R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201313CCTI-C058699-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 인공동결공법을 이용한 불교란시료 채취기술 및 시험법 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2011-07-20 ~ 2014-05-19 | |||||
| 연구책임자 | 박영미 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
19명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 334,000,000 원 기업 : 336,980,000 원 계 : 670,980,000 원 |
총연구비 | 정부 : 563,000,000 원 기업 : 588,080,000 원 계 : 1,151,080,000 원 |
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| 연구기관명 | 두산건설 주식회사 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
(1)연구개발 기술의 정의 ?본 연구과제는 국내에 폭넓게 분포하는 지층인 화강풍화토지반과 지진과 같은 동적하중에 의한 지반피해에 큰 영향을 미치는 모래지반과 같은 사질토지반을 대상으로 인공동결공법을 이용한 불교란 동결시료 채취/ 운반/ 보관 시스템 개발 및 시험법을 개발하여, 개발 기술시스템의 현장 실증연구 및 실내 시험을 통해 실용화에 초점을 맞추는 연구개발 사업임. ?또한“인공동결공법을 이용한 모래지반 및 화강풍화토지반의 불교란 시료 채취기술”을 통해 사질토지반의 설계물성치 도출의 신뢰성 향상과 정량적 설계정수 평가기술을 개발함으로써 난조건 지반에 축조되는 토목, 건축 구조물 안정적 설계 및 시공의 기반이 되는 기술임. (2) 연구개발 기술의 범위 ?최근 해저터널 및 인공섬 등 해안 관련 공사가 늘어나면서 지진 시 지반의 액상화 평가 등 모래지반을 정량적으로 평가할 필요성이 높아지고 있음. ?액상화 평가를 위한 실험의 경우, 비교란 사질토의 채취가 어렵고 경제적 부담이 요구되며 시료가 교란된 경우, 상대밀도나 응력상태는 실험실에서 재현이 가능하지만 그 밖의 여러 가지 요소들은 재현이 불가능함. 따라서 실험으로부터 정확한 동적물성치를 얻기 위해서는 시료를 대상지반으로부터 채취할 때 교란이 되지 않게 하는 것이 핵심사항임. ?모래지반을 평가하는 방법으로 SPT나 탄성파 탐사가 수행되고 있으나, 설계 시 요구되는 지반정수를 정량적으로 평가하기 위해서는 모래지반을 교란시키지 않고 직접 채취한 후 삼축압축실험을 통해 내부마찰각 등 강도정수를 구하는 것이 가장 확실한 방법임. ?국내 기존 공사현장에 대한 토질의 경우 전국 74개 지역, 176개 택지 공사현장의 심도 1~5m에 위치한 시료 3,861개에 대한 통일분류(USCS)법으로 인한 토질의 종류를 분류하였는데, 조립질의 사질성분의 분포는 약 77.7%로 나타남(대한주택공사, 200(7). ?최근 일본열도를 뒤흔든 동일본 대지진(2011.3.11, 진도 9.0)이 발생하면서 국내 내진설계 기준 중요성이 대두되고 있음. 국내에서도 연간 지진발생건수가 2009년 60회에 달하고, 특히 13곳의 다목적댐 인근에서 36회 이상의 지진이 기록되는 등 지진에 대해 완전히 안전하다고만 할 수 없고, 언제든 큰 지진이 닥칠지 모르는 상황에서 지진에 대한 구조물 안정성 평가를 위한 체계적인 연구개발이 필요함. ?이와 같이 지진에 대한 구조물의 안정성 평가를 위해서는 1차적으로 고품질의 불교란 상태의 시료채취 기술이 필요하고, 2차적으로 채취시료를 이용한 효율적인 실험을 통해 건물의 내진안정성 평가기법의 구축이 요구됨. ?국내는 아직 동결샘플링기법을 이용한 사질토 채취 경험 및 장치는 전무하나, 동결샘플링기술분야의 최고 선진국인 일본의 경우 2004년 시점에서 동결 길이의 총계는 720m를 넘어섰고, 2009년까지 집계된 적용 건수는 100건을 넘었음. 