1. 퀵 클레이(Quick Clay)와 퀵 샌드(Quick Sand)의 비교 (1) 퀵 클레이(Quick Clay) 바다에 퇴적되어 소금으로 인해 탈지면 구조를 갖게 된 마린 클레이(Marine clay)가 담수의 영향을 받아(이산된 부드러운 점토를 말한다) (점토성분의 염분 손실로 인한 구조) (염분이 빠져나감에 따라 입자간 결합력이 감소하여 압밀침강이 크게 발생하고 전단강도가 크게 저하됩니다.
Quick Clay의 판정방법은 민감도비(St)를 기준으로 합니다.
), 이는 교란지반의 강도에 대한 자연지반의 강도의 비로서 첨예도 비율이 8~64인 점토를 퀵샌드(폭파현상)라고 한다.
사질토 지반의 수두차로 인해 삼출압력이 발생하여 모래가 위쪽으로 분출되며, 분무현상으로 인해 비등이 발생하고 배관이 발생하여 토벽이 무너지고 성토가 붕괴되는 원인이 된다.
□ 유사현상의 판정방법 1) 동수경사에 의해 판정(수수경사가 제한수경사보다 크면 비산현상이 발생함) 2) 유효응력에 의해 판정(관통압력이 임계수압보다 클 경우) (3) 비교 : Quick Clay / Quick Sand ◎ 발생 원인 : 탈지면 구조에서 용해 / 수두 차이로 인해 개별 구조로 변화 ◎ 전단강도 감소 원인 : 점토의 변형 구조 / 구속하중 감소 ◎ 문제 : 점진적 파괴 및 유동화 발생 / 배관 발생 및 액상화 현상 ◎ 판정방법 : 민감도비(St) 8~64 / 동수경사 및 유효응력에 의한 판단 2. 급속점토 면을 이용한 점토 해저에 퇴적된 양모 구조물(지반이 융기되어 담수로 세척되어 형성된 민감한 점토)을 말합니다.
민감도비가 8을 초과하여 교란되면 강도가 크게 감소하여 모두 해양 퇴적물로 퇴적되므로 비교적 작은 변형에도 붕괴가 발생한다.
(1) Quick Clay의 특징 ① 높은 감수성비(8이상) ② 교란시 강도감소가 크다 ③ 모두 해양퇴적물임 ④ 상대적으로 작은 변형에도 붕괴가 일어남
얼굴에는 음(-)전하가 있습니다.
점토 입자는 바닷물에 떠다니며, 끝과 표면이 만나 결합됩니다.
이 결합이 계속되어 해저에 침전되면 해토가 됩니다.
② 해토는 탈지면 구조로 공극률이 매우 높기 때문에 함수율이 매우 높다.
상태 이 해조점토가 해수면 위로 상승한 후 빗물에 의해 씻겨지면 침출 현상이 발생하여 입자 간 접촉면적의 전기화학적 결합력이 상실되어 수분 함량이 극도로 높아진다.
이런 과정을 통해 만들어진 점토를 퀵클레이(Quick Clay)라고 합니다.
(3) 퀵 클레이의 판단 ① 퀵 클레이는 감수성 비율을 측정하여 쉽게 판단할 수 있습니다.
② 감수성비에 따른 점토 분류 감수성비(St) = qu / qrWhere, qu: 교란되지 않은 시료의 일축 압축강도, qur: 교란된 시료의 일축 압축강도
분류될 수 있습니다.
② 감수성이 높은 퀵 클레이는 충격이나 진동에 의해 액체처럼 쉽게 유동하고 경사지 활동 등 지반이 붕괴되기 쉬우므로 실제 적용 시 주의가 필요하다.
③ 시력비가 클수록 응력에 의한 이방성의 영향이 커집니다.
④ 양모 구조가 침출에 의해 이산구조로 변화되어 전단강도가 상당량 상실된 점토이다.
3. Quick Sand (Spraying 현상) 모래땅을 굴착할 때 옹벽 뒤의 지하수위와 굴착 바닥의 수위차가 클 경우 (침투된 물에 의해 토양 입자 사이의 유효 응력이 손실됨) 옹벽에 침투했습니다.
) . 즉, 전단응력이 0(제로)이 되어 유효응력이 0(제로)이 되어 전단강도가 완전히 상실되었을 때, 굴착 바닥을 통해 모래와 물이 분출되는 현상을 비등이라 한다.
이를 모래 또는 물보라 현상이라고 합니다.
끓는 현상이 발생하면 모래와 물이 분출되어 땅이 파괴되는 현상을 끓임 실패라고 합니다.
끓는물에 의한 분출 현상이 계속되면 지반의 흙이 분출되고 관형, 특히 파이프 모양의 물 통로 또는 침투 통로가 형성되는데 이를 배관이라고 한다.
cf.) 시트파일의 유수에 따른 안정성 문제 아래 그림과 같이 시트파일을 설치하면 시트파일 바닥에 퍼콜레이션이 발생하게 됩니다.
