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1. 서론
1.1. 실험의 목적
실험의 목적은 연약지반 위에 도로, 제방 등의 구조물을 놓을 때에는 압밀로 인한 최종침하량과 그 침하가 어느 비율, 예를 들면 50% 또는 90%까지 일어나는데 소요되는 시간을 추정해야 할 필요가 있기 때문이다. 이러한 계산은 성토의 높이를 결정하거나 공기를 정하는 경우에 반드시 요구된다. 또한 흙의 압밀특성은 프리로딩 공법, 샌드드레인공법 또는 페이퍼 드레인 공법과 같은 연약지반 처리를 위한 설계에도 이용된다.
1.2. 압밀 이론
압밀 이론은 포화된 점토지반에 하중이 가해질 때 시간에 따라 발생하는 침하현상을 설명하는 이론이다. 압밀 이론의 가정사항들은 다음과 같다.
첫째, 흙은 균질하다. 둘째, 흙은 완전히 포화되어 있다. 셋째, 흙입자와 물의 압축성은 무시할 수 있을 만큼 작다. 넷째, 미소 흙요소의 거동은 큰 토체의 거동과 비슷하다. 다섯째, 압축은 1차원 수직방향으로 발생하며 횡방향 변위는 구속되어 있다. 여섯째, 물의 흐름도 수직방향으로만 일어난다. 일곱째, Darcy의 법칙이 유효하며 투수계수는 일정하다. 여덟째, 흙의 압밀 특성은 압밀하중의 크기와 무관하게 일정하다. 아홉째, 유효압력과 간극비는 선형적 비례관계를 갖는다. 열째, 변형이 작다. 열한째, 유효응력의 법칙을 따른다. 열두째, 토체는 에너지 불멸의 법칙을 따른다. 열셋째, 흙의 성질은 시간에 따라 변하지 않는다.
이와 같은 가정들을 바탕으로 Terzaghi가 제안한 1차원 압밀 방정식은 다음과 같다.
∂u/∂t = cv/H^2 * ∂^2u/∂z^2
여기서 u는 과잉간극수압, t는 시간, cv는 압밀계수, H는 배수거리를 나타낸다. 이 방정식을 해석하여 시간에 따른 압밀 침하량을 계산할 수 있다.
2. 실험 기구 및 방법
2.1. 실험 기구
실험 기구는 줄톱, 삽입봉, 커팅 링, 여과지, 다공판, 압밀 링, 압밀 상자, 가압 판, 가이드 링, 수침 상자, 조립 나사, 고정식 링, 고무 링으로 구성된다.
줄톱은 시료를 절단하는 데 사용되고, 삽입봉은 시료를 압밀 링에 밀어 넣는 데 사용된다. 커팅 링은 시료를 압밀 링에 넣기 전에 시료를 잘라내는 데 사용된다.
여과지와 다공판은 배수를 위해 압밀 상자 내에 설치되며, 압밀 링과 압밀 상자는 시료를 담는 역할을 한다. 가압 판은 시료에 하중을 가하는 데 사용되고, 가이드 링은 가압 판의 수평을 유지하는 데 도움을 준다.
수침 상자는 시료를 포화시키는 데 사용되며, 조립 나사, 고정식 링, 고무 링은 압밀 상자를 고정하는 데 사용된다.
2.2. 시험 절차
2.2.1. 공시체의 조제
공시체의 조제는 다음과 같다.
비교란 시료를 이용하여 공시체를 제작한다. 먼저 시료 추출기에서 시료를 꺼내어 안지름 및 높이보다 각각 10mm 더 크게 절단한다. 이를 트리머에 올려놓고 지름이 압밀링의 안지름보다 2-3mm 더 큰 원판형으로 조절한다. 조절한 시료는 함수비 w와 흙입자의 비중 G를 측정하기 위하여 별도로 보존한다. 다음으로 압밀링의 무게와 높이 및 안지름을 측정한다. 이때 링의 안...