또한, 이 중 설계목적으로 적용된 경우가 64%를 차지하는 것으로 나타나 중요 토목/건축구조물의 설계시 동결샘플링이 실무적인 조사법으로 인식되고 있음. ?“인공동결공법을 이용한 모래지반 및 자갈의 불교란시료 채취기술”을 개발하여 사질토 지반의 액상화 평가 및 전석·자갈·화강풍화토·쓰레기 매립지반의 정량적 평가기술을 개발함으로써 난조건 지반에 축조하는 토목, 건축 구조물을 경제적, 안정적으로 설계, 시공할 필요가 있음. ?상기와 같은 연구목표를 달성하기 위해서 다음과 같은 기술분야의 개발 및 상호 연계가 필요한 것으로 예측됨. ① 사질토 원위치 동결 샘플링 장치 제작 및 운용 시스템 기술 ② 현장실험 및 실내실험을 통한 지진안정성 평가 기술 [최종목표] ? 동결샘플링 시스템/운용시스템/시험법 개발 및 기술체계화를 위해 본 연구과제는 3개의 세부 연구분야(동결샘플링 시스템 개발, 지반동결 샘플링 성능평가, 동결샘플링 운용/시험기법 확립 및 활용방안 제시)로 설정하였음. ? 본 연구의 최종목표로 설정한 “동결샘플링 시스템/운용시스템/시험법 개발 및 기술체계화”를 위해 현장 실증연구로서 테스트 베드 적용을 통한 개발기술의 검증 등 실용화 기반을 구축하고, 중점 연구분야 별로 최적의 실용화 기술을 도출함. ? 각 개발기술은 기술 현황조사 및 핵심기술 개발, 핵심기술의 현장 적용성 평가, 핵심기술 완성 3단계로 구성되어 동결샘플링을 통한 토목/건축 구조물의 내진 안정성의 정도 높은 평가 프로세스를 실용화하기 위한 시스템을 완성하여, 개발기술의 실용화 목표를 달성할 것임. ? 전 세계에 있어서 동결샘플링이 가장 활발하게 이루어지고 있는 일본의 경우는 바닷가를 중심으로 지반 액상화의 주요원인이 되는 느슨한 모래층이 폭넓게 분포되어 있는 반면, 국내는 산악지형을 중심으로 화강풍화토가 폭넓게 분포하고 있어, 흙의 입도구성을 비롯한 여러 조건에서 지반 특성이 상이하여 일본 장비를 그대로 적용하기 어려움. 이는 동결샘플링 장비의 소형화로 이동이 간편하고, 국내 지반 여건에 맞는 굴착비트를 개발하는 등 ‘한국형 동결샘플링 장비’ 를 개발할 것임. [연구내용 및 범위] 본 연구과제는 3개의 연구분야로 설정되어 있으며, 각 세부분야별 연구내용 및 범위는 다음과 같다. <세부분야 1:동결샘플링 시스템 개발> ?동결샘플링 장치 핵심 유닛(unit) 설계 ·동결시료 샘플링 장치 설계 ·최적의 지반동결을 위한 지반 열손실 방지기술 정립 ?동결샘플링 시스템(동결/채취/운반/보관)(1단계) ·동결지반 천공용 굴착 Bit 제작 ·이중순환시스템을 활용한 급속 동결장치 개발 ·열손실 방지를 위한 동결채취 샘플 tube 제작 ·동결지반 샘플링용 인공 동결관 제작 ·동결시료 운반장치 제작 ?경제성을 감안한 동시동결 채취기법 개발 ·다량의 동결 채취가 가능한 대용량 동결플랜트 개발 ·동결 distributer 장치 개발 <세부분야 2 : 지반동결 샘플링 성능평가> ?포화 사질지반에 대한 대상지 사전조사 ·전단파 주상도 획득을 위한 원위치 관입실험 ·물리탐사(표면파, 전기비저항) ·시추공내 시험 ?동결샘플링 시스템 현장시험 ·동결샘플의 동결상태 실시간 Monitoring 및 분석 ·동결확산영역 경시변화 계측 및 시스템 성능평가 ?동결·채취·운반·보관 기법 평가 ?원지반 응력조건 모사가능 동결시료 융해법 적용 ?시료의 교란효과 평가기법 ·채취시료의 동결융해 거동특성 평가 ·채취시료의 액상화 강도 평가 ·채취시료의 동적 물성치 평가 ·실내 비파괴 시험을 통한 시료의 품질 평가 ·현장적용 대상지 기초조사결과와 실내실험결과 비교분석 <세부분야 3: 동결샘플링 운용/시험기법 확립 및 활용방안 제시> ?동결샘플링 운용방안 수립 ·동결샘플링 시스템 운용방법 제시 ·채취시료 시험기법 제시 ·동결시료 성능평가 기준 제시 ?동결샘플링 시스템의 경제성 평가 ?활용방안 제시 ·불교란 사질지반에 대한 설계정수 제시 ·국내 사질지반 원위치 강도변형 특성 간이추정법(안) 제시 ·국내 사질지반 지진 안정성 평가기법(안) 제시 |
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