이때 시트파일의 좌측에서는 하향류가 주로 발생하고, 우측에서는 상향류가 발생하게 된다.
이때, 유선망을 그려 각 지하지점의 총 수두압과 수압을 구할 수 있다.
상향류는 토양의 유효응력을 감소시키며, 유효응력이 0이 되면 더 이상 토양처럼 거동하지 못하고 물이 됩니다.
행동합니다.
이때, 원지반이 모래로 이루어진 경우에는 급사 또는 끓는 현상이 발생한다.
원지반이 점토이면 끓는 현상이 발생하지 않고, 지반이 부풀어 오르는 현상이 발생한다.
경사면이 임계수리경사를 초과하면 유효응력이 0(제로)가 되어 전단강도가 완전히 상실되는데, 이때 지반의 상승류에 의해 모래가 위로 이동하여 끓는 찌개와 같은 버블링 현상이 발생한다.
이를 급사 또는 비등현상이라 하는데, 즉 모래층에 상향침투수류가 발생할 때 수리경사가 모래지반의 임계수리경사보다 커지면 유효응력은 0(제로)이 되고 전단력이 발생하게 된다.
이때 땅이 부글부글 끓어오르는 스튜처럼 솟아오르는 현상을 제팅현상이라고 하며, 이러한 분사현상이 진행되면서 물이 통하는 통로가 생기고, 내부입자가 빠져나가는 과정을 배관이라 한다.
주로 발생합니다.
커지거나 작아집니다.
즉, 상향침투가 발생하면 간극수압은 정수압상태보다 커지고, 하향침투가 발생하면 간극수압은 작아진다.
이때, 침투가 발생하더라도 포화도와 공극률(부피)에는 변화가 없으므로 흙의 무게(즉, 포화단위중량)는 정수압 상태와 동일하다.
따라서 간극수압의 변화는 유효응력의 변화에 영향을 미친다.
② 물의 흐름에 의해 삼출수압이 발생하고, 수직방향의 삼출압력에 따라 간극수압과 유효응력이 증감한다.
즉, 유효응력은 아래쪽으로 관통하면 증가하고 위쪽으로 관통하면 감소합니다.
. ④ 물의 흐름이 발생하면 간극수압과 유효응력이 변하므로 총응력도 변하게 된다.
물이 흐르는 조건에서도 전체응력의 변화가 없으면 간극수압의 변화에 따라 유효응력만 변화하게 됩니다.
총응력의 변화 간극수압의 증가로 인한 유효응력이 감소하는 대표적인 지반공학적 현상을 급사현상 또는 비등현상이라 한다.
(4) 배관의 원인 ① 토사 다짐이 미흡한 경우 ② 제방에 균열이 발생하여 동식물에 의한 누수경로가 발생한 경우 ③ 필터층의 설계가 잘못된 경우 ④ 전선망이 하류부에 침투가 집중된 경우 조밀하다 ⑤ 조석차가 심한 해안에 방파제를 축조할 때 내부와 외부의 수위차가 클 때 ⑥ 급사현상을 거쳐 배관이 단계적으로 발달 ⇒ 끓는점 ⇒ 배관 4. 참고 (1) 유동성 Index 유동성 지수는 민감도 비율을 의미하며 이를 합쳐서 Quick Clay 판별의 기준이 됩니다.
이는 급속점토율과 함께 급속점토 발생가능성을 판단하는 기준으로 사용된다.
퀵 클레이가 발생하기 위해서는 8<64, LI> 1을 가하고 점토를 교란시킬 만큼 충분한 동적하중(지진, 폭파)을 가해야 한다.
액체 지수는 자연 상태의 수분 함량과 가소성 한계의 차이를 가소성 지수로 나눈 값입니다.
즉, 자연상태에서 토양에 함유된 수분 함량의 정도를 나타내는 지표이다.
액체 지수를 계산하여 세립토의 유동화 현상을 조사합니다.
일반적으로 자연수분율이 액상한계보다 큰 흙은 하중이나 충격이 급격하게 증가하면 슬러리 상태로 변화하여 전단강도를 잃어 유동화되기 쉽습니다.
(2) 동수경사 경사도) 동수경사란 임의의 두 지점에서의 총 수두차(ΔH)를 물이 통과한 거리(L)로 나눈 값을 말합니다.
동수경사를 이용하여 분사(빠른 모래), 끓임, 배관 등을 검사할 수 있습니다.
. (3) 민감도비 ① 자연적으로 퇴적된 대부분의 점토를 수분함량의 변화 없이 재성형할 경우 퇴적과정에서 형성된 점토입자의 구조적 배열이 변화되어 일축압축강도가 크게 감소하게 된다.
② 교란된 점토를 시험실에서 재성형하여 시험편을 제작하고 강도를 측정하면 교란되지 않은 상태에 비해 강도가 감소한다.
