1. 서 론
2. 실험준비
2.1 진동대 실험 장치
2.2 지반조성 및 계측센서설치
2.3 모형 시트파일 및 근입비(Hsp/Hsl)
2.4 실험 입력파 및 프로그램
2.5 1-G 모형실험을 위한 상사 법칙
3. 실험결과 및 분석
3.1 비보강 실험 결과
3.2 시트파일 보강 실험 결과
4. 구조물과 시트파일의 이격거리에 따른 근입깊이 별 침하량 비교
5. 결 론
1. 서 론
최근 들어 전 세계적으로 발생하는 강진은 국가적으로 많은 인적 피해와 경제적 피해를 주고 있다. 이에 국내와 국외에서는 지진으로 인한 피해를 저감 시키는 기술에 관한 연구와 개발이 많이 진행되고 있다.
지진이 발생하면 지반의 침하, 산사태, 쓰나미, 지반 액상화 등이 발생하고, 이는 구조물의 붕괴, 도로 파괴, 관로 파괴 등의 막대한 인적·물적 피해의 원인이 된다. 특히, 액상화 현상의 경우, 구조물과 사회기반시설에 큰 피해를 유발하는 대표적인 지진 피해 형태 중 하나이다.
액상화 현상은 Fig. 1처럼 지진과 같이 강한 진동하중이 포화된 느슨한 사질토 지반에 작용할 경우, 지반 내 과잉간극수압이 급격하게 상승하여 지반 유효응력을 상실하면서 발생하는 현상이다. 그리고 이러한 액상화 현상은 구조물의 큰 수직 침하와 전도를 유발하고, 큰 피해를 발생시킨다.
니가타 지진(1964), 고베 지진(1995), 크라이스트처치 지진(2011) 등은 대표적인 국외 액상화 발생 사례이다(Fig. 2). 특히, 액상화 연구의 시발점 된 니가타 지진(1964)과 항만 전체가 침하하여 막대한 도시 인프라 파괴를 발생시킨 고베 지진(1995)을 통해 액상화 현상으로 인한 피해는 매우 크다는 것을 확인할 수 있다(Idriss & Boulanger, 2008).
국내에서는 2017년 11월 포항지진(규모 5.4)으로 구조물에 큰 손상과 피해를 발생시켰다. 포항지진의 경우, Fig. 3에서와 같이 1978년 계기지진관측 이후 처음으로 액상화 현상이 관측된 지진으로 한국에서도 충분히 액상화 현상이 발생할 가능성이 있다는 것을 확인할 수 있다.
액상화로 인한 피해를 저감 시키고자 최근까지 지속적으로 연구 개발되어 실제 현장에 적용되고 있는 액상화 피해 저감공법은 진동치환 및 다짐공법, 진동다짐공법, 지하수위저감공법 등이 있다(Idriss & Boulanger, 2008).
진동치환 및 다짐공법은 자갈이나 쇄석 등을 사용하여 말뚝과 같은 원주형 개량체를 지중에 형성함으로써 압밀을 유도하여 원지반의 지지력을 증가시키고 침하량을 감소시키는 공법으로 다양한 심도의 느슨한 토사지반 개량이 가능하며, 모래, 실트, 점토 등 N치 10 이하 다양한 지반에 모두 적용 가능하다는 장점이 있으며, 대심도 개량이 가능하고 개량효율도 높은 공법이다. 그러나 대규모 단지 및 부지가 충분한 성토지반에 효율적인 방법으로 대형장비 이동에 제약이 없는 넓은 부지에서만 적용이 가능하며, 소음, 진동 등이 발생하여 보강 현장과 민가 등이 근접한 경우에는 환경적인 영향이 큰 공법이다. 진동다짐공법은 느슨한 사질토 지반에 진동다짐장비를 투입하여 진동과 물다짐을 병용하여 지반의 밀도를 높여 원지반의 지지력을 증가시키는 공법으로 구조물 기초의 지반 액상화 방지에 적용하고 있다. 하지만 이 공법 또한 대규모 단지 및 부지가 충분한 성토지반에 적용이 가능하며, 세립분이 많은 토사층에는 부적합한 단점이 있다. 지하수위저감공법은 우물정 내 양수펌프를 설치하여 지하수위를 저하시켜 지반의 유효응력을 증가시키는 공법으로 느슨한 사질토의 액상화 저감에 장점이 있으나, 지반 유효응력 증가에 따른 주변 지반 침하 발생 위험이 있으며, 배출된 지하수가 다량의 용해성 철분을 함유하고 있을 경우 추가적인 처리 대책이 요구된다(Yoo et al., 2023).
