젤 형 바이오폴리머 흙 처리 기술의 사질토 액상화 저감 효과에 대한 실험 연구
Experimental Study on the Gel Type Biopolymer-based Soil Treatment (BPST) Effect on the Liquefaction Potential Reduction of Sands
- 주제(키워드) 지반 진동 , 지반 액상화 , 액상화 저감 , 바이오폴리머 , 친환경 , Cyclic Resistance Ratio (CRR)
- 주제(DDC) 690
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 장일한
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설시스템공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032696
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
지진 및 진동 하중에 의해 발생 되는 지반 액상화는 지반 지지력 저하, 지반 침하, 땅 꺼짐 등의 많은 문제를 초래한다. 지반 액상화는 타격, 반복적인 수평 진동에 의하여 흙 입자 간 접촉이 느슨해지고 입자 재배열을 통해 일시적으로 과잉간극수압이 발생하여 흙의 유효 응력이 상실되는 것이 일반적이다. 따라서 액상화 저감 방법은 주로 흙 입자 간 결합을 증가시키고 지반을 조밀하게 다지는 공법들을 이용하고 있다. 최근 활발하게 연구가 진행되고 있는 친환경 건설재료인 바이오폴리머는 흙 입자 간 결합력 증진과 간극 충진 (Pore-clogging) 효과의 우수함이 여러 연구를 통해 확인되었다. 본 연구에서는 느슨한 사질토에 바이오폴리머의 종류 중 잔탄검 (Xanthan-gum), 젤란검 (Gellan-gum) 을 일정한 농도로 처리한 후 포화시킨 상태에서 반복단순전단시험을 수행하였다. 이를 통해 각각의 반복전단저항비 (Cyclic Resistance Ratio; CRR) 를 도출하여 바이오폴리머 처리 흙의 지반 액상화 저항성에 대한 영향을 평가 및 비교, 분석하였다. 또한 일정 변형률을 변수로 하는 시험을 실시하여 정규화 전단탄성계수 (G/Gmax) 의 비교를 통해 바이오폴리머 처리 시편의 동적 거동 특성을 분석하였으며, 현장 적용성 평가를 위하여 DEEPSOIL 수치 해석 프로그램을 이용하여 지반 응답 해석을 실시하였다. 시험 결과, 무 처리 시편보다 젤란검 바이오폴리머 처리 시편의 CRR 값이 현저하게 증가한 반면, 잔탄검 바이오폴리머 처리 시편은 CRR 이 감소하였다. 또한 젤란검 처리 시편의 전단탄성계수 저하가 가장 느린 추세를 보인 것으로 도출되었으며, 지반 응답 해석 결과, 젤란검 처리 지반은 지진으로 인한 지반 가속도, 간극수압 등이 저하되는 것을 확인하여 그 효과를 입증하였다.
more초록/요약
Soil liquefaction caused by seismic and vibrational loads causes many problems, such as reduction of ground bearing capacity and ground subsidence. Ground liquefaction generally results in the loss of effective stress in the soil due to the loosening of contact between soil particles due to impact and repetitive horizontal vibration and the temporary occurrence of excess pore water pressure through particle rearrangement. Therefore, liquefaction reduction methods mainly use methods of increasing the bonding between soil particles and compacting the ground. Biopolymer, an eco-friendly construction material that has been actively researched recently, has been confirmed through several studies to improve the binding force between soil particles and to have excellent pore-clogging effects. In this study, a repeated simple shear test was performed in a saturated state after treating xanthan-gum and gellan-gum biopolymers at a constant concentration (mb/ms = 1%) in loose sandy soil. Through this, each Cyclic Resistance Ratio (CRR) was derived to evaluate, compare, and analyze the effect of biopolymer-based soil treatment (BPST) on soil liquefaction resistance. In addition, a test using a constant strain as a variable was conducted to analyze the dynamic behavior characteristics of the biopolymer-treated specimens through comparison of the normalized shear modulus (G/Gmax), and the DEEPSOIL numerical analysis program was used to evaluate the field applicability response analysis was performed. As a result of the test, the CRR value of the gellan gum biopolymer-treated specimen was significantly increased compared to the non-treated specimen, whereas the CRR value of the xanthan gum biopolymer-treated specimen was decreased. In addition, it was derived that the G/Gmax decrease of the gellan gum-treated specimen showed the slowest trend, and as a result of ground response analysis, it was confirmed that the ground acceleration, pore water pressure, etc. due to the earthquake were reduced.
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 연구 동향 2
제3절 연구목적 및 필요성 3
제4절 연구내용 및 범위 4
제2장 이론적 배경 5
제1절 지반의 액상화 5
1 지반 액상화 정의 및 메커니즘 5
2 기존의 액상화 저감 공법 7
제2절 액상화 저항성 13
1 지반 액상화 저항성 평가법 13
2 액상화 저항 곡선 17
제3절 친환경 신재료: 바이오폴리머 19
1 개요 19
2 잔탄검 (Xanthan-gum) 21
3 젤란검 (Gellan-gum) 22
4 바이오폴리머 처리 흙의 특성 22
제3장 반복단순전단시험 28
제1절 개요 28
제2절 시험 시료 28
1 주문진 표준사 (Jumunjin standard sand) 29
2 시험 시편의 제작 30
제3절 반복단순전단시험기 31
제4절 시험 변수 34
제5절 시험 방법 36
1 시험 준비 36
2 Stress controlled test 38
3 Strain controlled test 38
제6절 요약 38
제4장 시험 결과 39
제1절 개요 39
제2절 Stress controlled test 40
제3절 Strain controlled test 61
제4절 요약 70
제5장 분석 및 고찰 71
제1절 개요 71
제2절 바이오폴리머 처리 흙의 액상화 저항성 비교 및 평가 72
1 액상화 저항 곡선의 곡선 적합 매개변수 분석 73
2 반복하중 저항성과 지진 규모 간의 상관관계 분석 75
제3절 바이오폴리머 처리 시편의 동적 거동 특성 분석 78
제4절 DEEPSOIL 지반 응답 해석 81
제5절 요약 86
제6장 결론 87
참고문헌 90