점토의 이러한 특성을 감수성이라고 하며 교란된 시료에 대한 교란되지 않은 점토 시료의 일축 압축 강도를 측정합니다.
비는 예민비라고 불린다.
민감도 비율이 매우 높고 동시에 자연 수분 함량이 액상 한계보다 높은 점토는 Quick Clay가 될 가능성이 높습니다.
민감도 비율이 16보다 크고 액체 지수가 1보다 큰 점토는 지진이나 폭파와 같은 동적 하중을 받으면 강도를 잃고 액체처럼 점성있게 흐릅니다.
이런 종류의 점토를 퀵 클레이(Quick Clay)라고 합니다.
민감도 비율로 점토의 부드러움을 판단할 수 있습니다.
(4) 연약지반에서 발생하는 문제 ① 지지력 및 활동 안정성의 문제 연약지반에서 가장 문제가 되는 문제는 지반의 전단강도가 약하여 발생하는 안정성 문제이다.
② 과침하 문제 충적토의 수분함유율은 100% 내외이므로 상재하중이 가해지면 수분이 점차 압축되어 부피가 감소하여 침하가 발생한다.
③ 부마찰 문제 : 연약한 지반에 파일을 타설할 때 상부 연약점토 지반이 파일보다 더 많이 가라앉을 경우 부마찰이 발생하여 기초말뚝이 파괴될 수 있다.
④ 액상화 문제 : 느슨한 모래나 실트 등 포화된 연약지반은 조직구조가 불안정하여 지진하중, 파랑하중, 진동 및 동하중을 받으면 지반이 갑자기 강도를 잃으며 부피가 감소하고 과잉간극수압이 상승하여, 효과적으로 만드는 것. 응력이 0이 되어 전체적인 상태가 진흙과 같은 액체가 됩니다.
⑤ 투수성 문제 느슨한 사질토의 문제는 액상화뿐만 아니라 댐 하류 등 삼출압이 높은 곳에서는 정수압에 의한 급사현상으로 끓어오르거나 배관이 되어 댐이 파괴되는 문제도 있다.
(5) 연약지반 공학적 특성 분석방법의 예) ① Sea clay : Quick Clay (St = 8~64, N < 4, LI >1, Wn > 45%, LL < 40%) ② 느슨한 모래 토양: 액상화 발생(N < 10, Dr <35%) ③ Organic soil: Secondary consolidation settlement problem (organic content > 5%) ④ 기타, 유기물 함량 시험 – 중크롬산염법 : 유기물 함량이 50% 이하인 경우 – 강열감소법 : 유기물 함량이 50% 이상인 경우 (6) 교란된 점토의 강도가 감소하는 이유는 무엇입니까? 점토광물 입자의 특징은 대부분이 판형 또는 막대형이며, 주로 동형 치환으로 인해 입자 표면이 음전하를 띠고 있다는 점이다.
결과적으로 입자 사이에는 전기력이 작용합니다.
음전하의 크기는 입자의 표면적에 따라 결정됩니다.
이는 입자가 작을수록 비표면적이 넓어지므로 음전하를 띠는 것과 직접적인 관련이 있습니다.
동형 치환은 한 원자가 비슷한 이온 반경을 가진 다른 원자로 치환되는 것을 의미합니다.
동형 치환은 시트 축적 및 점토 광물 형성 과정에서 때때로 발생합니다.
점토 입자는 입자 표면의 전하로 인해 가라앉지 않고 바닷물 속에서 떠다니는데, 이를 브라운 운동이라고 합니다.
끝부분과 표면이 만나면 서로 결합하게 되는데, 이 결합(전기화학적 결합수를 흡착수라고 정의함)이 됩니다.
이것이 계속되어 해저에 침전되면서 해양 점토가 됩니다.
해토는 탈지면 구조를 갖고 있으며 공극률이 매우 크기 때문에 수분함량이 매우 높다.
해초점토가 해수면 위로 상승한 후 빗물에 의해 씻겨지면 침출이 일어나 입자간 접촉면적의 전기화학적 결합력이 상실되어 수분함량이 매우 높아지게 된다.
이 해초점토는 감수성과 수분 함량이 매우 높아 지진이나 폭파 등의 동적 에너지가 가해지면 강도를 잃고 액체처럼 흘러내린다.
퀵클레이 제작과정입니다.
점토는 방해를 받으면 힘을 잃다가 시간이 지나면서 점차 힘을 회복합니다.
그러나 원래의 힘을 회복할 수는 없습니다.
이런 식으로 교란되면 강도가 감소했다가 다시 강도가 회복되는 현상을 요변성이라고 합니다.
❑ 교란에 의한 강도손실 및 강도회복 해토(면모구조) ⇒ 침출 ⇒ 역학에너지(교란) ⇒ Quick Clay ⇒ 요변성