그러나 이러한 기존의 액상화 피해 저감공법은 대규모 단지 및 부지가 충분한 현장에 시공되는 신설 구조물에만 적용 가능하며, 밀집지의 기존 구조물에 적용 가능한 액상화 피해 저감 공법의 연구는 많이 이루어지지 않았으나, 시트파일을 이용하여 기존 구조물에서도 적용이 가능한 액상화 피해 저감 연구는 지속적으로 이루어지고 있다.
Motohashi et al.(2011)은 지진 시 액상화로 기존 구조물이 수직변위로 인한 침하를 경감할 수 있는 방법으로 시트파일을 이용한 1-G 진동대 실험을 수행하였는데, 기존 구조물에 시트파일을 이격 없이 근접시켜 시트파일의 근입깊이를 다양하게 적용하여 기존 구조물의 침하를 경감하는 것과 시트파일 설치와 지하수위 저감을 병행하여 기존 구조물의 침하를 경감하는 것에 대한 연구를 수행하였다. 첫 번째는 기존 구조물 바닥에서 50mm 간격으로 250mm 깊이까지 총 5가지의 시트파일을 압입 후 액상화로 인한 기존 구조물의 침하 감소 효과를 분석하였으며, 그 결과 시트파일의 근입 깊이가 길어질수록 구조물의 침하가 감소함을 확인하였다. 두 번째는 시트파일을 설치한 후 지하수위를 시트파일 바닥 깊이와 동일한 깊이로 낮추어 구조물의 침하 감소를 분석하였으며, 그 결과 시트파일의 근입깊이를 다양하게 한 경우보다 구조물의 침하를 더욱 현저하게 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
Kaneko & Yasuda(2014)는 소형 구조물 기초 하부 지반에 2.3mm의 두께의 얇은 시트파일을 설치하여 1-G 진동대 실험을 수행한 결과 액상화 발생 시 지반의 움직임을 제한함으로써 부등침하를 억제하여 액상화로 인한 피해를 저감할 수 있음을 제시하였다.
Saha et al.(2020, 2021)는 오래된 구조물의 기초를 보강할 수 있는 기법들의 효율성 평가에 관한 연구와 액상화가 발생하는 지층의 깊이, 시트파일의 폭, 지층의 밀도 등 말뚝의 성능에 영향을 줄 수 있는 요소들에 관한 연구를 통해 말뚝 앞에 시트파일을 설치하는 것이 말뚝의 횡방향 변형과 모멘트를 감소하는데 효과적임을 제시하였고, 시트파일의 설치는 지층의 깊이와는 관계없이 효과적이며, 시트파일이 해당 지반의 유동을 막아주는 역할을 한다는 결과를 제시하였다.
