경사 49

그림 4.14. Case 1D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 49

그림 4.15. Case 2L 시료의 적용 동수경사와 환산동수경사 50

그림 4.16. Case 2D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 50

그림 4.17. Case 3L 시료의 적용 동수경사와 환산동수경사 51

그림 4.18. Case 3D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 51

그림 4.19. Case 4L 시료의 적용 동수경사와 환산동수경사 52

그림 4.20. Case 4D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 52

그림 4.21. Case 5 - 50% 시료의 적용 동수경사와 환산동수경사 53

그림 4.22. Case 5 - 65% 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 53

그림 4.23. Case 5 - 75% 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 54

그림 4.24. Case 5 - 85% 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 54

그림 4.25. Case 1L 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 56

그림 4.26. Case 1D 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 56

그림 4.27. Case 2L 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 57

그림 4.28. Case 2D 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 57

그림 4.29. Case 3L 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 58

그림 4.30. Case 3D 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 58

그림 4.31. Case 4L 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 59

그림 4.32. Case 4D 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 59

그림 4.33. Case 5 - 50% 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 60

그림 4.34. Case 5 - 65% 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 60

그림 4.35. Case 5 - 75% 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 61

그림 4.36. Case 5 - 85% 시료의 동수경사에 따른 수두 변화 61

그림 4.37. Case 1L 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 63

그림 4.38. Case 1D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 63

그림 4.39. Case 2L 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 64

그림 4.40. Case 2D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 64

그림 4.41. Case 3L 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 65

그림 4.42. Case 3D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 65

그림 4.43. Case 4L 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 66

그림 4.44. Case 4D 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 66

그림 4.45. Case 5 - 50% 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 67

그림 4.46. Case 5 - 65% 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 67

그림 4.47. Case 5 - 75% 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 68

그림 4.48. Case 5 - 85% 시료의 동수경사에 따른 수두증분 변화 68

그림 4.49. 채취장소가 동일한 시료의 동수경사에 따른 유량변화 69

그림 4.50. Case 1L 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 71

그림 4.51. Case 1D 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 71

그림 4.52. Case 2L 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 72

그림 4.53. Case 2D 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 72

그림 4.54. Case 3L 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 73

그림 4.55. Case 3D 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 73

그림 4.56. Case 4L 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 74

그림 4.57. Case 4D 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 74

그림 4.58. Case 5 - 50% 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 75

그림 4.59. Case 5 - 65% 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 75

그림 4.60. Case 5 - 75% 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 76

그림 4.61. Case 5 - 85% 시료의 동수경사에 따른 유량증분 변화 76

그림 4.62. Case 1L 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 77

그림 4.63. Case 1D 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 78

그림 4.64. Case 2L 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 78

그림 4.65. Case 2D 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 79

그림 4.66. Case 3L 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 79

그림 4.67. Case 3D 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 80

그림 4.68. Case 4L 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 80

그림 4.69. Case 4D 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 81

그림 4.70. Case 5 - 50% 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 81

그림 4.71. Case 5 - 65% 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 82

그림 4.72. Case 5 - 75% 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 82

그림 4.73. Case 5 - 85% 시료의 동수경사에 따른 표면고 변화 83

그림 4.74. 수두증분, 유량증분, 표면고 변화중 한계동수경사의 결정 86

그림 4.75. 수두증분, 유량증분, 표면고 변화중 한계동수경사의 결정 86

그림 4.76. 수두증분, 유량증분, 표면고 변화중 한계동수경사의 결정 87

그림 4.77. 수두증분, 유량증분, 표면고 변화중 한계동수경사의 결정 87

그림 4.78. 수두증분, 유량증분, 표면고 변화중 한계동수경사의 결정 88

그림 4.79. 시료별 한계동수경사와 한계유속 90

그림 4.80. 실험으로부터 구한 한계동수경사와 Terzaghi 이론식과의 비교 92

그림 4.81. 상대밀도의 증가가 한계동수경사와 한계유속에 미치는 영향 (Case 1) 93

그림 4.82. 상대밀도의 증가가 한계동수경사와 한계유속에 미치는 영향 (Case 2) 94

그림 4.83. 상대밀도의 증가가 한계동수경사와 한계유속에 미치는 영향 (Case 3) 94

그림 4.84. 상대밀도의 증가가 한계동수경사와 한계유속에 미치는 영향 (Case 4) 95

그림 4.85. 상대밀도의 증가가 한계동수경사와 한계유속에 미치는 영향 (Case 5) 95

그림 4.86. Case 1의 상대밀도 증가에 따른 한계유속 97

그림 4.87. Case 2의 상대밀도 증가에 따른 한계유속 98

그림 4.88. Case 3의 상대밀도 증가에 따른 한계유속 98

그림 4.89. Case 4의 상대밀도 증가에 따른 한계유속 99

그림 4.90. Case 5의 상대밀도 증가에 따른 한계유속 99

그림 4.91. Case 1의 한계유속에 대한 이론적 평가 100

그림 4.92. Case 2의 한계유속에 대한 이론적 평가 101

그림 4.93. Case 3의 한계유속에 대한 이론적 평가 101

그림 4.94. Case 4의 한계유속에 대한 이론적 평가 102

그림 4.95. Case 5의 한계유속에 대한 이론적 평가 102

초록보기

지반 재료로 이루어진 제체는 물의 침투가 발생하며, 침투 파괴로 인한 안정성이 항상 요구되기 때문에, 침투 파괴의 발생. 파괴 조건을 분명히 하는 것이 바람직하고 종래부터 Terzaghi에 의한 한계동수 경사나 한계 유속에 입각하여 생각할 수 있으나 파이핑은 대상재료의 불균일성이나 지질조건의 사소한 변화에 의한 경우가 많으므로 이론적인 접근은 쉽지 않다.

따라서 본 연구의 목적은 실내실험을 통해 파이핑 안정성을 평가하기 위해 시료의 부분적인 파괴가 발생하였을 때의 동수경사와 유속을 파악하기 위한 방법을 제시하고 자 한다.

침투 유량, 표면고의 변위, 동수경사를 측정하고 측정결과를 바탕으로 파이핑이 발생하였을 때의 한계동수경사와 한계유속을 파악하기 위한 방법을 알아보고, 실험을 통해 구한 한계동수경사와 한계유속을 이론식을 통해 구한 값과 비교 분석하였다.

실험 결과 수두증분, 유량증분, 표면고 변화를 통해 한계동수경사를 파악할 수 있었다. 실험을 통해 결정된 한계동수경사 값은 Terzaghi의 이론식보다 작은 값을 나타내었으며, 한계유속은 상대밀도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타냈다. 이론식들 중 다짐에 의해 시료의 파이핑 저항 능력을 과대평가하는 정도가 가장 작은 것은 Schmieder의 이론식이었으며, Schmieder의 이론식을 적용하는 경우 상대밀도가 높을수록 한계동수경사 이론식을 사용하는 것은 바람직하지 않은 것으로 나타났다.

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