Ball 관입시험에 의한 연약지반 비배수강도 측정

Ball 관입시험에 의한 연약지반 비배수강도 측정

 

영신컨설턴트 차 재선 (02) 529 8803

개요

연약지반의 비배수강도는 실내시험과 현장 vane시험으로 측정한다. 실내시험은 시료의 채취가 어려워 많은 시험을 할 수 없어 현장 vane시험을 많이 한다. 현장 vane시험은 지층별 연속적으로 할 수 없어 피에조콘 시험으로 비배수강도를 추정한다. 표준 피에조 콘의 콘 직경 10cm²이고 콘 선단 저항에 의한 비배수강도는 경험적으로 계산한다. ball관입시험은 콘관입 시험의 한계를 콘의 선단모양을 ball모양으로 크게하여 상재하중과 과잉간극수압의 영향을 적게 한다.

좌측 콘시험 시 흙의 공동 팽창, 우측 T bar 시험 시 흙의 상하 흐름

 

CPTU는 연약지반에서 콘선단 측정이 부정확하고 상재하중과 간극수압에 대한 보정이 필요하다. 따라서 콘시험에 의한 비배수강도의 평가는 정확성이 떨어진다.

 

Su = qnet / Nkt =(qt −σvo) / Nkt   ----- (1)

 

qt = qc + (1 −a) u2   ----- (2)

 

Su : 콘 시험 시 비배수강도,  qnet : 콘저항값 net cone resistance, Nkt : 콘계수 cone factor

 

qc : 측정된 콘저항 measured cone resistance, σv0 : 상재하중 overburden vertical stress

 

qt : 간극수압 보정된 콘저항 corrected cone resistance, a : net area ratio

 

u2 : 측정된 간극수압 measured pore water pressure

 

 qTbar = qBall = qc - [σv0 - (1-α) u0](As/Ap)   -----(3)

 

As/Ap : probe의 shaft area(10cm2)와 bearing area(100cm2) 의 비율 0.1으로

상재하중과 간극수압 영향이 적어진다.

Su = qTbar / NTbar (4)

 

Su = qBall / NBall (5)

 

 

ball의 단면적 100cm2과 직경 11.28cm  

 

 

■ ball 관입시험의 장점

1. 콘 관입시험으로 비배수 강도 측정 시 유효 상재하중에 대한 보정이 필요하나 ball시험은 보정이 작다.

2. 콘의 단면적이 10cm2이고 ball의 단면적이 100cm2로 측정 시 해상도 10배 증가하여 정확도가 증가로 연약지반에 적합하다.

 

■ 조사방법 및 특징

본 시험은 ball이 선단에 장착한 전자식 콘(Electric cone)을 지중에 일정한 속도(2cm/sec)로 관입 시키면서 관입 저항치, 간극수압을 측정하고 이로부터 비배수강도를 측정하는 시험이다. 이 시험은 연속적인 측정이 가능하다.

 

콘관입시험의 문제를 극복하기 위해 T bar를 이용한 연약지반의 비배수강도 산정을 위한T bar형 관입시험장치가 1994년 Stewart and Randolph에 의해 제안 되었다. T-bar를 연직으로 관입할 때 흙의 변형구조는 상하 대칭적이며 상재하중이 상하로 작용하여 보정이 필요 없다. 이 측정치와 bar factor N을 사용하여 비배수강도를 구할 수 있다. T-bar은 대칭적이지만 휨 응력이 작용할 수 있다. 휨의 응력을 작게 하기 위해 1998년 Watson et 이 ball관입 시험을 했다.

 

■ peat에서 CPTU, ball, T bar시험

 

연약하여 좌측(qnet)이 작게 측정되거나 음으로 측정되어 부정확하나 우측 ball이나 T bar는 양으로 정확하게 측정된다.

 

■ N factor 

 ■ 심도별 N factor

N bar나 N ball은 심도별 변동성이 적다.

 

 ■ 관입와 인발시 심도별 저항치