Alam & Motamed(2024)은 액상화로 인한 기초 침하 경감에 대한 불투수성 및 투수성 시트 파일의 거동 특성을 분석하기 위해서 1-G 진동대 실험을 수행하였다. 실험을 위해 상대밀도가 다른 세 개의 토층을 구성하였으며, 상부 지층은 50%, 중간 액상화층은 30%, 하부 지층은 85%를 조성하였다. 두께가 다른 두 개의 투수성 시트파일에 직경 5mm 크기의 구멍을 5mm 간격으로 뚫고 시트파일 외부 표면에는 토립자의 통과를 제한하여 지하수 흐름이 용이하도록 지오텍스타일 부직포를 설치하는 조건으로 실험을 수행하였다. 실험 결과에 따르면 불투성 시트파일은 두께가 다른 두 개의 투수성 시트파일보다 26%, 13% 기초 침하를 경감하는 효과가 있었고, 투수성 시트파일은 액상화로 인한 측면 압력과 굽힘 모멘트가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
Yoon et al.(2023)은 근입깊이를 세분화한 시트파일을 기존 구조물 기초 하부에 설치하여 지진 시 액상화로 인한 피해 저감이 기존 구조물에 적용 가능한지를 연구하였고 구조물 피해 저감 효과를 분석하였으며, 1-G 진동대 실험을 수행한 결과 시트파일의 근입비가 깊을수록 구조물 침하에 대한 보강 효과가 우수함을 제시하였다.
하지만 선행연구는 모형 시트파일을 이격거리 없이 기존 구조물 기초에 근접하게 설치하거나(Motohashi et al., 2011; Alam & Motamed, 2024), 기존 구조물 기초 하부에 설치하여(Kaneko & Yasuda, 2014; Yoon et al., 2023) 연구를 수행하였는데, 이는 실제 현장에서의 시공성을 고려한다면 기존 구조물에 근접해서 설치할 경우 구조물에 직접적인 영향을 주어 구조물 자체에 피해를 끼칠 수 있으며, 기존 구조물 기초 하부에서의 설치는 시공 장비의 운용이 필요한 공간을 확보할 수 없으므로 시공이 어려울 것으로 판단된다.
이에 본 연구에서는 시공성을 고려하여 기존 구조물에서 1m 이격한 원형 시트파일을 Iai(1989)의 상사법칙을 적용하여 1/50로 축소한 모형 시트파일을 20mm 이격시켜 근입비를 다양하게 구분하여 1-G 진동대 실험을 계획하고 수행하였으며, 시트파일의 근입깊이에 따른 액상화 피해 저감 효과를 분석하고 기존 구조물에 적용 가능한 최적의 근입비를 선정하고자 한다.
실험을 위해 주문진 표준사를 이용하여 모형지반을 조성하였으며, 상대밀도에 따라 비액상화 지층과 액상화 지층으로 나누어 조성하였다. 비액상화 지층은 기반층 50mm, 매립층 30mm 두께로 조성하였고, 액상화 지층은 3개의 지층으로 1층의 두께는 50mm, 전체 150mm 두께로 조성하였다. 또한 비액상화 지층, 액상화 지층의 상대밀도는 각각 85%, 45%로 조성하였다. 액상화 피해 저감 효과를 분석하기 위한 모형 시트파일은 근입 깊이에 따라 길이가 다른 7종류의 모형 시트파일(근입비 : 0.85, 0.80, 0.75, 0.70, 0.65, 0.60, 0.55)을 사용하였다.
2. 실험준비
2.1 진동대 실험 장치
본 연구에 사용된 진동대 실험장치는 Fig. 4에서 보는 바와 같이 최대 500kg의 힘을 가할 수 있는 엑츄에이터와 강철프레임으로 구성되어 있으며, 단축방향으로 동적 하중이 작용한다. 모형 토조는 아크릴로 제작된 강성 토조이며, 아크릴 토조의 크기는 길이(L) 800mm, 폭(B) 400mm, 높이(H) 700mm이며, 실험 수행 시 지층의 거동을 쉽게 확인할 수 있도록 투명하게 제작하였다. 강성 토조의 측면에는 토조 벽면의 강성에 의한 파의 반사효과(Boundary Effect)를 최소화하여 측면 경계에서의 입력파를 흡수할 수 있도록 스티로폼 재질의 완충장치(폼보드)를 각각 50mm 두께로 설치하였다.
2.2 지반조성 및 계측센서설치
지반 재료는 주문진 표준사를 사용하였고 입도분포곡선은 Fig. 5와 같으며, 주문진 표준사의 물성치는 Table 1에 정리하였다.
Table 1.
