바이오폴리머 처리 뒤채움재의 수평변위에 따른 토압거동에 관한 실험 연구

Abstract

일반적으로 옹벽의 뒤채움재로 배수성과 강도 확보가 용이한 양질사질토를 사용하고 있다. 최근에는 구조물의 안정성을 향상시키기 위해 경량화 재료를 사용하거나 지반의 점착력을 증가시켜 토압을 경감시키는 재료의 개발에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머로 (잔탄검) 처리한 뒤채움재의 수평토압 경감 효과를 확인하기 위해 바이오폴리머 처리 간격과 농도, 경화 전 (습윤) 및 경화 후 (건조) 조건, 상재하중을 실험변수로 하여 모형시험을 수행하였다. 연직벽체 배면에는 바이오폴리머 (잔탄검) 처리층을 일정간격으로 조성하고, 벽체의 변위 (하단중심 회전) 에 따른 수평토압 분포 및 쐐기파괴 형상을 측정 하였으며, 이미지 분석 기법 PIV (Particle image velocimetry) 를 활용하여 파괴 형상을 확인하였다. 모형시험 결과 바이오폴리머의 처리 간격과 농도의 차이에 의한 영향은 크지 않았다. 경화 전의 시험에서 벽체의 회전에 의한 수평토압은 강도개선 효과가 크지 않아 무처리 지반 (사질지반) 의 시험 조건과 유사한 수평토압의 크기를 보였다. 그러나 경화 후의 시험조건에서는 처리된 층의 수평선반 효과 및 지반 내 보강체 역할로 인해 수평토압의 저감효과가 발생하였다. 이미지 분석 결과, 바이오폴리머 경화 전에는 무처리 지반과 유사한 삼각형 쐐기 형상으로 파괴되었으나, 경화 후에는 처리된 층의 영향으로 파괴 형상이 변하는 것을 확인하였다. Rankine 벽체에 주동파괴 (한계변위) 가 발생한 후 수평토압은 벽체의 회전 변위에 비례하여 선형적으로 감소하게 되며, 쐐기파괴는 형상을 유지하며 크기 는 확장되는 2차 변형을 보였다.