Basic properties of Joo-Mun-Jin standard sand
| GS | emax | emin | D10 (mm) | D50 (mm) | Cu |
| 2.63 | 0.937 | 0.65 | 0.331 | 0.586 | 1.93 |
모형 지반 조성은 Fig. 6과 같이 모래를 일정한 높이에서 흩뿌리는 건조낙사법과 Rasouli et al.(2015)가 모형지반을 조성했던 방법과 같이 모래를 수중에 흩뿌리는 수중낙사법을 사용하였으며, 비액상화 지층과 액상화 지층을 구분하여 조성하였는데, 비액상화 지층은 건조낙사법을 사용하여 상대밀도 85%로 강성 토조의 하부에 기반층으로 50mm, 액상화 지층 상부에 매립층으로 30mm 두께로 조성하였고, 액상화 지층은 수중낙사법을 사용하여 상대밀도 45%로 1개 지층의 두께를 50mm로 조성하여 전체 지층을 150mm 두께로 조성하였으며, 흙이 완전한 포화상태가 될 수 있도록 지반 조성 후 24시간 동안 포화 된 이후에 실험을 수행하였다.
지반 내 가속도와 간극수압 변화, 구조물 침하를 측정하기 위해 가속도계(8EA), 간극수압계(3EA), LVDT(1EA)를 설치하였고, 양측에는 두께 50mm의 스티로폼 재질의 완충장치를 설치하여 입력파가 흡수될 수 있도록 측면경계조건을 조성하였다.
2.3 모형 시트파일 및 근입비(Hsp/Hsl)
모형 시트파일은 Fig. 7과 같이 2mm 두께의 스테인리스 스틸로 제작하였으며, 시트파일의 크기는 구조물과의 이격거리 20mm를 고려하여 너비 300mm, 폭 150mm로 제작하였다. 시트파일의 설치 위치는 액상화 지층과 시트파일의 근입비를 계산하여 구조물에 대한 이격거리에 맞도록 지반 조성과 함께 설치하였다.
여기서, 시트파일의 근입비란 Eq. (1)과 같이 모형 시트파일의 길이를 모형지반에서 표면층을 포함한 액상화 발생 가능 지층의 깊이인 150mm로 나눈 값을 의미하며, 본 연구에서는 Embedded depth ratio(EDR)로 표현한다. 이에 시트파일의 EDR은 시트파일의 길이()와 액상화 지층의 깊이()에 대한 비이며, 본 연구에서는 로 표현하였다(Kim et al., 2011; Sim et al., 2020).
2.4 실험 입력파 및 프로그램
정현파를 입력파로 사용하였고 가속도 수준은 0.6g, 주파수는 10Hz로 1-G 진동대 실험을 수행하였다.
본 연구는 지반에서 액상화가 발생하였을 때, 시트파일의 근입비에 따른 지반 보강 효과를 분석하는 연구이므로 입력파로 인해 액상화가 발생할 수 있는 크기의 가속도 수준이 필요하며, 이에 다양한 가속도와 주파수를 이용하여 1-G 진동대 실험을 선행하였고, 실험 결과를 바탕으로 선정한 입력파의 진폭과 주기는 Fig. 8과 같다.
2.5 1-G 모형실험을 위한 상사 법칙
Iai(1989)는 지반-구조물-유체 시스템에 대한 평형방정식, 구성 법칙, 그리고 변위-변형률 관계 등을 이용하여 1-G 진동대 모형실험에 적용할 수 있는 상사법칙을 제안하였다.
본 연구에서의 실험은 포화되어 느슨해진 모형지반을 조성하여 동적 하중이 멈춘 후에도 계속해서 변형이 발생하는 형태이기 때문에 Iai의 상사법칙 중에서 Type 3을 적용하였다(Table 2).
Table 2.
Law of similitude based on Iai (1989)
| Scale factor (λ=50) | ||
| Parameter | Prototype/Experiment | |
| Length | λ | 50 |
| Stress and Pressure | λ | 50 |
| Acceleration | 1 | 1 |
| Time | λ0.5 | 7.07 |
| Stiffness | λ | 50 |
원형은 부산에 위치한 가로 12m, 너비 7m인 2층 높이의 구조물을 대상으로 하였다. 실험모형은 원형의 1/50 크기로 축소 제작하였다(Jeon et al., 2010). 모형 구조물은 길이 250mm, 폭 100mm의 아크릴 상자로 제작하였고 모형 구조물의 높이는 100mm이다. 무게는 8kg이며, 유효상재압은 3.136kPa이다.
3. 실험결과 및 분석
3.1 비보강 실험 결과
비보강 지반은 구조물 주위 지반에 보강공법을 적용하지 않은 경우를 의미하며, Fig. 9는 비보강 지반의 액상화 발생 전과 후를 비교한 것이다. 실험 결과 모형지반에 동적 하중이 작용하면 Fig. 9(b)에서와 같이 지반 내 간극수압의 상승으로 지반의 유효응력이 상실되어 지반 액상화가 발생하는 것을 확인하였다. 또한, 모형 구조물이 급격한 수직 침하와 동시에 부등침하에 의한 회전이 발생하였다. 그리고 비보강 지반의 침하량을 확인한 결과 동적 하중이 지반에 작용한 약 10초 이후부터 모형 구조물이 급격하게 침하하였는데 최대 169mm 가량 수직침하가 확인되었다. 이는 Fig. 10에서와 같이 포화된 느슨한 모래 지반에 동적 하중이 작용하면 과잉간극수압이 급격하게 상승하고 이러한 영향으로 지반이 유효응력을 상실하여 침하량이 급격하게 증가한 것으로 판단된다.
3.2 시트파일 보강 실험 결과
기존 구조물과 시트파일의 이격거리에 따른 구조물 침하는 Hsp/Hsl=0.55에서 Hsp/Hsl=0.85까지 수직침하와 부등침하가 동시에 발생하는 추세를 보였다.
Fig. 11에서 Hsp/Hsl=0.55는 구조물의 최대 침하량이 141mm까지 발생하였다. 이는 비보강 지반 대비 약 16% 정도 침하량이 감소하였지만, 구조물의 침하를 억제하는 효과가 크지는 않음을 나타낸다. 이러한 결과는 구조물과 시트파일의 이격거리에 따른 영향은 아니며, 시트파일이 액상화 지층을 충분히 보강할 정도의 깊이까지 근입되지 않아 시트파일 하부로 물과 모래가 동시에 유동하면서 나타난 결과인 것으로 보인다.
Hsp/Hsl=0.60은 Fig. 12에서 구조물의 수직침하가 135mm까지 발생하였고, 비보강 지반 대비 약 20% 정도 침하량이 감소하였다. 또한, Hsp/Hsl=0.65는 Fig. 13에서 구조물의 수직침하가 128mm까지 발생하였고, 비보강 지반 대비 약 24% 정도 침하량이 감소하였다. 이러한 결과는 Hsp/Hsl이 증가할수록 구조물의 수직 침하량이 감소하는 쪽으로 나타나는데 이는 시트파일의 근입깊이가 얕은 경우 액상화의 발생과 동시에 구조물의 수직 침하가 일어나는 것으로 보인다.
하지만 Hsp/Hsl=0.70일 때부터는 구조물과 시트파일의 이격거리에 따른 영향으로 구조물 침하량에 차이가 발생하였다.
Hsp/Hsl=0.70은 Fig. 14에서 구조물의 수직침하가 96mm 발생하였고, 비보강 지반 대비 약 43% 정도 침하량이 감소하였다. 또한, Hsp/Hsl=0.75는 Fig. 15(a)에서 구조물의 수직침하가 80mm 발생하였고, 비보강 지반 대비 약 52% 정도 침하량이 감소하였다.
Hsp/Hsl=0.80은 Fig. 16에서와 같이 구조물의 수직 침하가 60mm 발생하였고, 비보강 지반에 비해 약 64% 정도 침하량이 감소하였다.
Hsp/Hsl=0.85는 Fig. 17에서와 같이 구조물의 수직 침하가 56mm 발생하였고, 비보강 지반에 비해 약 66% 정도 침하량이 감소하였다. 이러한 구조물의 침하에서 Hsp/Hsl=0.80 이상이 되면 액상화로 인해 발생하는 구조물의 침하 억제 효과가 뛰어나고, 구조물의 수직 침하뿐만 아니라 부등침하 역시 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 구조물의 침하에 대한 보강을 고려한다면 시트파일의 Hsp/Hsl은 최소 0.80 이상은 되어야 할 것으로 판단된다.
간극수압은 액상화 지층 하부에서 상부까지 시트파일 내부 간극수압을 기준으로 분석하였다.
Hsp/Hsl=0.55, 0.60의 하부층 간극수압비는 Fig. 11, Fig. 12에서와 같이 ‘1’ 이상이 나왔으나 Hsp/Hsl=0.55의 상부층 간극수압비는 0.64였고, Hsp/Hsl=0.60은 0.63으로 모두 ‘1’보다 작았다. 또한 Hsp/Hsl=0.55의 간극수압이 4.28kPa로 가장 큰 값을 보였다. 이는 시트파일의 근입깊이가 액상화 지층보다 현저히 짧아서 차수 기능이 떨어짐에 따라 간극수압의 상승을 억제하지 못하는 것으로 판단된다.
또한 Hsp/Hsl=0.55의 간극수압이 4.28kPa로 가장 큰 값을 보였다. 이는 시트파일의 근입깊이가 액상화 지층보다 현저히 짧아서 차수 기능이 떨어짐에 따라 간극수압의 상승을 억제하지 못하는 것으로 판단된다.
Hsp/Hsl=0.65, 0.70은 Fig. 13, Fig. 14에서 보면 0.55 및 0.60과 같이 하부층에서는 간극수압비는 ‘1’ 이상이 나왔으나 Hsp/Hsl=0.65의 상부층 간극수압비는 0.63이었고, Hsp/Hsl=0.60과 같았다. Hsp/Hsl=0.70은 0.62로 나왔다. 이러한 경향은 시트파일의 근입깊이가 증가할수록 간극수압비는 점차 감소하는 추세를 보이는 것으로 판단된다.
Hsp/Hsl=0.75는 Fig. 15, Fig. 16을 보면 Hsp/Hsl=0.70과 유사하게 하부층에서 간극수압비가 ‘1’보다 큰 값을 보였고, 액상화가 발생한 원인은 하부층에서 상승한 간극수압의 영향인 것으로 판단된다. 또한 시트파일 내부 상부층의 최대 간극수압은 약 50% 감소한 약 2.13kPa로 비슷하였고, 이때 간극수압비는 0.61로 근입비 0.65일 때와 간극수압비가 비슷한 경향을 보였다.
Hsp/Hsl=0.85는 Fig. 17에서와 같이 Hsp/Hsl=0.80과 유사하게 하부층에서 간극수압비가 ‘1’보다 큰 값을 보였고, 액상화가 발생한 원인은 하부층에서 상승한 간극수압의 영향인 것으로 판단된다. 또한 시트파일 내부 상부층의 최대 간극수압은 약 70% 감소한 약 0.94kPa이다. 이를 통해 시트파일의 근입깊이가 커질수록 지반 간극수압의 상승을 억제하는 효과는 있으나 구조물과 시트파일 사이의 이격거리가 있을 때는 시트파일의 Hsp/Hsl과는 상관없이 시트파일 내부의 간극수압은 대부분 유사하다는 것을 확인하였다. 이는 구조물과 시트파일 사이의 공간으로 지하수의 유입과 유출이 발생하면서 시트파일의 Hsp/Hsl과는 상관없이 대부분 일정한 간극수압을 갖는 것으로 판단된다.
4. 구조물과 시트파일의 이격거리에 따른 근입깊이 별 침하량 비교
구조물과 시트파일의 이격거리에 따른 근입비 별 구조물의 침하량을 전체 비교한 결과 시트파일을 적용하여 지반을 보강한 경우 구조물의 침하량이 감소함을 볼 수 있다.
Table 3은 시트파일의 Hsp/Hsl에 따른 침하량 값을 정리한 결과이다. 결과 그래프 Fig. 18에서 보듯이 시트파일을 이용하여 지반 보강을 한 경우 구조물의 침하량이 감소하는 것을 볼 수 있고, Hsp/Hsl이 증가함에 따라 구조물의 침하량도 감소하는 것을 볼 수 있다. 그리고 Hsp/Hsl=0.75인 경우와 Hsp/Hsl=0.80인 경우, 구조물의 침하량의 차이가 10mm를 보여, 근소하게 차이가 발생하는 것을 확인 할 수 있었으며, Hsp/Hsl=0.85 이상이 되면 침하량이 어느 정도 비슷한 값으로 수렴하는 경향을 보이는 것으로 판단된다.
Table 3.
Comparison of maximum settlement in all cases
| EDR | None reinforced | 0.55 | 0.6 | 0.65 | 0.70 | 0.75 | 0.80 | 0.85 |
| Settlement (mm) | 169 | 141 | 135 | 128 | 96 | 70 | 60 | 56 |
그리고 Fig. 19에서와 같이 시트파일의 Hsp/Hsl과 최종침하량 사이의 관계를 그래프로 표현하였다. 시트파일의 Hsp/Hsl=0.70보다 작을 경우 구조물의 침하량이 선형적으로 변화하는데 시트파일의 Hsp/Hsl=0.70보다 커지는 경우 비선형적 변화를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
5. 결 론
본 연구에서는 모형구조물에서 시트파일을 이격시켜 Hsp/Hsl에 따라 구조물의 침하량과 지반 간극수압 변화와의 상관관계를 추정하고 이에 대한 그래프를 표현하였다. 이를 위해 Hsp/Hsl이 각기 다른 7종류의 시트파일에 대해 1-G 진동대 실험을 수행하였고, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
(1) 모형 구조물에서 시트파일을 이격시켜 Hsp/Hsl을 다르게 하여 실험을 수행한 결과, Hsp/Hsl=0.85일 때, 모형 구조물의 침하량이 가장 작았고, Hsp/Hsl=0.55일 때, 모형 구조물의 침하량이 가장 큰 값을 보였다. 이는 불투수 벽체인 시트파일이 지반 내 차수벽의 역할을 하여 액상화로 인한 지반의 측방 유동을 억제하고 지반의 횡방향 변위를 감소시켜 모형 구조물의 침하를 억제 시키는 것으로 판단된다.
(2) 시트파일의 Hsp/Hsl이 증가할수록, 간극수압이 천천히 감소하는 경향을 보였으며, 특히, Hsp/Hsl=0.85의 경우 간극수압 소산 속도가 매우 늦게 진행되는 경향을 보였다. 이에 근입비가 증가할수록 시트파일이 간극수압의 소산을 방해하는 것으로 판단된다.
(3) 최종 침하량 분석 결과, 시트파일 공법을 적용하여 보강을 한 지반이 비보강 지반에 비해 침하량이 최대 약 67% 정도 감소한다는 것을 확인하였으며, 이는 시트파일 공법이 액상화 현상에 대한 구조물의 침하 피해 저감에 효과적인 것으로 판단된다.
(4) 모형 구조물의 침하와 간극수압의 변화 등을 종합적으로 비교한 결과, 시트파일의 최적 Hsp/Hsl은 구조물의 침하량과 간극수압 소산 방해가 가장 적은 0.85가 가장 적합할 것으로 판단된다.
(5) 본 연구는 모형구조물과 시트파일의 이격거리 20mm에 대하여 실험을 수행하였으나, 시트파일의 이격거리 조건을 보다 세분화하여 이상적인 시트파일의 설치 위치를 확보할 수 있는 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다.
